第三章 红外吸收光谱-1
红外光谱(IR)分析
4. 空间效应： (1)环状化合物的环张力效应：环张力越大，羰 基C=O频率越高。 环张力 四元环 五元环 六元环 (2)空间位阻效应：空间位阻使羰基与双键之间 的共轭受限制，故使C=O频率增高。 5. 氢键效应：氢键的形成，通常可使伸缩振动 频 率向低波数方向移动。
6. 振动偶合效应：当两个基团靠得很近时，产 生振动相互作用，使吸收峰发生分裂。
第三章 红 外 吸 收 光 谱 法
Infrared Absorption Spectrometry
§1 关于红外光谱
红外光谱在可见光区域微波区之间,其波长范 围约为0.75～1000m。
分为三个区： ◆近红外区 0.75～2.5m； ◆中红外区 2.5～25 m； ◆远红外区 25～1000 m
若分子由N个原子组成，则 需3N个坐标(自由度)确定N个原子位置； 分子自由度总数＝平动、振动、转动自由度 总和 故 3N＝平动自由度＋转动自由度＋振动自由度 即 振动自由度＝3N－(平度自由度＋转动自由度) 问题：怎样确定一个分子的平动自由度和 转动自由度？
(1) 平动自由度：分子的质心可沿x、y、z三 个坐标轴方向移动，故平动自由度＝3。
2. 共轭效应(C效应)：该效应使共轭体系具有 共平面性，电子云密度平均化，造成双键略有 伸长，单键略有缩短。故双键的吸收峰频率向 低波数方向移动。
例. C=O C=O 1715 cm-1 1685～1665 cm-1
3. 中介效应(M效应)： 例. C=O 在1680cm-1附近。 若用诱导效应看，则电负性大的N原子应使 C=O键力常数增加，吸收峰位应大于1715cm-1； 但实际情况相反，这是因中介效应造成的。 即N原子上的孤对电子与C=O的电子发生重 叠(p- 共轭)，使电子云密度平均化，造成C=O 键力常数降低，故使吸收峰频率移向低波数。
波谱分析 第三章 03红外谱图解析
C= C ： 16பைடு நூலகம்0～1450 cm-1区域吸收峰的强弱及个数与分子结 构有关，是判断苯环存在的主要依据。 有2－4个峰，峰数取决于取代基对苯环对称性破坏的程度
苯 甲苯 取代基与苯环共轭时 烷基存在时 1600 cm-1 无吸收 1500 、 1600 cm-1 有吸收 1580 cm-1 处出现强吸收 1450 cm-1 有吸收
烷烃
表3-4, (CH2)n结构 中亚甲基面内摇 摆振动
CH3 –CH – CH2 –CH – CH3 CH3
1168 1386 1468 1367
CH3
2,4 － 二甲基戊烷
78
2.烯烃
基团 = CH中C-H C＝C骨架
3080 2975 1680～1620
1000～800 （面外摇摆）
(1) = CH >3000 cm-1为不饱和碳上质子振动吸收，是与饱 和碳上质子的重要区别。 （2） C＝C的 位置及强度 与烯碳的取代情况及分子对称性 密切相关。 末端烯烃 C＝C吸收最强，双键移向碳链中心时结构对称 性增强， C＝C带减弱。顺式较反式强。 共轭双键中由于双键的相互作用出现两个 C＝C （1650、1600 cm-1 ）。 46
饱和环醚： 在 1260～780 cm-1 范围出现两条或两条以上的吸收带。 环张力增加as波数降低， s波数升高。 O 1071 913 O 983 1028
（3） CH（面外）最有用。 特点是： 不同类型的烯烃，有其独特的波数，且比较固定，不受 取代基的变化而发生很大的变化。 吸收强度特别强。 根据烯氢被取代的个数、取代位置及顺反异构的不同， 出峰的个数、位置及强度不同。
烯烃类型 R1CH=CH2 R1R2CH=CH2 R1CH=CHR2 （顺） R1CH=CHR2 （反） R1R2CH=CHR3 面外弯曲振动位置/cm-1 995 ～985, 910 ～905 895 ～ 885 730 ～ 650 980 ～ 965 840 ～ 790
第三章 红外吸收光谱分析-1
波长和波数
红外区光谱用波长和波数( 红外区光谱用波长和波数(wave number) 波长和波数 ) 来表征 ; 波长多用m做单位; 做单位; 波长多用 做单位 波数: 表示, 波数:以σ表示,定义为波长的倒数,单位 表示 定义为波长的倒数, cm-1,其物理意义是每厘米长光波中波的数 目. σ=1/λ(cm)=104/λ(m)=υ/c 用波数表示频率的好处是比用频率要方便, 用波数表示频率的好处是比用频率要方便,且 数值小. 数值小. 一般用透光率 波数曲线或透光度-波长曲线 透光率-波数曲线 波长曲线来 一般用透光率 波数曲线或透光度 波长曲线来 描述红外吸收光谱. 描述红外吸收光谱.
第三章 红外吸收光谱分析
3.2 基本原理 3.2.1 产生红外吸收的条件
产生红外吸收的条件
1) 辐射光子具有的能量与发生振动 跃迁所需的跃迁能量相等. 跃迁所需的跃迁能量相等. 2)辐射与物质之间有耦合作用. )辐射与物质之间有耦合作用.
条件一: 条件一:辐射光子的能量应与振动跃 迁所需能量相等
红外光谱的特点-1 红外光谱的特点
紫外,可见吸收光谱常用于研究不饱和 紫外,可见吸收光谱常用于研究不饱和 有机物, 有机物,特别是具有共轭体系的有机化 合物; 红外光谱法主要研究在振动中 合物;而红外光谱法主要研究在振动中 伴随有偶极矩变化的化合物. 伴随有偶极矩变化的化合物. 因此,除了单原子和同核分子如Ne, , 因此,除了单原子和同核分子如 ,He, O2,H2等之外,几乎所有的有机化合物 等之外, 在红外光谱区均有吸收. 在红外光谱区均有吸收. 一般只要结构上不同, 一般只要结构上不同,就会有不同的红 外光谱图. 外光谱图.
红外光谱的特点-2 红外光谱的特点
红外谱图吸收带的位置与吸收谱带的强 红外谱图吸收带的位置与吸收谱带的强 度反映了分子结构上的特点, 度反映了分子结构上的特点,可以用来 定基团,定结构; 定基团,定结构; 谱带的强度与分子组成以及含量有关 与分子组成以及含量有关, 谱带的强度与分子组成以及含量有关, 可以用来进行定量分析及纯度的检查; 可以用来进行定量分析及纯度的检查; 红外光谱分析特征性强,气体, 红外光谱分析特征性强,气体,液体和 固体样品均可以测定,并且具有用量少, 固体样品均可以测定,并且具有用量少, 分析速度快和不破坏样品等特点. 分析速度快和不破坏样品等特点.
第三章红外光谱IR
烷烃吸收峰
正己烷的红外光谱图
2，2，4-三甲基戊烷的红外光谱图
2、不饱和烃
• 烯烃 • 炔烃 • 芳香烃
2、1 烯烃 烯烃双键的特征吸收
影响双键碳碳伸缩振动吸收的因素
• 对称性：对称性越高，吸收强度越低。 • 与吸电子基团相连，振动波数下降，吸
收强度增加。 • 取代基的质量效应：双键上的氢被氘取
代后，波数下降10-20厘米-1。质量效应 • 共轭效应：使波数下降约30厘米-1 。
1-己烯的红外光谱图
~3060cm-1: 烯烃C—H伸缩振动；~1820:910cm-1倍频； ~1650cm-1: C=C伸缩振动；~995，905cm-1: C=CH2 非平面摇摆振动
顺式和反式2，2，5，5-四甲基己烯红外光谱 a 顺式 b 反式
v~
=
1
——
K
2C M
M = m1 m2 m1 + m2
双原子分子红外吸收的频率决定于折合质量和键力常数。
C-H C-C C-O C-Cl C-Br C-I
-1 cm
3000
1200 1100
800
550
500
v cm-1
力常数/g.s-2
CC 2200~2100
12~18105
C=C 1680~1620
C-H面外弯曲振动吸收峰位置（cm-1） 670
770-730，710-690 770-735
810-750，710-690 833-810
780-760，745-705 885-870，825-805 865-810，730-675
810-800 850-840 870-855
870
各类取代苯的倍频吸收和面外弯曲振动吸收
有机波谱解析-第三章_红外光谱
由于红外光谱吸收强度受狭缝宽度、温度和溶剂等因素影 响，故不易精确测定，在实际分析中，只是通过与羰基等强吸 收峰对比来定性研究。
谱带强度与振动时偶极矩变化有关,偶极矩变化愈 基团极性 大，谱带强度愈大；偶极矩不发生变化，谱带强度为0， 即为红外非活性。 电子效应
红外吸收强度 偶极距变化幅度 振动偶合
伸缩振动（
as
）两种形式。
弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分
它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式。
为面内弯曲振动（）和面外弯曲振动（ ）两种形式，
+和-表示垂直于纸面方向的前后振动。
亚甲基的振动形式
三、分子振动与红外吸收峰的关系
理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相应 频率的红外光，在光谱图对应位臵上出现一个吸收 峰。实际上，因种种原因分子振动的数目与谱图中
纵坐标为： 百分透过率（%） 横坐标为： 波长（µ m）或波 数（cm-1）。
环戊烷
也可用文字形式表示为：2955cm-1(s)为CH2的反对称伸缩振动 (υasCH2),2870cm-1(m)为CH2的对称伸缩振动(υsCH2) 1458cm-1(m) 为CH2的面内弯曲振动(δ面内CH2),895cm-1(m)为CH2的面外弯曲振动 (面外CH2)
诱导效应大于共轭效应， C＝O 蓝移至 1735 cm-1
三、空间效应
（1）空间位阻 破坏共轭体系的共平面性，使共
轭效应减弱，双键的振动频率蓝移（增大）。
CH(CH3)2 O O O
CH3 CH3
CH3 CH(CH3)2
CH3
1663cm-1
1686cm-1
1693cm-1
（2）环的张力：环的大小影响环上有关基 团的频率。
IR-1第三章红外光谱-波谱分析课程
， 并可与GC、LC联用。色散型:只能观测较窄的扫 描 一次需8、15、30s等。 杂散光不影响检测。 对温度湿度要求不高。 光学部件简单，不易磨损。
3.3 试样的处理和制备
3.3a 红外光谱法对试样的要求
薄膜法
高分子化合物可直接加热熔融后涂制或压制成膜。也可 将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶 剂挥发后成膜测定。
4 基团频率和特征吸收
1. 基团频率区和指纹区 2. 红外光谱的区域划分 3. 影响基团频率的因素
4.1基团频率区和指纹区 指纹区：1300 cm-1-600 cm-1
基团频率区 (官能团区或 特征区)
试样：液体、固体或气体
1 试样
– 单一组份的纯物质:纯度>95%或符合商业规格，便于与 纯物质的标准光谱进行对照
– 多组份混合试样:测定前先用分馏、萃取、重结晶或色谱 法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断
A-2 试样中不应含水分： 水有红外吸收(3500及 1640cm-1），严重干扰谱图;腐蚀吸收池的盐窗。
转动能级
△ E电子 △ E振动 △ E转动 红外吸收光谱由分子振动-转动能级跃迁引起的
1.2 红外光区的划分
红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范 围约为 0.75 ~ 1000µm，
1.3 红外光谱的测定过程
当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子 吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动 引起瞬时偶极矩的变化，产生分子振动和转动能 级从基态到激发态的跃迁,使相应吸收红外光区域 的透射光强度减弱。记录百分透射率与波数（或 波长）关系曲线，就得到红外光谱。
2013.9.23第三章 红外-答案
9.随着环张力增大,使环外双键的伸缩振动频率__增加_____________,而使环内双键的伸缩振动频率___减小______________。
10.红外光谱以波长或波数为横坐标，以表示吸收峰的位置。以透射率为纵坐标，表示吸收强度，吸收带为吸收峰在光谱上的波带位置
D. (1)的吸收强度大，(2)的吸收频率大；
28.某一含氧化合物的红外吸收光谱中，在3300～2500cm-1处有一个宽、强的吸收峰，下列物质中最可能的是哪一种？
A. ；B. ；C. ；D. .
29.下列四种红外光谱数据(单位cm-1)，哪一组数据与 相符合?
A．3000-2700，2400－2100，1000－650；B．3300－3010，1675－1500，1475－1300；
11.仅考虑C＝O所受到的电子效应，请按高低排出下列物质中 （伸缩振动）的次序：
， ， ， ， 。
答案: > > > > 。
12.仅考虑C＝O受到的电子效应，在酸、醛、酯、酰卤和酰胺类化合物中，出现C＝O伸缩振动频率的大小顺序应是怎样？
答案:酰卤>酸>醛>酯>酰胺。
13.分别在95％乙醇和正已烷中测定2－戊酮的红外光谱，试预测C＝O的伸缩振动吸收峰在哪种溶剂中出现的 较高？为什么？
6.对称结构分子，如H2O分子，没有红外活性，水分子的H-O-H对称伸缩振动不产生吸收峰。（F）
7.不考虑其他因素的影响，下列羰基化合物υc=0伸缩频率的大小顺序为：酰卤>酰胺>酸>醛>酯。（F）
8.红外吸收峰的数目一般比理论振动数目少，原因之一是有些振动是非红外活性的。（T）
第三章 红外光谱法--本科生
1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相 当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能 量，而产生吸收光谱。 2. 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能 产生红外吸收光谱。
4 吸收谱带的强度
红外光谱的吸收带强度即可用于定量分析，也是 化合物定性分析的重要依据。 基态分子中的很小一部分，吸收某种频率的红外 光，产生振动的能级跃迁而处于激发态。激发态分子 通过与周围基态分子的碰撞等原因，损失能量而回到 基态，它们之间形成动态平衡。跃迁过程中激发态分 子占总分子的百分数，称为跃迁几率，谱带的强度即 跃迁几率的量度。跃迁几率与振动过程中偶极矩的变 化（△μ）有关，△μ越大，跃迁几率越大，谱带强度 越强。
特征区（官能团区）分为三个区域：
（2）2500~1900 为叁键和累积双键区。 主要包括-CC、 -CN等等叁键的伸缩振动，以及-C =C=C、C=C=O等累积双键的不对称性伸缩振动。 对于炔烃类化合物，可以分成R-CCH和R-C C-R两种类型， RCCH的伸缩振动出现在2100~2140 cm-1附近； R-C C-R出现在 2190~2260 cm-1附近；-C N基的 伸缩振动在非共轭的情况下出现在 2240~2260 cm-1附近。当与不饱和键或芳香核共轭时，该峰位移到 2220~2230 cm-1附近。
k /N.cm
7.7 6.4
折合质量μ ：μ ↓，(v)↑，红外吸收信号将出现在 高波数区。
v
振 σ
1 k 2 c
吸收峰的峰位：化学键的力常数k越大，原子的折 合质量越小，振动频率越大，吸收峰将出现在高波数 区(短波长区）；反之，出现在低波数区(高波长区)
v
v
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
红外吸收光谱
第三章红外吸收光谱(Infrared Absorption Spectroscopy)3.1 概述红外光谱又称为分子振动光谱或分子振转光谱1、特点：特征性强，适应范围广。
有机、无机、高分子化合物；固态、液态、气态样品都可以进行测定红外分为三个区域，近红外区（0.76μm~2.5μm，12820~4000cm-1）、中红外区(2.5μm~25μm, 4000~400cm-1)和远红外区(25μm~1000μm, 400~33cm-1)。
绝大多数有机化合物的基团震动频率处于中红外区。
2、表示方法：红外光谱多用透光率T%为纵坐标，表示吸收强度，以波数ζ(cm-1)为横坐标，表示吸收峰的位置。
也有用吸光度A为纵坐标，出反峰。
波数是频率的一种表示方法（每厘米长的光波中的波的数目）ζ(cm-1)=波数(cm-1)=1/波长（λcm）=104/波长（μm）=1/λ（cm）；ζ·λ=1cm 3、红外光谱产生的基本条件1）E红外光=△E分子振动或υ红外光=υ分子振动2）分子振动时其偶极矩（μ）必须发生变化，即△μ≠0，μ=δr3．2 红外光谱与分子结构的关系3．2．1分子的振动形式*基频：分为两大类：伸缩振动和弯曲（变型）振动。
用υs表示对称伸缩，用υas 表示不对称伸缩，δ表示面内弯曲振动，γ表示面外弯曲振动。
以亚甲基为例：此外，还有一些其它的振动吸收峰存在：*倍频：由振动能级基态跃迁到第二，第三激发态时所产生的，不是整数倍。
*组合频：一种频率红外光，同时被两个振动所吸收。
倍频和组合频统称为泛频，在谱图中均显示为弱峰。
*振动偶合：当相同的两个基团相邻，且振动频率相近时，会发生振动偶合裂分，成为两个峰。
*费米共振：基频与泛频之间发生的振动偶合。
当泛频峰与某基峰相近时，发生相互作用，使原来很弱的泛频吸收峰增强。
图3-12费米共振和倍频。
3.2.2 红外光谱的分区（1）基团结构与振动频率的关系表3-1 基团振动频率与化学键力常数的关系（化学键种类）基团化学键力常数（K/N·cm-1) 键长（Â）振动频率（cm-1)C—C（三键）12～１８ 1.27 2262～2100C—C（双键）8～12 1.40 1600～1800C—C（单键）４～６ 1.54 1000～1300(弱）表3—2基团振动频率与原子折合质量的关系（原子种类）基团折合质量键长（Â）振动频率cm-1C—H 0.9 1.12 2800～3100C—C 6 1.54 约1000C—Cl 7.3 1.77 约625C—I 8.9 2.31 约5000—H N—H 0.971.0336003300-3500（2）基团频率区的划分（表3-3）前三个区域(氢键区、叁键及累积双键区、双键区，即4000——1500 cm-1)称为特征频率区，小于1500 cm-1的区域称为指纹区（单键区，有些文献中以1350 cm-1作为二者的界限）。
第三章-红外吸收光谱分析
第三章红外吸收光谱分析3.1概述3.1.1红外吸收光谱的基本原理红外吸收光谱法又称为分子振动转动光谱，属于分子光谱的范畴，是有机物结构分析的重要方法之一。
当一定频率的红外光照射分子时，若分子中某个基团的振动频率和红外辐射的频率一致，两者产生共振，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，该基团就吸收了这个频率的红外光，产生振动能级跃迁；如果红外辐射的频率和分子中各基团的振动能级不一致，该频率的红外光将不被吸收。
如果用频率连续变化的红外光照射某试样，分子将吸收某些频率的辐射，引起对应区域辐射强度的减弱，用仪器以吸收曲线的形式记录下来，就得到该试样的红外吸收光谱，稀溶液谱带的吸光度遵守Lambert-Beer定律。
图3-1为正辛烷的红外吸收光谱。
红外谱图中的纵坐标为吸收强度，通常用透过率或吸光度表示，横坐标以波数或波长表示，两者互为倒数。
图中的各个吸收谱带表示相应基团的振动频率。
各种化合物分子结构不同，分子中各个基团的振动频率不同。
其红外吸收光谱也不同，利用这一特性，可进行有机化合物的结构分析、定性鉴定和定量分析。
图3-1 正辛烷的红外光谱图几乎所有的有机和无机化合物在红外光谱区均有吸收。
除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及一些同系物外，结构不同的两个化合物，它们的红外光谱一定不会相同。
吸收谱带出现的频率位置是由分子振动能级决定，可以用经典力学(牛顿力学)的简正振动理论来说明。
吸收谱带的强度则主要取决于振动过程中偶极矩的变化和能级跃迁的概率。
也就是说，红外光谱中，吸收谱带的位置、形状和强度反映了分子结构的特点，而吸收谱带的吸收强度和分子组成或官能团的含量有关。
因此，红外吸收光谱在化学领域中的应用，大体上可分为两个方面，即分子结构的基础研究和用于化学组成的分析。
首先，红外光谱可以研究分子的结构和化学键。
利用红外光谱法测定分子的键长和键角，以此推断出分子的立体构型；利用红外光谱法测定分子的力常数和分子对称性等，根据所得的力常数就可以知道化学键的强弱；由简正频率来计算热力学函数等等。
第三章红外吸收光谱
CH3, CH2
酯C=O CH2,CH3 CH3 酯得特征 酯得特征
3)官能团
CH2
CH3
4)可能得结构
C=O
C-O
νas(C-O-C)
1180cm-1
5)确定结构
O
1240cm-1
O C CH3
1160cm-1
例3、某化合物分子式C8H8,试根据如下红外光 谱图,推测其结构。
例3解:
1)不饱和度 分子式: C8H8,
(CH2)n
gC-H(oop)
1-己烯和1-己炔
g=CH2 (面外) (CH2)n
例2:烷烃(另一种形式得IR谱)
例3:烯烃
例4:炔烃
例5:苯环上得取代
例6:芳香族化合物
例7:醇类化合物
例8:酚类化合物
例9:醚类化合物
例10:羰基化合物－醛类
例11:羰基化合物－酮类
例12:羧酸类化合物
结构验证 其不饱和度与计算结果相符;并与标准谱图对照证明结构正确。
例5、化合物C4H8O,根据如下IR谱图确定结构, 并说明依据。
O
CCC
例5解:
1)不饱和度 分子式: C4H8O,
2)峰归属
U=1-8/2+4=1
波数(cm-1 )
归属
结构信息
3336 3078 2919,2866 1622 1450 1036
例13:酯类化合物
例14:酸酐类化合物
例15:酰卤类化合物
例16:酰胺类化合物
H 3 C C
例17:胺类化合物
例18:腈类化合物
O
O
O
H C O CH2CH2CH 3 H3C C O C H2CH3 H3CH 2C C O C H3
第三章 红外吸收光谱法
3）远红外区： 400~25cm-1(25~1000 m)，主要用 于研究分子的转动光谱以及重原子成键的振动等。
2
红外吸收光谱图的表示方法
横坐标为波数（σ/cm-1），纵坐标为透射比（T%） 吸收峰为倒峰。
3
3.2 红外吸收光谱的基本原理
1 产生红外吸收的条件
（1）红外辐射的能量等于分子振动能级跃迁所需要的能量。 ΔEν=Eν2- Eν1=hνa νa：红外光频率。
26
例
100 90 80
化合物的分子式为C6H14，IR光谱图如下如下，试推断其可 能的分子结构结构。
70 60 50 40 30 20 10 0 4000
饱和-CH3、CH2 对称与反对称 伸缩振动
CH3 H3C C H2 CH C H2 CH3
亚 甲 基 弯 曲 振 动
Transmittance %
RC CR’ （2190 2260 cm-1 ） R=R’ 时，无红外活性
（2）RC N （2100 2140 cm-1 ） 非共轭 2240 2260 cm-1 共轭 2220 2230 cm-1
（3）累积双键O=C=O
2349 cm-1
667cm-1
21
3． 双键伸缩振动区（ 2000 1500 cm-1 ）
羧酸的C=O
1820～1750 cm-1 ，
氢键，二分子缔合体；
23
（2）C=C，C=N和N=O 1680-1500 cm-1 RC=CR’ 1620 1680 cm-1 强度弱， R=R’（对称）时，无红外活性。 （3）单核芳烃 的C=C键伸缩振动（1600和1500 cm-1 ）
习题6
24
σ = 22 π cc
第三章红外
第三章 红外吸收光谱法一、 选择题0 ll x1. 化合物中只有一个羰基，却在 1773cm ，和1736 cm -1处出现 两个吸收峰，这是因为（1）诱导效应 （2）共轭效应 （3）费米共振 （4）空间位阻 2. 一种能作为色散型红外光谱仪的色散元件材料为（1）玻璃 （2）石英 （3）红宝石 （4）卤化物晶体二、 解答及解析题1.羰基化合物I 、U 、M 、W 中，C=O 伸缩振动出现最低者为0 0 I 、R[一 CH 》—[―CHj- ； 口、0 IID川、冃—:■- .. 「 卜】0 G— C — U1 化合物中只有一个羰基，别在1773cm -1和1736 cm -1,这是因为：A.诱导效应B.共轭效应C.空间效应D.偶合效应E.费米共振F.氢键效应3. 下列5组数据中，哪一种数据所涉及的红外光谱区域能包括-一「|,_「一的吸收带：111(1) 3000〜2700 cm 1675〜1500 cm 1475〜1300 cm ;1 1 1 (2) 3000〜2700 cm -12400〜2100 cm 1000〜650 cm ;R 】-CH -CH -C -GH 厂旳 0C-CH^CH-R却有两个 C=O 的吸收带，分W 、-1_1 _1(3) 3300〜3010 cm 1675〜1500 cm(4) 3300〜3010 cm -1 1900〜1650 cm1475〜1300 cm -1;-1-1 -1(5) 3000〜2700 cm 1900〜1650 cm 1475〜1300 cm ;4. 试用红外光谱区别下列异构体:(3)和 O=□5. 一种能作为色散型红外光谱仪的色散元件材料为：（1）玻璃；（2）石英；（3）红宝石；（4）卤化物晶体6•写出用下列分子式表示的羧酸的两种异构体，并预测它们的红外光谱。
（1）C 4H 8O 2（2）C 5H 8O 47. 乙醇的红外光谱中，羟基的吸收峰在 3333 cm -1，而乙醇的1%CCb 溶液的红外光谱中羟基却在 3650 cm -1和3333 cm -1两处有吸收峰， 试解释之。
2013.9.23第三章 红外-答案
第三章红外光谱一、名词解释基频峰、倍频峰、费米共振、特征频率区、指纹区基频峰：当分子吸收一定频率的红外线后,振动能级从基态（V）跃迁到第一激发态（V1）时所产生的吸收峰，称为基频峰.倍频峰：如果振动能级从从基态（V0）跃迁到第二激发态（V2)、第三激发态(V3)……所产生的吸收峰称为倍频峰。
费米共振：当一振动的倍频（或组频)与另一振动的基频吸收峰接近时，由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分,这种倍频（或组频)与基频峰之间的振动偶合称费米共振.特征频率区：特征谱带区有机化合物的分子中一些主要官能团的特征吸收多发生在红外区域的 4000～1500cm-2 .该区域吸收峰比较稀疏, 容易辨认, 故通常把该区域叫特征谱带区 .红外光谱指纹区：红外吸收光谱上 1500～40Ocm—1的低频区, 通常称为,在核指纹区。
该区域中出现的谱带主要是 C—X （X=C,N s O）单键的伸缩振动以及各种弯曲振动对和确认有机化合物时用处很大。
二、填空1.红外光谱的产生是由于-—--—--——---—-————。
化学键的振动与转动跃迁.2。
红外光谱产生的条件是--——-——--——-———-—----—-———-—-、--—-—--——--———--—--——-----—--—--—————-———-——--—--—。
红外光谱产生的条件是辐射的能量满足跃迁所需能量,辐射引起偶极矩的变化。
3.红外光谱中影响基团频率位移的因素有外部因素和内部因素,内部因素主要有、、等.此外，振动耦合、费米共振等也会使振动频率位移.外部因素（样品的状态等)、电子效应（诱导效应、共轭效应和偶极场效应)、空间效应、氢键4.在红外光谱中,将基团在振动过程中有偶极矩变化的称为，相反则称为 .红外活性，非红外活性.5.基团-OH和—NH，—C≡N和-C≡CH,-C=C—和-C=N-的伸缩振动频率范围分别是cm—1， cm-1， cm-1。
4000—2500（3000）、 2500—2000 、2000—15006。
红外光谱1
条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用，使偶极矩
发生变化
电场
无偶极矩变化
磁场
无红外吸收
红外吸收
偶极矩变化
交变磁场
分子固有振动
a
（能级跃迁）
对称分子：无偶极矩变化，辐射不能引起共振，无红外 活性。如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩变化（△≠0），有红外活性。
倍频吸收
分子振动转动 （常用区）
分子转动 跃迁类型
近红外光区(0.75~2.5 m)： 低能电子跃迁、含氢原子团（如O-H、N-H、C-H）伸缩振动的倍 频吸收等产生。用于研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并 适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量 分析； 中红外光区(2.5 ~ 25µ ) ： m 基频吸收带，吸收最强，最适于定性和定量分析，应用极为广泛。 通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。波数范围是4000 ~ 400 cm-1 ； 远红外光区 ( 25 ~ 1000µ ) ： m 由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原 子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动 所引起的。 适宜异构体的研究。还能用于金属有机化合物（包括 络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非 其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范围内进行分 析。
简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度
相当于红外光谱图上一个基频吸收带。
设分子的原子数为n， 对非线型分子,理论振 动数=3n-6 如H2O分子，其振动 数为3×3-6=3 对线型分子，理论振 动数=3n-5 如CO2 分子，其理论 振动数为3×3-5=4
第三章 红外吸收光谱完整版本ppt课件
解析完后，进行验证，不饱和度与计 算值是否相符，性质与文献值是否一致， 与标准图谱进行验证
谱图对照应注意：所用的仪器在分辨 率和精确度一致；测定的条件一致；杂质 引进的吸收带应仅可能避免。
.
三、红外光谱解析实例C8H16
例一：未知物分子式为C8H16，其红外图谱如 下图所示，试推其结构。
.
解：由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1， 即该化合物具有一个烯基或一个环。
C C 2100
H 763 ，694（双峰）
CO 1638 C（C 芳环）1597 ，1495 ，1445
.
➢
解：
U
2
29
1
7
7
可能含有苯环
2
1638cm1强吸收 为 CO 3270cm1有吸收 NH 1132353123003300ccccmmmm（ （ 1111吸强 强收） ） C N含 含NHCCCH 13023608ccmm11 为CH H 1597 ，1495 和 1445cm（1 三峰） 为 C（C 芳环） 763 和 694cm（1 双峰） 为 H（单取代）
❖ 3387、3366 cm-1 ：NH2的伸缩振动； ❖ 1624 cm-1 ： NH2弯曲振动； ❖ 1274 cm-1 ：C-N伸缩振动；
❖综合上述信息及分子式，可知该化合物为：
邻苯二胺
.
图谱解析实例 例1 某化合物，测得分子式为C8H8O，其红外
光谱如下图所示，试推测其结构式。
C8H8O红外光谱图
1查找基团时先否定以逐步缩小范围2在解析特征吸收峰时要注意其它基团吸收峰的干扰3350和1640cm1处出现的吸收峰可能为样品中水的吸收3吸收峰往往不可能全部解析特别是指纹区4掌握主要基团的特征吸收
分析化学-第三章 红外光谱分析
与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动 频率——基团特征频率（特征峰）
例： 2800 3000 cm-1 —CH3 特征峰； 1600 1850 cm-1 — C=O 特征峰
11/8/2013
环境分析化学（2013-2014学年)
18
环境科学与工程系
1、基团特征频率分组
Environmental Analytical Chemistry
环境科学与工程系
Environmental Analytical Chemistry
一、概述 -----1、红外吸收光谱的概念
红外光谱是当分子受到红外区域的电磁辐射后，吸收一部分红外光，使分子中原 子的振动能级与转动能级跃迁所产生的分子吸收光谱。因此，红外光谱也称红外 吸收光谱或分子振动-转动光谱
环境分析化学（2013-2014学年)
19
环境科学与工程系
Environmental Analytical Chemistry
2. 氰基 R-C N （s C N） 非共轭 2240 2260 cm-1 共轭 2220 2230 cm-1
仅含C、H、N时：峰较强、尖锐；有O原子存在时； O越靠近C N，峰越弱；
=C-H 伸缩振动
( C-H)
C-H 伸缩振动
( C-H)
(2) 2500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区
1. 炔基 R-C C-H C C 2140 2100 cm-1 (m)
R-C C-R ´ C C 2260 2190 cm-1 (w)
R-C C-R
无吸收带
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第二节 红外吸收光谱与分子结构
Infrared spectroscopy and molecular structure
红外吸收光谱分析
吸收峰位置σ(cm-1) 1429 1667 2222
2920
§4 分子振动的形式
多原子中基团的振动形式极为复杂，振动形式的总 数可如下计算
非直线型分形 子式 的 3原 ＝ 总子 振 6数 动 直线型分子式 的3＝ 总 原振 子 5动 数形
非直线型分子以水分子为例
直线型分子以CO2为例
二、多原子分子的振动
合物
位置
1715 1805
1735 ~1740
1740 ~1770
~1680
1775
~1700
1710
1750
1750～ 1800
羧酸、酰卤、酸酐、 酰亚胺
羧酸与羧酸盐： 2700～3300、双峰 (1550～ 1620)+(1330～1420)
酰卤：
向高频移动
RCOF：1850 RCOCl：1795
900～600cm－1
应用：
1 (CH2)n：n≥4，722；n减小，吸收峰红移； 2 烯烃
RCH＝CH2 890(较强)
RHC＝CHR
顺式
反式
690(弱)
970(强)
CH3
3 C C H 3 ：(1370～1380)+(1380~1385)双峰
4 苯环取代情况 苯环：1600、1580、1500cm-1处、两 到三个峰
当C＝C与C＝O共轭时，吸收强度较低； 苯环取代情况主要看700～900(强)和
1660～2000cm－1(弱) 单取代：～710和～750双强峰 四个相邻氢：770～735强峰 三个相邻氢：810～750强峰 两个相邻氢：860～800强峰 单独的氢 ：900～800弱峰
C＝N：1630～1690，强度不定 硝基化合物：～1350 与 ～1560 两强峰 C－O键(1070~1150，强)判断醚、醇、
仪器分析教程第3章 红外光谱
一. 基本振动的类型 伸缩振动和弯曲振动。
1. 伸缩振动（Stretching Vibration)
用 v 表示。 特点：成键原子沿键轴方向伸缩，键长发生周 期性的变化，其键角不变。 当分子中原子数 >＝3 时，可产生对称伸缩振动
键或官能团的吸收频率，这种现象叫诱导效应。
诱导效应的影响沿着分子中的化学键而传递，
与分子的几何形状无关。
羰基碳上的 电负性基团使羰基伸缩振动吸收峰
向高频方向移动（蓝移）。
O R－C－R O R－C－Cl O F－C－F O CH3－C－O－CH＝CH2 为什么 ？ vC=O 1770cm－1 1928cm-1 1800cm-1 1715cm-1 O R－C－H O R－C－F O R－C－NH2 1680cm-1 O CH3－C－O－CH2CH3 1734cm－1 1920cm-1 1730cm -1
例：水分子（非线性分子）。 振动自由度数 ＝ 3 × 3 － 6 ＝ 3
3600～3000cm－1
1647cm－1
990~400cm－1
例:
CO2分子（线性分子）。 振动自由度＝ 3×3－5 ＝ 4
2349 cm－1
667 cm-1
3.1.3 红外吸收峰强度
intensity of Infrared absorption band （一）红外吸收峰强度的表示方法
O R－ C
H－ NH C－ R O
1690 cm－1 3500 cm－1 1650 cm－1
HN－ H
游离：
vC＝O vN－H
第三章红外光谱分析法(波普分析)
第三章红外光谱分析法紫外-可见吸收光谱常用于研究具有共轭体系的有机化合物，而红外吸收谱则主要研究在振动中伴随偶极矩变化的化合物。
通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可用以鉴定未知物结构组成或确定其化学基团。
由于红外光谱分析特征性强，对气体、液体、固体均可分析，是鉴定有机化合物的最常用的方法之一。
常用的范围是400 - 4000cm-1。
一、红外吸收光谱的基本原理红外吸收光谱产生应满足两个条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质间有相互偶合作用。
分子在振动过程中必须有瞬间偶极矩的改变。
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。
如：N2、O2、Cl2 等。
非对称分子：有偶极矩，红外活性。
分子的振动可近似看为一些用弹簧连接的小球的运动。
分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）hnV：化学键的振动频率；n：振动量子数。
任意两个相邻的能级间的能量差为：K化学键的力常数，与键能和键长有关， m为双原子的折合质量 m =m1m2/（m1+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
多原子分子的振动多原子分子的振动较双原子分子振动复杂得多。
其振动的基本类型有伸缩振动（ν）和弯曲振动（δ）两大类。
伸缩振动是指原子沿键轴方向伸缩，使键长发生周期性变化的振动。
由于振动偶合作用，3个原子以上的基团还可分为对称伸缩振动和不对称伸缩振动，表示为ν对称和ν不对称。
弯曲振动又叫变形或变角振动，指基团键角发生周期性变化的振动。
弯曲振动的力常数较小，因此常出现在低频区。
红外吸收峰的强度主要取决于吸收过程中偶极矩的变化。
变化越大，吸收越强。
通常两个原子的电负性相差越大，吸收越强。
如C=O吸收峰是大多数红外谱图中吸收最强的峰。
二、基团频率与特征吸收峰组成分子的各个基团均有其特定的红外吸收区域。
根据化学健的性质，可将其分为四个区：4000 - 2500 cm-1 氢键区；2500 - 2000 cm-1 参键区；2000 - 1500 cm-1 双键区；1500 - 1000 cm-1 单键区。
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一、红外谱图的峰数
红外谱图的峰数——指分子独立的振动数目， 或基本的振动数目，与分子自由度有关。 振动自由度：指分子的基本振动数目（简正 振动）。
➢ N个原子组成分子，每个原子在空间具三个 自由度，即分子自由度为3N
基本振动的理论数
z
对于由N个原子组成的分子：
3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度y
远红外光谱区：
❖ 气体分子的转动能级跃迁
❖ 液体与固体中重原子的伸 缩振动
❖ 晶体的晶格振动 ❖ 某些变角振动、骨架振动-
异构体的研究
❖ 金属有机化合物、氢键、 吸附现象研究
该光区能量弱,较少用于分析
二、红外光谱法的特点
✓分子的振动能级跃迁吸收发生在红外区; ✓分子只吸收与其振动频率相同的光子; ✓分子振动的频率决定于成键原子的质量和键
的强度; ✓相同基团有其固定的特征红外吸收区域(可
能不只一处); ✓不同基团的特征吸收区及吸收强度不同。
根据基团的特征吸收峰及强度判断某一基团的 存在及分子的大致结构组成 !!! --- 红外光谱的应 用
IR与UV的区别
不同 点
紫外可见吸收光谱
红外吸收光谱
光源
紫外、可见光
红外光
起源
外层价电子能级跃迁
波长μm (λ)
25
%( )
透
过
此物对该
率
波长的光
T
？ 有很强的 吸收
0 4000
波数cm-1 (σ)
400
常用 横坐标：波数：400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %）：表示吸收强度。T↓，表明吸 收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带（吸收峰）。
峰形 红外谱图及“三要素”
第三章 红外吸收光谱(IR)
学习目的及要求 3.1 基本原理 3.2 影响振动频率的因素 ——峰的位 3.3 红外谱图的吸收峰强度 3.4 仪器介绍及实验技术 3.5 IR的四个大区 3.6 各类有机化合物的红外特征吸收 3.7 红外光谱解析及应用 3.8 拉曼光谱简介
学习目的及要求
熟悉红外吸收光谱在结构鉴定中的作用， 重点掌握下述内容：
x
振动自由度= 3N-平动自由度-转动自由度
由N个原子组成的分子：平动自由度=3
由N个原子组成的线形分子：转动自由度=2 由N个原子组成的非线形分子：转动自由度=3
3.1.1 红外光谱及其表示法 一、红外光谱及波长范围 二、红外光谱法的特点 三、红外光谱的表示方法
一、红外光谱及波长范围
• 物质的分子吸收红外光区的电磁波而产生 的吸收光谱，简称红外光 谱 (Infrared Spectra，IR )。
• 由分子中振动—转动能级的跃迁而产 生, 用来确定分子中的官能团。
1. 红外吸收光谱产生的条件及分子中基团 的基本振动形式、吸收峰的位置、峰数、 峰强取决于哪些因素。
2. 主要有机化合物的红外吸收光谱特征、 能够利用红外吸收光谱鉴别各种异构体， 并能够解析简单化合物的结构。
3.1 基本原理
3.1.1 红外光谱及其表示法 3.1.2 红外产生条件 3.1.3 红外谱图的峰数及分子振动类型
分子振动
远红外光 25~1000 400~10 分子转动
近红外光谱区：
❖ 低能电子能级跃迁
红外吸收光谱法：
❖ 含氢原子团：-OH、 -NH、-CH伸缩振动的 倍频吸收峰
分子的振动、转动 基频吸收光谱区
❖ 稀土及过渡金属离子 配位化学的研究对象
应用最为广泛的 红外光谱区
❖ 适用于水、醇、高分 子化合物、含氢原子 团化合物的定量分析
振动能级伴随转动能级 跃迁
研究 具n-π*跃迁有机化合物 几乎所有红外吸收的有
范围 具π-π*跃迁有机化合物
机化合物;
特色
反映发色团、助色团的情 况
反映各个基团的振动及 转动特性
定量
适用 范围
推测有机化合物结构
三、红典外型光的红谱外的光表谱示方法
2.5 100
纵坐标不同：紫外光谱的峰朝上，红外 朝下(T%) ，ε（摩尔消光系数）。
峰型不同：紫外峰型较宽，红外较窄
3.1.2 红外产生条件
辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；
(1) 辐射能应具有能满足物质产生振动 跃迁所需的能量；
ΔE 分子
ΔE振动
ΔE转动
h(ν振动 ν转动 )
hc /( λ振动 λ转动 )
光的辐射可以看作是波的运动，波长 是两个连续峰之间的距离。 频率是每秒光波通过的数目。
c
c：光在真空中的速度。
在红外中，经常使用的是波数。
v 1/ ：cm-1
最有用的振动发生于波长:
2.5~25μm（1 μm = 10-4 cm）
1
1 2.5 10 4
4000
cm -1
x 紫外光区 可见光区 近红外光区 中红外光区 远红外光区
0.005nm 0.1nm 4nm
400nm
760nm 13000cm1
2.5m 4000cm1
25m 400cm1
1000m 25cm1
红外光区
红外光谱的区的划分（0.75~1000m）
波谱区 波长/m 波数/ cm-1 跃迁类型
近红外光
中红外光
0.75~2.5
2.5~25
13333~4000 4000~400
(2) 辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极 炬的变化
没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：
如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、
O2、Cl2、H2 等。
没有红外活性 。
如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变 化的振动跃迁，有红外活性。
如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。 没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性。
强度
位置
位置 吸收峰的位置与分子结构有关。
有机化合物是多原子分子，分子振动情况复杂。 不可能把所有峰都归属于分子内的某种振动。 一定的官能团总是有一定的特征吸收。
峰形
强度
摩尔消光系数 >200
75~200 25~75 5~25
0~5
强度 很强
强 中等
弱 很弱
符号 vs s m w vw
红外光谱图与紫外光谱图的区别
IR选律：只有偶极距发生变化的振动才会 产生红外吸收。
H2O; HCl; CH4有红外“活性”分子 N2; O2是红外“非活性”分子
CO2 分子中既有红外活性振动，又有 红外非活性振动。
问题: 某一化学键吸收哪个频率的红外光?
3.1.3 红外谱图的峰数及分子振动类型 一、红外谱图的峰数 二、分子振动类型 三、吸收峰减少的原因 四、吸收峰增多的原因