第二章红外光谱2教材
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红外光谱 2
780-760，745-705 885-870，825-805 865-810，730-675
810-800 850-840 870-855
870
H 3000
CC 1600,1500
H
~ 743cm1
H 767,692 ~ 900
弯曲H 79（2 单峰）
四、各类化合物的红外特征光谱
4. X—H 弯曲振动区
指纹区(1300～600 cm-1 ) ,较复杂。
（1）－CH3，1380（强），特征吸收，可以用来 判断有无甲基的存在。
（2）－CH3的不对称弯曲和－CH2的剪式弯曲重叠： 1460
（3）－C－（CH3）2：两个甲基的弯曲振动相互 耦合，使1380的峰分裂为双峰：1370/1380；
注意：可判断有无醇、酚、羧酸等官能团。
（4）胺
－N—H 3700～3100 cm-1 －N—H 3500～3700 cm-1（游离） －N—H 3400～3100 cm-1（缔合）
注意：与—OH的伸缩谱带重叠，不易区 分。
2、三键伸缩：2500～1900 cm-1 （1）RC≡CH （2100～2140 cm-1 ） （2）C＝C＝C：1950 cm-1 （3）－N≡N：2310～2135 cm-1 特点：谱带较少
810-800 850-840 870-855
870
(1) 单取代
γ φ－H（双峰） ~ 750cm－（1 强） ~ 700cm－（1 较强）
(2) 双取代
γ φ－H ~ 750cm－1 （强，单峰） → 与单取代峰位重叠
γ φ －H（三峰） 810 ~ 750cm－（1 强） 725 ~ 680cm－（1 较强） 900 ~ 860cm－（1 中强）
810-800 850-840 870-855
870
H 3000
CC 1600,1500
H
~ 743cm1
H 767,692 ~ 900
弯曲H 79（2 单峰）
四、各类化合物的红外特征光谱
4. X—H 弯曲振动区
指纹区(1300～600 cm-1 ) ,较复杂。
（1）－CH3，1380（强），特征吸收，可以用来 判断有无甲基的存在。
（2）－CH3的不对称弯曲和－CH2的剪式弯曲重叠： 1460
（3）－C－（CH3）2：两个甲基的弯曲振动相互 耦合，使1380的峰分裂为双峰：1370/1380；
注意：可判断有无醇、酚、羧酸等官能团。
（4）胺
－N—H 3700～3100 cm-1 －N—H 3500～3700 cm-1（游离） －N—H 3400～3100 cm-1（缔合）
注意：与—OH的伸缩谱带重叠，不易区 分。
2、三键伸缩：2500～1900 cm-1 （1）RC≡CH （2100～2140 cm-1 ） （2）C＝C＝C：1950 cm-1 （3）－N≡N：2310～2135 cm-1 特点：谱带较少
810-800 850-840 870-855
870
(1) 单取代
γ φ－H（双峰） ~ 750cm－（1 强） ~ 700cm－（1 较强）
(2) 双取代
γ φ－H ~ 750cm－1 （强，单峰） → 与单取代峰位重叠
γ φ －H（三峰） 810 ~ 750cm－（1 强） 725 ~ 680cm－（1 较强） 900 ~ 860cm－（1 中强）
第二章 红外吸收光谱(讲课)
6. IR光谱在化学领域中的应用
1. 分子结构基础研究 应用IR测定分子的键长、键角，以此推断出分子的立 体构型； 根据所得的力常数可以知道化学键的强弱，由简正频 率来计算热力学函数等。
2. 化学组成分析
根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物结构，依 照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。
第二章 红外吸收光谱
第一节 概述
1、 红外吸收光谱与紫外吸收光谱一样是一种分子吸收光谱。
红外光的能量（ E=0.05-1.0ev）较紫外光（ E=1-20ev） 低。红外光照射分子时不足以引起分子中价电子能级的跃迁， 而能引起分子振动能级和转动能级的跃迁，故红外吸收光谱 又称为分子振动光谱或振转光谱。
非线型分子振动自由度数目：3N-6个； 线性分子的振动自由度数目： 3N-5个。
理论上每个自由度在IR中可产生1个吸收峰，实际上IR光 谱中的吸收峰数少于基本振动自由度，原因是：
（1）振动过程中，伴随有偶极矩的振动才能产生吸收峰。 （2）频率完全相同的吸收峰，彼此发生简并（峰重叠）。 （3）强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰。 （4）有些峰落在中红外区之外。 （5）吸收峰太弱，检测不出来。
表 化学键的力常数
键 H-F 分子 HF k（×105dyn/cm） 9.7 4.8 4.1 键 H-C H-C C-C 分子 CH≡CH k（×105dyn/cm） 5.9 4.5-5.6 CH2=CH2 5.1
H-Cl HCl H-Br HBr
H-I
H-O H-O H-S H-N H-C
HI
H2 O 游离 H2 S NH3
1. 由虎克定律计算化学键振动频率
振
1 2
k
m
1
波谱解析第2 章 红外光谱
1 K 2c
2015-7-8
药物分析学科组
药学院
双原子分子的实际势能 曲线并非抛物线，在经 韦 Morse修正后，表现为如 国 兵 图2-2所示的实线部分 (化学键)。 由图2-3可知：
(1)振动能(势能)是 原子间距离的函数。振 动时振幅加大，则振动 能也相应增加。
2015-7-8
药物分析学科组
药学院
韦 国 兵
2015-7-8
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（2)在常温下，分子处于最低的振动能级，化
韦 国 兵
学键振动与简谐振动模型非常近似(仅当振动量 子数V＝3或4时，势能曲线才显著偏离简谐振动 曲线)。由于通常的红外吸收光谱主要讨论从基 态跃迁到第一激发态(V0V1)，以及从基态直接 跃迁到第二激发态(V0 V2)引起的吸收。因此，
2
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（一）量子力学处理的振动能量
韦 国 兵 • 因 • 有
v
1
c
K m
v 1307
• 所以：
1 K v 2c u
• 结论：双原子基团的基本振动频率的大小与化学键两 端原子的折合相对原子质量和化学键的力常数K的大小 有关；化学键力常数K越大，折合相对原子质量m越小， 则谐振子的振动频率越大，即振动吸收峰的波数越大。
如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2、 Cl2、H2 等。 没有红外活性 。
2015-7-8
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一、红外吸收产生的条件
韦 国 兵
• 红外辐射的能量必须与分子发生跃迁的 两振动能级间的能量差别相等，即： E L V h 或 L V • 分子在振动过程中其偶极矩必须发生变 化，即Δμ≠0，即只有红外活性振动才能 产生吸收峰。两个条件缺一不可。 • 红外非活性振动是造成基频峰数小于基 本振动自由度的另一个原因
波谱分析课件—红外光谱
用“η”表示
基团的键角不 发生变化，基 基团的键角交替 团只是作为一 发生变化 个整体在分子 的对称平面内 左右摇摆
两个H原子核 在垂直于纸面 的方向上振动， 两个H原子核 且运动方向相 运动方向相反 同---同时向纸 面的同一侧运 动
3
骨架 振 动
定义
多原子分子的骨架振动产生，
如苯环的骨架振动。
晶格振动。
振动频率
以双原子为例，在双原子作伸缩振动时，可以 将其视为一个简单的谐振子。根据经典力学原理， 简谐振动遵循胡克定律：
m1
m2
1 2
K m
式中： ν ----振动频率 K ----化学键的力常数（N· -1） m
对于双原子分子来讲，可
用折合质量 μ（Kg）代替 m：
1 2
红外光谱的发展历史
在十九世纪初就发现了红外线,到1892年有人利 用岩盐棱镜和测热幅射计(电阻温度计)测定了20多 种有机化合物的红外光谱 1905年科伯伦茨发表了128种有机和无机化合物 的红外光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被 确认。 到1930年前后，随着量子理论的提出和发展，红 外光谱的研究得到了全面深入的开展，并且测得大量 物质的红外光谱。 1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光 度计问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外 分光光度计。
产生红外吸收峰。而
， C
O
， N C
，H O
NH2 等强极性基团的伸缩振动吸收均为强吸收。
2
诱导效应
使基团极性降低的诱导效应导致基团的吸收
强度减小； 使基团极性升高的诱导效应导致基团的吸收 强度增加。 例如：
C N 为强极性基团，其
C N 吸收带尖
基团的键角不 发生变化，基 基团的键角交替 团只是作为一 发生变化 个整体在分子 的对称平面内 左右摇摆
两个H原子核 在垂直于纸面 的方向上振动， 两个H原子核 且运动方向相 运动方向相反 同---同时向纸 面的同一侧运 动
3
骨架 振 动
定义
多原子分子的骨架振动产生，
如苯环的骨架振动。
晶格振动。
振动频率
以双原子为例，在双原子作伸缩振动时，可以 将其视为一个简单的谐振子。根据经典力学原理， 简谐振动遵循胡克定律：
m1
m2
1 2
K m
式中： ν ----振动频率 K ----化学键的力常数（N· -1） m
对于双原子分子来讲，可
用折合质量 μ（Kg）代替 m：
1 2
红外光谱的发展历史
在十九世纪初就发现了红外线,到1892年有人利 用岩盐棱镜和测热幅射计(电阻温度计)测定了20多 种有机化合物的红外光谱 1905年科伯伦茨发表了128种有机和无机化合物 的红外光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被 确认。 到1930年前后，随着量子理论的提出和发展，红 外光谱的研究得到了全面深入的开展，并且测得大量 物质的红外光谱。 1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光 度计问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外 分光光度计。
产生红外吸收峰。而
， C
O
， N C
，H O
NH2 等强极性基团的伸缩振动吸收均为强吸收。
2
诱导效应
使基团极性降低的诱导效应导致基团的吸收
强度减小； 使基团极性升高的诱导效应导致基团的吸收 强度增加。 例如：
C N 为强极性基团，其
C N 吸收带尖
波谱分析教程-第2章-红外光谱(IR)改PPT课件
第2章 红外光谱（IR）
• 本章内容与要求： • 介绍红外光谱法的原理，红外光谱仪和实验方法。
重点介绍红外吸收峰的位置、强度和形状与有机 物结构的关系及影响谱带位置和强度的因素。 • 掌握各种功能团的特征吸收，影响吸收峰位置的 因素，标准光谱利用中的注意事项，掌握红外光 谱谱图解析方法。了解FT-IR, Raman光谱等.
C=C
1650
CH3CN
C=N
2255
RCOOR
C=O
1735
(C2H5)2C=C(CN)COOC2H5 C=C 1629 , C=N 2224, C=O 1727
.
40
中介效应
R C NHR O
OR C N+HR
.
41
共轭效应:共轭效应使不饱和键的波数显著降低
.
42
• 在许多情况下，诱导效应和共轭效应会同时存 在:
.
21
4、红外光谱的选律
• IR选律：在红外光的作用下，只有偶极矩 ()发生变化的振动，即在振动过程中0 时，才会产生红外吸收。这样的振动称为红 外“活性”振动，其吸收带在红外光谱中可 见。在振动过程中，偶极矩不发生改变(＝ 0)的振动称红外“非活性”振动；这种振动 不吸收红外光，在IR谱中观测不到。如非极 性的同核双原子分子H2,N2，O2等 *偶极矩＝q·d
.
23
.
24
三、IR光谱得到的结构信息
• IR光谱表示法： 横坐标为吸收波长（m），或吸收频率（波数/cm） 纵坐标常用百分透过率T%表示
• 从谱图可得信息： 1 吸收峰的位置（吸收频率） 2 吸收峰的强度 ,常用 vs (very strong), s (strong),
m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) ,sh (sharp),v (variable) 表示 3 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)
• 本章内容与要求： • 介绍红外光谱法的原理，红外光谱仪和实验方法。
重点介绍红外吸收峰的位置、强度和形状与有机 物结构的关系及影响谱带位置和强度的因素。 • 掌握各种功能团的特征吸收，影响吸收峰位置的 因素，标准光谱利用中的注意事项，掌握红外光 谱谱图解析方法。了解FT-IR, Raman光谱等.
C=C
1650
CH3CN
C=N
2255
RCOOR
C=O
1735
(C2H5)2C=C(CN)COOC2H5 C=C 1629 , C=N 2224, C=O 1727
.
40
中介效应
R C NHR O
OR C N+HR
.
41
共轭效应:共轭效应使不饱和键的波数显著降低
.
42
• 在许多情况下，诱导效应和共轭效应会同时存 在:
.
21
4、红外光谱的选律
• IR选律：在红外光的作用下，只有偶极矩 ()发生变化的振动，即在振动过程中0 时，才会产生红外吸收。这样的振动称为红 外“活性”振动，其吸收带在红外光谱中可 见。在振动过程中，偶极矩不发生改变(＝ 0)的振动称红外“非活性”振动；这种振动 不吸收红外光，在IR谱中观测不到。如非极 性的同核双原子分子H2,N2，O2等 *偶极矩＝q·d
.
23
.
24
三、IR光谱得到的结构信息
• IR光谱表示法： 横坐标为吸收波长（m），或吸收频率（波数/cm） 纵坐标常用百分透过率T%表示
• 从谱图可得信息： 1 吸收峰的位置（吸收频率） 2 吸收峰的强度 ,常用 vs (very strong), s (strong),
m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) ,sh (sharp),v (variable) 表示 3 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)
第二章 红外光谱2
When you analyze the spectra, it is easier if you follow a series of steps in examining each spectrum.
1. Look first for the carbonyl C::O band. Look for a strong band at 18201660 cm-1. This band is usually the most intense absorption band in a spectrum. It will have a medium width. If you see the carbonyl band, look for other bands associated with functional groups that contain the carbonyl by going to step 2. If no C::O band is present, check for alcohols and go to step 3.
2.5.1 红外光谱的分区
4000-2500cm-1:这是X-H单键的伸缩振动区。 2500-2000cm-1:此处为叁键和累积双键伸缩振
动区 2000-1500cm-1:此处为双键伸缩振动区 1500-600cm-1:此区域主要提供C-H弯曲振动的
信息
2.5.3 红外图谱的解析步骤
CH3 CH3 CH2 CH CH2 CH3
谱峰归属
3000-2800cm-1：饱和C—H的反对称和对称伸缩振 动 （ 甲 基 ： 2 9 6 0 和 2 8 7 2 cm-1， 亚 甲 基 ： 2 9 2 6 和 2853cm-1）。
1461cm-1：亚甲基和甲基弯曲振动（分别为1470和 1460cm-1）。
第二章 红外光谱
2 . N-H（吸收强度比-OH弱，峰形较尖锐）
胺类： 游离——3500～3300cm-1 缔合——吸收位置降低约100cm-1 伯胺：3500，3400cm-1 仲胺：3400cm-1 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
远红外
25 - 1000
400 - 25
红外光谱是用频率4000~400cm-1(2.5~25m)的光波
照射样品,引起分子内振动和转动能级跃迁所产生的
吸收光谱。也称振 - 转光谱。
波长和波数
电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：
二、红外光谱图
I T % 100 % I0
O R C R
O R C H
1715 cm-1
O C
C C
O C R
1665-1685
O
H
(CH3)2N
C
H
1730 CH3C≡N
2255
1690
1663 (CH3)2C=CH-C≡N
2221
同一化合物中，如果同时存在I效应和C效应，则影 响较大的效应决定吸收峰的位移方向
1735 -I＞+C
1680
能发生振动能级跃迁，产生吸收光谱。
2. 只有引起分子偶极矩发生变化的振动才能产生
红外吸收光谱。
四、影响特征吸收频率的因素
分为内因（不可变化）和外因（可变）
（一）内部因素 1、电子效应 a. 诱导效应（I 效应）
诱导效应使基团电荷分布发生变化，从而改变了键的力常
数，使振动频率发生变化.
例：
O R C X
υOH ,υNH
红外光谱-2
形成氢键后，相应基团振动的时候，偶极矩变化增大，使
得吸收强度增大。
羰基和羟基之间容易形成氢键，使羰基的频率降低。
6、振动的偶合
二个频率相同或相近的基团联结在一起时，会发生 相互作用而使谱峰分成二个。如酸酐的二个羰基， 振动偶合而裂分成二个谱峰。
二元酸的二个羰基之间只有1~2个碳原子时，会出现 二个C=O基吸收峰，是相互偶合的结果。
CO（酰胺）1680 ~ 1630cm1（强）酰胺谱带I
NH（酰胺）1640 ~ 1550cm1
酰胺谱带II
nC- （N 胺）1380 ~ 1020cm-（1 中）
酰胺谱带III
（２）与偶极矩的变化大小相关
原子的电负性：两原子电负性，峰强
偶极矩
振动形式： as s , 分子对称性：分子对称度高，振动偶极矩小。
1、红外吸收峰位置
小结
1 1 k 1307 k
c 2c
2、红外光谱产生的条件？
1）、幅射体系发射的能量满足振动跃迁所需的能量 2）、分子在振动过程中有偶极矩的变化
~ 1450cm （1 强）
ds CH3
~ 1380cm-（1 中 ®
强）
CH2 ~ 1465 20cm（1 中） CH2 ~ 720cm1 (n 4)
异丙基和叔丁基在1375cm-1处的分裂：
dCs (CH3 )2 等强度分裂为 1385cm- 1和 1370cm- 1双峰 d-s C(CH3 )3 不等强度分裂为 1390cm- 1和 1365cm- 1双峰
c=c cm-1 1645 =cH cm-1 3017
1610
1565
3040
3060
第二章第一部分红外吸收光谱-2概述
灭蚊灯发出的蓝紫色光是紫外光吗？
不是，人的肉眼是看不到紫 外线的。蓝紫色灯管灭蚊是 根据蚊子的趋光性特点把蚊 子吸引到灭蚊灯，触碰周边 的铁网，将蚊子电死，跟紫 外线没有关系。 又如：飞蛾扑火、篝火捕蝉。
微波是如何加热食物的？
当微波辐射到食品上时，食品中总是含有一定量的水分。在水分子
中，H端带正电，O端带负电。微波通过食物时，微波的电场就对水分 子产生作用力，令水分子的正负两端急剧地扭转振动。这振动就引起 摩擦生热，迅速把食物煮熟。微波炉的微波频率为2450MHz，这是使 水分子振动的最有效频率。 瓷质盛器中没有水分子，也没有一端正一端负的其他分子，故微波 炉的电场不能使其分子运动，故不会被加热。 金属盛器中具有大量的自由电子。自由电子轻易受到微波的电场而 运动，善于吸收微波的能量而受热。故不要用金属器皿载食物放入微 波炉中。
T
激发态
基态 激发单重态 激发三重态
3. 分子中电子能级的跃迁 当物质受紫外-可 见光照射时，基 态分子选择性吸 收光能，使处于 成键分子轨道中 的两个自旋方向 相反的电子之一 发生激发跃迁， 进入相应的反键 分子轨道而处于 第一、第二电子 激发单重态S1、 S2的不同振动能 级上。
S2
♪根据描述，画出S0 → S2 的跃迁示意图（含振动能级）
大多化合物的化学键振动能级的跃迁发 生在中红外区, 在此区域出现的光谱为分 子振动光谱, 红外光谱)
♪红外和拉曼光谱属于分子的振动光谱
二、 双原子分子的振动
A 谐振子
两个原子的键轴方向上做简谐振动。
振动能级跃迁需要能量: 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。
动画：谐振子振动.swf
♪根据定义，画出磷光发射的示意图
红外光谱第二节2-3
胺类：伯胺在此范围出现二条(èr 谱带约 tiáo) 3500、3400 cm-1，对应于NH2的不对称伸 缩振动和对称伸缩振动。仲胺于约3400 cm1出现一条谱带，叔胺无此带。
第二十五页，共一百零一页。
酰胺类：酰胺除了极稀溶液中的游离态(N-H 3500-3400 cm-1)外，一般以缔合状态存在。 伯酰胺于3350 cm-1、3150 cm-1附近出现双 峰。谱带强度(qiángdù)较游离态增大。仲酰胺于 3200 cm-1附近出现一条谱带，如N-苯基丙炔 酰胺，N-H 3270 cm-1(m)。叔酰胺此范围无 吸收带。
=C—H(面外)
C—H(面外)
第九页，共一百零一页。
第十页，共一百零一页。
第十一页，共一百零一页。
第十二页，共一百零一页。
第十三页，共一百零一页。
第十四页，共一百零一页。
（1）—O—H 3700 3200 cm-1 确定 醇，酚，酸
在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液(róngyè)）时，峰形尖锐，强吸收； 当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
羰基化合物在1680~1850cm-1处有一个强的羰基 伸缩振动(zhèndòng)吸收峰。醛基C-H在2720cm-1处 有尖锐的特征吸收峰。
第五十页，共一百零一页。
丙烯醛的红外光谱 图 (guāngpǔ)
第五十一页，共一百零一页。
第五十二页，共一百零一页。
2-甲基丁醛的红外光谱(guāngpǔ) 图
第四十三页，共一百零一页。
第四十四页，共一百零一页。
1）饱和(bǎohé)碳原子上的—C缩
2870 cm-1 对称伸缩振动(zhèndòng) 2930 cm-1 不对称伸缩振动
2850 cm-1 对称伸缩振动
第二十五页，共一百零一页。
酰胺类：酰胺除了极稀溶液中的游离态(N-H 3500-3400 cm-1)外，一般以缔合状态存在。 伯酰胺于3350 cm-1、3150 cm-1附近出现双 峰。谱带强度(qiángdù)较游离态增大。仲酰胺于 3200 cm-1附近出现一条谱带，如N-苯基丙炔 酰胺，N-H 3270 cm-1(m)。叔酰胺此范围无 吸收带。
=C—H(面外)
C—H(面外)
第九页，共一百零一页。
第十页，共一百零一页。
第十一页，共一百零一页。
第十二页，共一百零一页。
第十三页，共一百零一页。
第十四页，共一百零一页。
（1）—O—H 3700 3200 cm-1 确定 醇，酚，酸
在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液(róngyè)）时，峰形尖锐，强吸收； 当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
羰基化合物在1680~1850cm-1处有一个强的羰基 伸缩振动(zhèndòng)吸收峰。醛基C-H在2720cm-1处 有尖锐的特征吸收峰。
第五十页，共一百零一页。
丙烯醛的红外光谱 图 (guāngpǔ)
第五十一页，共一百零一页。
第五十二页，共一百零一页。
2-甲基丁醛的红外光谱(guāngpǔ) 图
第四十三页，共一百零一页。
第四十四页，共一百零一页。
1）饱和(bǎohé)碳原子上的—C缩
2870 cm-1 对称伸缩振动(zhèndòng) 2930 cm-1 不对称伸缩振动
2850 cm-1 对称伸缩振动
第二章 红外光谱原理
CH2
1775 cm-1 1850 cm-1
CH2 CH2
1650 cm-1
1657 cm-1
1678 cm-1
1781 cm-1
1639 cm-1
1623 cm-1
1566 cm-1
1541 cm-1
4.氢键效应
分子内氢键：
分子内氢键使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽
注意：分子内氢键，不受浓度影响
峰的吸收强度被强化。这种倍频与基频之间的振动
偶合称为费米共振。 如：苯甲酰氯
羰基：1730cm-1; C-Cl的伸缩振动频率875 cm-1, 其倍频峰与羰基发生费米共振，二者吸收强 度都增强。
8.化学键强度及原子杂化类型
化学键越强，力常数K越大，IR吸收频率越大。
C C
2150cm -1
C=C
1650cm-1
60
2867 3533 1328
40
2957
-CH3 -CH2 –CH –CHO –OCH3 3000-2700
911 948 979
1425
1225 1076 1116
20
3424
1378 1245
第二章
红外光谱（IR）
Chapter 2 Infrared spectra
基础知识介绍 红外光谱的重要区段 红外光谱在结构分析中的应用
第一节
红外光谱基本原理
一、分子的能级和吸收光谱
世界是运动的。世界上任何物质中的分子都 处于不停的运动中，分子运动总能量可表示为：
＋
E平
平动能
能量量子化 E=E激发态-E基态
剪式振动δ s：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
1775 cm-1 1850 cm-1
CH2 CH2
1650 cm-1
1657 cm-1
1678 cm-1
1781 cm-1
1639 cm-1
1623 cm-1
1566 cm-1
1541 cm-1
4.氢键效应
分子内氢键：
分子内氢键使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽
注意：分子内氢键，不受浓度影响
峰的吸收强度被强化。这种倍频与基频之间的振动
偶合称为费米共振。 如：苯甲酰氯
羰基：1730cm-1; C-Cl的伸缩振动频率875 cm-1, 其倍频峰与羰基发生费米共振，二者吸收强 度都增强。
8.化学键强度及原子杂化类型
化学键越强，力常数K越大，IR吸收频率越大。
C C
2150cm -1
C=C
1650cm-1
60
2867 3533 1328
40
2957
-CH3 -CH2 –CH –CHO –OCH3 3000-2700
911 948 979
1425
1225 1076 1116
20
3424
1378 1245
第二章
红外光谱（IR）
Chapter 2 Infrared spectra
基础知识介绍 红外光谱的重要区段 红外光谱在结构分析中的应用
第一节
红外光谱基本原理
一、分子的能级和吸收光谱
世界是运动的。世界上任何物质中的分子都 处于不停的运动中，分子运动总能量可表示为：
＋
E平
平动能
能量量子化 E=E激发态-E基态
剪式振动δ s：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
第2章-红外光谱PPT课件
-
15
2.1.3 红外光谱的吸收强度
红外光谱的吸收强度可用于定量分析，也是化合物定性分析 的重要依据。用于定量分析时，吸收强度在一定浓度范围内 符合朗伯一比尔定律，其定量计算可参考紫外光谱的定量分 析方法。用于定性分析时，根据其摩尔吸光系数可区分吸收子振动过程中偶极矩变化有关，只有在振动中伴
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
7.0 m
化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越 小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
-
10
例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为 9.6, 计算波数值。
-
5
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。
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。
-
6
横坐标：波数(v )400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
响有关，如果诱导效应使基团极性降低，则吸收强度降低；反之，
则强度增加。
氢键作用大大提高了化学键的极化程度，因此伸缩振动吸收峰
加宽、增强。
分子内有近似相同振动频率且位于相邻部位（两个振动共用一
个原子或振动基团有一个公用键）的振动基团，产生两种以上的基
团参加的混合振动，称为振动偶合。振动偶合有对称和不对称之分。
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变 化时，无红外吸收。
红外吸收典型光谱2
第二节有机化合物的典型光谱（2）一脂肪烃类：烷烃、烯烃、炔烃二芳香烃类三醇、酚和醚类四羰基化合物：酮、醛、酰氯、羧酸、酯、酸酐、酰胺五含氮有机化合物：胺、硝基化合物、氰类化合物三、醇、酚、醚（一）醇、酚：都有峰及OH βυυO C O H -,但的特征性差。
OH β1．O-H 伸缩振动：（强）13200~3650--cm H O ν变，锐峰）（较强（游离）→--13610~3640cm H O ν中强，宽、钝峰）（强（多聚体）→--13200~3500cm H O ν强，稍宽）二聚体）(~(1H O 3500cm 3600--υ2．C-O 伸缩振动：（强）11000~012--cm O C 6ν)(1050~1s 1085--cm O C （饱和伯醇）ν)(1~1s 0871124--cm O C （饱和仲醇）ν111~--cmO C 241205（饱和叔醇）ν101~01--cm O C 1726（酚，固态）ν注：酚还具有苯环特征1420~1330cm -1（二）醚:1．链醚和环醚11000~1300--cm O C ν（强）（链）11070~1150---cm as C O C ν消失弱（链）→--sC O C ν11200~1275--cm asO C ν)(1250~1)(强--cm as O C φν)(1040~1)(中--cm sO C φν2．芳醚和烯醚3200~H O -ν1050~O C -ν1100~O C -ν四、羰基化合物（强）11540~1870-=cm O C ν由于此峰位置相对稳定，峰强度大及干扰少，所以它是红外吸收光谱上最易识别的一个吸收峰。
羰基化合物的羰基伸缩振动峰位排序：酸酐( 1810cm -1)> 酰氯(1800cm -1)>酸酐( 1760cm -1)> 酯类(1735cm -1)> 醛(1725cm -1)> 酮(1715cm -1)>羧酸(1710cm -1)> 酰胺(1680cm -1)>羧酸盐( 1610~1550cm -1)>羧酸盐( 1440~1360cm -1)asυs υas υs υ（一）酮：（极强）（酮）11715~-=cm O C ν•共轭效应使吸收峰→低波数区•环酮：环张力↑，吸收峰→高波数区OC =ν2(二) 醛（强，尖锐）（醛）11725~-=cm O C ν（双峰）和1)(27202820~-cm O CH ν•共轭效应使吸收峰→低波数区•双峰原因→费米共振1)()(128501390--cm cm O CH O CH νδ的二倍频峰处的费米共振：当一种振动的倍频出现于另一种振动的频率附近时，发生振动的强烈偶合，使得在高于原倍频和低于原基频的位置出现两个新峰，其中靠近原基频的新倍频峰强度剧增。
红外光谱上课用
第一节 红外光谱的基础知识
环内双键的伸缩振动频率随环的张力增大而降低。
双键C上的H被烷基取代，则Vc=c向高波数移动
CH3 H 3C CH3
vc=c
1641cm-1
1685 cm-1
第一节 红外光谱的基础知识
3、氢键效应
⑴ 分子内氢键（与浓度无关）： 使谱带大幅度向低波数方向移动。
第一节 红外光谱的基础知识
第一节 红外光谱的基础知识
4、振动偶合效应 定义：当两个相同基团在分子中靠得很近时，其 相应的特征吸收峰常发生分裂，形成两个峰，这种 现象称振动偶合。 例：嘧啶酮酯
第一节 红外光谱的基础知识
5、费米共振
定义：当倍频峰位于某强的基频峰附近时，弱的 倍频峰的吸收强度被大大强化，这种倍频与基频之 间的振动偶合称为费米共振。 6、试样的物理状态的影响 同一种化合物在固态、液态、气态时IR不相同。
⑵ 百分吸收率 =（100-T）× 100% ⑶ 吸光度 A= lg（I/I0）= lg（T0 /T） ⑷ 摩尔吸光系数
第一节 红外光谱的基础知识
红外光谱的吸收强度
第一节 红外光谱的基础知识
红外吸收强度及其表示符号
摩尔消光系数（ε） ＞200 75~200 强度 很强 强 符号 VS S
25~75
以波长或波数为横坐标，以吸光度或百分透过率为纵坐标
第一节 红外光谱的基础知识
二、多原子分子的振动
（一）振动自由度和峰数
振动自由度（分子自由度）：基本振动数目
第一节 红外光谱的基础知识
分子自由度（3N)=平动自由度+转动自由度+振动自由度
振动自由度 = 分子自由度（3N）－（平动自由度+转动自由度）
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苯甲酸
3300~2500 cm-1：羧酸二聚体的O—H伸缩振动，峰形宽，散； ~1695 cm-1：C=O伸缩振动，因与苯环共轭移向低波数； ~920cm-1：O—H非平面摇摆振动，特征
金刚烷酰氯
6. 酸酐
有两个羰基伸缩振动，1800，1750，相差 50cm-1， 反对称伸缩位于高频区， 对称伸缩振动位于低频区。 开链酸酐的高波数峰比低波数峰强， 环状酸酐两峰的相对强度正好相反，强度 差别比开链酸酐悬殊。
2.5
红外图谱解析
红外光谱的分区 红外标准谱图及检索 萨特勒红外谱图集是较常用的谱图 集，数据库，网上资源 红外图谱的解析步骤 红外图谱的解析实例
醛酮 羧酸、羧酸盐 酸酐 酯 酰卤 酰胺
羰基化合物的C=O伸缩振动吸收峰位置
化合物类型 醛 酮 酸 酯 酰胺 酸酐 吸收峰位置（cm-1） 1735-1715 1720-1710 1770-1750 1745-1720 1700-1680（酰胺“I”峰） 1820和1760
1. 醛酮
正丁醛
~2720cm-1: 醛基C—H伸缩振动，特征；~1730cm-1：—C=O 伸缩振动
8
谱图解析——1-己醇
1468cm-1, -CH3反对称 弯曲振动峰 。
9
谱图解析——1-己醇
1455cm-1,-CH2剪 刀弯曲振动峰。
10
谱图解析——1-己醇
1430cm-1,-OH弯曲振动峰，一般 波数范围：1400± 100cm-1，这 个宽峰被CH弯曲模式峰掩盖。
11
谱图解析——1-己醇
4
谱图解析——1-己醇
2960cm-1, -CH3 反 对 称伸缩振 动峰。
5
谱图解析——1-己醇
2931cm-1, -CH2反对称 伸缩振动峰 。
6
谱图解析——1-己醇
2870cm-1, -CH3 对 称 伸缩振动 峰。
7
谱图解析——1-己醇
2861cm-1, -CH2 对 称 伸缩振动 峰。
硝基化合物
2.4.6 其他含杂原子有机化合物
金属有机化合物
三苯基砷的红外光谱图 3078cm-1：苯基C-H伸缩振动；1607cm-1: 苯基C=C伸缩振动；1488，1432 cm-1 苯环骨架振动；734，694 cm-1：单取代苯的C-H弯曲振动
高分子化合物
聚异戊二烯的红外光谱图 1652 cm-1: C=C伸缩振动；1438 cm-1：甲基反对称变形振动和亚甲基剪式振动重 叠；1369 cm-1：甲基对称变形振动
苯甲醛
苯异丙基酮
1694cm-1：C=O伸缩振动，羰基与苯环共轭，吸收移向低波数； 1580cm-1：苯环骨架振动，与羰基共轭，移向低波数
2. 羧酸和羧酸盐
CO2-的反对称伸缩振动，1650-1540，最强峰；对称伸缩振动，1420-1300，强峰
2-甲基丙酸
3300~2500 cm-1：羧酸二聚体的O—H伸缩振动，峰形宽，散；1710 cm-1：C=O伸缩振动；920 cm-1：非平面摇摆，特征峰
一个峰，强度中
强度强，中 强度极弱 强度强 强度强 强度强 强度中，弱 强度弱
2-戊胺
~3400 cm-1 NH2反对称伸缩振动；～3340 cm-1 NH2对称伸缩振动 ~1590cm-1NH2剪式振动；~1185cm-1：C—N伸缩振动
二己胺
~3310cm-1：弱峰，N—H伸缩振动；~1460cm-1：CH2剪式振动+CH3反对称变形 振动； ~1110Cm-1：C—N伸缩振动；~715cm-1：N—H非平面摇摆振动
2.4.5 含氮化合物
胺、亚胺和胺盐
特征吸收
NH伸缩振 动
化合物
伯胺类 仲胺类
吸收峰位置 (cm-1) 3500-3300
3500-3300
吸收峰特征
两个峰，强度中 一个峰，强度中
亚胺类
NH弯曲振 动 C-N振动 伯胺类 仲胺类 芳香 胺 伯 仲 叔 脂肪 胺
3400-3300
1650-1590 1650-1550 1340-1250 1350-1280 1360-1310 1220-1020 1410
指纹区：与参考谱图 比对，即能给出定性 结论。
12
谱图解析——1-己醇
1058cm-1,-C-O 伸缩振 动峰，与 C-C伸缩振动 是反对称的，一般波数 范围： 伯醇：1050cm-1 仲醇：1100cm-1 叔醇：1150cm-1
13
谱图解析——1-己醇
725cm-1, -(CH2)4 摇摆 振动峰，只有在 4 个和 4 个 CH2 存在时才有这 个摇摆振动峰。
说明 尖 中强，较尖 强，宽 宽，散 强，酚的吸收峰发 生裂分，峰形特别 最强的第一吸收 面内弯曲，强，宽 面外弯曲，宽
δC—O
δH—O
正丁醇的红外光谱
~3450cm-1：缔合O—H伸缩振动；~1350cm-1：O—H面内弯曲振动
1-己醇
谱图解析——1-己醇
3
3334cm-1, -OH的伸缩振动峰， 一般波数范围：3350±10 cm-1 。这是一个很特征的OH峰，由 于氢键的存在，所有OH峰均比 较宽。
14
谱图解析——1-己醇
660cm-1,-OH 摇摆振动峰（ 面外弯曲振动），这是由于 OH 基团的存在的另外一个 宽峰。
苯酚的红外光谱图
缔合羟基 3226
OH的弯曲 振动1376
C－O伸缩 振动1238
乙醇在CCl4中浓度变化 对红外吸收的影响
2. 醚
2.4.4 含羰基化合物
2.4.3 醇、酚和醚
1. 醇和酚存在三个特征吸收：羟基OH 伸缩振动和弯曲振动， C-O伸缩振动。
基团 υO—H
吸收位置（cm-1） 3650~3580（游离） 3550~3450（二聚体） 3400~3200（多聚体） 3600-2500（分子内缔合） 1050（伯） 1100（仲） 1150（叔） 1200（酚） 1500~1250 650
三甲基乙酸酐
顺丁烯二酸酐邻苯二甲酸酐7.Fra bibliotek胺
N-H伸缩振动：3540-3125厘米-1，伯酰 胺为强度相近的双峰，相距120厘米-1， 仲酰胺为单峰，叔酰胺无此峰。 羰基伸缩振动：1690-1620厘米-1（酰胺I 峰） N-H弯曲振动+C-N伸缩振动：1650-1580 厘米-1（酰胺II峰） C-N伸缩振动：1430-1050 （酰胺III峰）