第三章红外光谱详解

3. C－H 烃类：3300～2700 cm-1范围，3000 cm-1是分界线。
不饱和碳（三键、双键及苯环）＞3000 cm-1 饱和碳（除三元环外）＜3000 cm-1
炔烃：～3300 cm-1，峰很尖锐 烯烃、芳烃：3100～3000 cm-1 饱和烃基：3000～2700 cm-1，四个峰
一些常见化学键的力常数如下表所示：
键型 O H N H C H C H C H C N C C C O C C C O C C k /N.cm-1 7.7 6.4 5.9 5.1 4.8 17.7 15.6 12.1 9.6 5.4 4.5
折合质量μ：两振动原子只要有一个的质量↓， μ↑，(v)↓，红外吸收信号将出现在低波数区。
－CH3：～2960（s）、～2870 cm-1（m） －CH2－：～2925（s）、～2850 cm-1（s） ＞CH－：～2890 cm-1
醛基：2850～2720 cm-1，两个吸收峰 巯基：2600～2500 cm-1，谱带尖锐，容易识别
二、第二峰区（2500－2000 cm-1）
叁键、累积双键（－C≡C－、－C≡N、 ＞C＝C ＝C＜、 －N＝C＝O、
第三章 红外光谱
第一节 基本原理
一、波长和波数
电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：
二、近红外、中红外和远红外
ห้องสมุดไป่ตู้0.75 13300
波长（λ）μm
近红外
2.5
25 1000
中红外
远红外
4000
400 10
波数（ῦ）cm-1
三、红外光谱的表示方法
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。
－N＝C＝S） 谱带为中等强度吸收或弱吸收。干扰
少，容易识别。
1. C≡C
2280～2100cm-1 乙炔及全对称双取代炔在红外光谱中观测不到。
2. C≡N
2250～2240cm-1，谱带较 C≡C 强。 C≡N 与苯环或双键共轭，谱带向低波数位移 20～30cm-1。
三、第三峰区（2000－1500cm-1）
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
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。
3. 多原子分子的红外吸收光谱
基频：每一个简正振动都有一个
基频，对应于振动基态到第一激 发态（ν=1）的跃迁。
CH 2800-3000cm-1
NH
OH
3000-3600cm-1
分子振动频率习惯以v (波数)表示：
v 1 k c 2 c
由此可见：v(v）∝ k，v (v)与μ成反比。 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(长波长区)
第三节 各类基团的红外特征吸收
一、第一峰区（4000－2500cm-1）
X－H 伸缩振动吸收范围。X代表O、N、C、S。
1. O－H 醇与酚：游离态－－3640～3610cm-1，峰形尖锐。
缔合－－3300cm-1附近，峰形宽而钝
羧酸：3300～2500cm-1，中心约3000cm-1,谱带宽
偶极矩变化不为零的振动——红外活性振动 不引起偶极矩变化的振动——非红外活性振动
CO2
第二节 红外光谱与分子结构的关系
6. 物态变化的影响
通常同种物质气态的特征频率较高，液态和固态较低。 例如丙酮vC=O(气)＝1738 cm-1， vC=O(液)＝1715 cm-1。溶剂也会影响吸收频率。
2 . N－H
胺类： 游离——3500～3300cm-1
缔合——吸收位置降低约100cm-1 伯胺：3500，3400cm-1，（吸收强度比羟基弱） 仲胺：3400cm-1（吸收峰比羟基要尖锐） 叔胺：无吸收
酰胺：伯酰胺：3350，3150cm-1 附近出现双峰
仲酰胺：3200cm-1 附近出现一条谱带 叔酰胺：无吸收
力常数k：与键长、键能有关：键能↑（大），键长
↓(短)，k↑。
化学 键
C―C
键长 （nm）
0.154
键能 （KJ mol-1）
347.3
力常数 k（N.cm-1）
4.5
波数范围 （cm-1） 700～1200
C＝C
0.134
610.9
9.6
1620～1680
C≡C
0.116
836.8
15.6
2100～2600
(1)伸缩振动：
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
对称伸缩振动(νs) (2853 cm-1)
C
不对称伸缩振动 (vas) (2926 cm-1)
(2)弯曲振动：
+
+
+ +
C
C
C
C
剪式振动(δs)
面内摇摆振动 (ρ) 面外摇摆振动 (ω)
扭式振动 (τ)
面内
面外
弯曲振动只改变键角,不改变键长
注意：不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩
(μ)发生变化的，才能有红外吸收。
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动也不
能引起红外吸收。
2.振动方程式（Hooke定律）
振
1
2
k
m1.m2
m1 m2
式中：k — 化学键的力常数，单位为N.cm-1
μ — 折合质量，单位为 g
双键的伸缩振动区。 包括C＝O、C＝C、C＝N、N＝O，N－H
1. C＝O
1900～1650cm-1，峰尖锐或稍宽，其强度都较大。 羰基的吸收一般为最强峰或次强峰。
透光度以下式表示：
T % I 100 % I0
I：表示透过光的强度； I0：表示入射光的强度。
横坐标：波数(v)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
吸收的越强，故曲线低谷表示是一个强的吸收带。
四、分子振动与红外光谱
1.分子的振动方式
倍频：因为振动的非谐性，也可
能存在倍频，对应于振动基态到 第二激发态的跃迁。
合频：当电磁波的能量正好等于
两个基频跃迁能量的总和时，可 能同时激发两个基频，这种吸收 成为合频。
五. 影响吸收谱带强度的因素
跃迁几率：
Δν= ±1 的跃迁（基频谱带）几率最大，谱带越强。
偶极矩的变化越大，吸收谱带越强。