波普分析第二章红外光谱1

合集下载

波谱分析教程第2章红外再编

第二章红外吸收光谱【基本要求】Ø理解红外吸收光谱（简称红外光谱）的基本原理Ø掌握红外光谱与有机化合物分子结构之间的关系Ø熟悉基团特征频率及其影响因素Ø掌握运用红外光谱解析分子结构的方法【重点难点】Ø红外光谱与有机化合物分子结构之间的关系Ø基团特征频率及其影响因素Ø红外光谱解析分子结构的方法第二章红外吸收光谱红外吸收光谱Infrared absorption Spectra是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( I nfra r ed Spectra，IR)。

2.1 红外光及红外光谱2.1.1 红外光区域2.1.2 红外光谱仪红外分光光度计1. 色散型红外光谱仪2. 傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）2.1.3 红外光谱的测量1. 气体2. 液体液膜法稀溶液法3. 固体糊状法石蜡油或氟油调糊薄膜法切片熔融或溶解压片法KBr晶体2.1.4 红外光谱的表示方法A. 红外光谱图横坐标：纵坐标：红外光的波长（λ，µm）或波数（，cm-1）吸光度A或透射百分率（T %）B. 红外光谱数据2-苯基丙醛的红外光谱§2.2 基本原理红外光谱分子的振动红外光光子的能量与分子振动能级的能量差相当，物质分子吸收红外光导致振动能级发生跃迁，产生红外光谱。

所以，红外光谱又叫做振动光谱。

2.2.1 双原子分子的振动X——Y 1. 谐振子模型A. 双原子分子的振动频率Hoocke定律k —键的力常数μ—两个原子的折合质量B. 振动能级及其跃迁谐振动能级的能量：相邻振动能级的能量差：谐振子能级跃迁的选律：：基频倍频2. 振动形式和振动简并伸缩振动(ν)：弯曲振动(δ)：沿着键轴方向伸、缩的振动，只改变键长，不改变键角。

垂直于键轴方向的振动，只改变键角而不影响键长。

例如、水（H2O）分子的三种振动形式：对称伸缩振动不对称伸缩振动弯曲振动CO2分子的四种振动形式振动简并亚甲基（CH2）的六种振动形式3. 多原子分子的振动光谱基频：倍频：合频：每一个简正振动都有一基频，对应于振动基态到第一激发态（v = 1）的跃迁。

波谱解析-第二章

• 利用这个公式对分子的一个振动自由度进行计算，大概估算一下，这个分子可能有多少个吸收峰。 • 比如水分子，属于非线性分子，它的振动自由度 =3x3-6=3，也就是水分子有三种振动形式。第一个是不对称伸缩振动；二是对称伸缩振动；三是面内弯曲振动，如果扫描水的红外光谱，它对应有三个吸收峰。
• 理论上，一个振动自由度产生一个红外吸收峰，但由于有的振动是非红外活性的，故不产生吸收峰，这也是实际吸收峰数减少的原因之一。
第二章
第一节基本理论
红外光谱
一、基础知识 1、红外光谱：红外区的电磁波照射分子，能够引起分子振动能级和转动能级的跃迁，振-转光谱。分子当中有很多化学键，化学键两端的原子不是静止不动的，它总是在平衡位置作振动。红外线的能量可以提供原子的振动能级从基态到激发态的一个跃迁。
• 红外都是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定，这是其它仪器分析方法难以做到的。由于每种化合物均有红外吸收，尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息，因此红外光谱是有机化合物结构解析的重要手段之一。
例2 CO2分子（有一种振动无红外活性），它是典型的线性分子，3n-5=4个振动自由度。
CO2 分子其简正振动的数目为
3×3 – 5 = 4，但只有两个红外吸收峰，
其原因为
不对称伸缩 νs = 2349cm-1
C O O
+
-
+
面内弯曲 δs = 667cm-1
面外弯曲 δs = 667cm-1
• 对于对称伸缩振动，正电荷中心是碳，负电荷中心是氧，虽然说C,O之间的距离发生变化，但是由于它高度对称，偶极矩的变化是0，正负电荷中心始终重合，是一种红外的非活性振动。它是不会产生吸收峰的。 • 两种弯曲振动，他们的频率是一样的，都是 667，这两种振动形式所产生的吸收峰合二为一，我们把这种称之为简并。 • 虽然说CO2，有四种振动自由度，有四种振动形式，但是它在红外区所产生的吸收峰只有两个。

有机波谱解析红外光谱课件

有机波谱解析红外光谱课件
(3) 一些基团的特征频率(cm-1)
基团
A．烷基 C-H (伸缩)
(变形) B．烯烃
C=C-H (伸缩) C=C (伸缩) C．炔烃 ≡C-H (伸缩) C≡C (伸缩) D．芳烃 Ar-H (伸缩） C=C (骨架伸缩) E．醇、酚、羧酸 OH (醇、酚) (伸缩) OH (羧酸) (伸缩) F．醛、酮、酯、羧 C=O (伸缩) G．胺 N-H (伸缩) H．腈 C≡N (伸缩)
[(2 8 + 2) - 8 ] 2 = 5
可能的结构：
O CHO
有机波谱解析红外光谱课件
谱图解析的一般步骤
• 谱图解析一般先从官能团区的最强谱带开始，推测未知物可能含有的基团，判断不可能含有的基团．再从指纹区的谱带进一步验证，找出可能含有基团的相关峰，用一组相关峰确认一个基团的存在．对于简单化合物，确认几个基团之后，便可初步确定分子结构，然后查对标准谱图核实。
(iv) 试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内.
有机波谱解析红外光谱课件
液体和溶液试样
(1) 液体池法沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中，液层厚度一般为0.01~1 mm．
(2) 液膜法沸点较高的试样，直接直接滴在两片盐片之间，形成液膜。
[(2 14 + 2) - 14 ] 2 = 8
有机波谱解析红外光谱课件
• 可能的结构：一个苯环的不饱和度为4 (1个环，3个双键) ．化合物的不饱和度大于4，一般就要考虑它的分子中是否有苯环存在．推测化合物A的结构为:
有机波谱解析红外光谱课件
例1. 计算化合物A (C8H8O)的不饱和度

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
药物分析学科组
药学院
（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

2015-7-8
药物分析学科组
药学院
（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
药物分析学科组
药学院
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

实用波谱学：02 红外光谱

– 共轭效应使π电子离域程度增大，极化程度增大，吸收强度增加。（共轭的双键可看成供电基）
振动耦合使吸收强度增大，费米共振使倍频或组频的吸收强度显著增加
形成氢键使振动吸收峰吸收强度增大且变宽
能级跃迁的几率，v=0 v=2 比 v=0 v=1 能阶大，跃迁几率小，吸收峰弱
红外光谱的分区
=CH面外弯曲振动吸收位置（cm-1）
995-985（=CH） 981905--980855（（==CCHH22））
部分含氢基团的一些弯曲振动和一些含重原子的双键（P═O，P═S等）的伸缩振动频率也在这个区域。
这个区域的红外吸收频率信息十分丰富，但特征性不强。
910 cm-1以下
苯环由于取代而产生的吸收（910~650 cm-1）是这个区域的重要内容。是判断苯环取代位置的主要依据。
烯的碳氢弯曲振动频率处于本区及前一区，可用于判断双键的类型。
二氧化碳的红外光谱（气相）
羰基弯曲振动（666 cm-1）
羰基不对称伸缩振动（~2360、2335 cm-1）
2000~1500 cm-1:双键的伸缩振动区域
羰基化合物在~1650 ─ 1900 cm-1 烯基氢面外弯曲振动的倍频~1600 ─ 2000 cm-1 苯环的骨架振动在~1500、~1580、~1600 cm-1 C═C的伸缩振动~1620 ─ 1680 cm-1 C═N的伸缩振动~1640 ─ 1690 cm-1 N═O的伸缩振动~1500 ─ 1600 cm-1 ─NO2有对称、不对称两种伸缩振动，不对称伸缩振
红外活性 (IR-Active)
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
极性键通常有红外活性（无论分子是否对称）对称分子中的非极性键通常没有红外活性或

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

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)

有机波谱第二章红外光谱解读

1.3 分子偶极变化与峰强
1.3.1 峰强度表示方法谱带强度单位为透射率（T）或吸收强度（A）。它们
可以用透过样品的出射光强度I与入射光强度I0表示：
T = I / I0 A = lg(I0 / I) = lg(1 / T)
在单色光和溶液的实验条件下，溶液的吸收可遵从BeerLambert定律：吸收度与溶液c和吸收池的厚度l成正比，即：
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。
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。
吸收频率随键的强度的增加而增加，随键连原子的质量增加而减少。化学键力常数：单键—4~8 双键—8~12 叁键—12~18
1.3.2决定峰强的因素
（1）振动过程中偶极矩的变化
基频吸收谱带的强度取决于振动过程中偶极矩变化的大小。只有具有极性的键在振动过程中才出现偶极矩的变化，在键周围产生稳定的交变电场才能与频率相同的辐射电磁波作用，从而吸收相应能量使振动跃迁到激发态，得到振动光谱。这种振动称为红外活性振动。
高极性键的振动，产生强度大的吸收谱带，如羟基、羰基、硝基等强极性基团都具有很强的红外吸收谱带。
K为化学键的力常数，与键能和键长有关； m 为双原子的折合质量.
2、质量和力常数的影响
有机化合物中个别的化学键可以近似地看作是双原子分子，这样就可以利用双原子分子的振动公式来理解化学
键的振动：
v
=
1 2πc
(K / u)1/2 = 1303
K (m1 + m2) 1 / 2 m1m2
K:力常数，m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量数。

有机化学波谱分析知识要点

波谱分析第一章紫外光谱1、为什么紫外光谱可以用于有机化合物的结构解析？紫外光谱可以提供：谱峰的位置（波长）、谱峰的强度、谱峰的形状。

反映了有机分子中发色团的特征，可以提供物质的结构信息。

2、紫外－可见区内（波长范围为100-800 nm ）的吸收光谱。

3、Lamber-Beer 定律适用于单色光吸光度：A= lg(I 0/I) = lc透光度：-lgT = bcA ：吸光度；l ：光在溶液中经过的距离；：摩尔吸光系数，为浓度在1mol/L 的溶液中在1 cm 的吸收池中，在一定波长下测得的吸光度；c ：浓度。

4、有机物分子中含有π键的不饱和基团称为生色团；有一些含有n 电子的基团（如—OH 、—OR 、—NH ２、—NHR 、—X 等），它们本身没有生色功能（不能吸收λ>200 nm 的光），但当它们与生色团相连时，就会发生n —π共轭作用，增强生色团的生色能力（吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加），这样的基团称为助色团。

5、λmax 向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移（或紫移）。

吸收强度即摩尔吸光系数增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应。

6、电子跃迁的类型：1. σ→σ＊跃迁：饱和烃（甲烷，乙烷）；E 很高，λ<150 nm （远紫外区）。

2. n →σ＊跃迁：含杂原子饱和基团（-OH ，-NH 2）；E 较大，λ150~250 nm （真空紫外区）。

3. π→π＊跃迁：不饱和基团（-C=C-，-C=O ）；E 较小，λ~ 200 nm ，体系共轭，E 更小，λ更大；该吸收带称为K 带。

4. n →π＊跃迁：含杂原子不饱和基团（-C ≡Ｎ，C=O ）：E 最小，λ 200~400 nm （近紫外区）该吸收带称为R 带。

7、λmax 的主要影响因素：1. 共轭体系的形成使吸收红移；2. pH 值对光谱的影响：碱性介质中，↑，吸收峰红移，↑3. 极性的影响：π→π＊跃迁：极性↑，红移，↑；↓。

波谱分析红外光谱课件

9.6
νC-O 1307
5.4
12 16 1216
1160 (cm-1)
νCO 1307
12
12 16 1216
1730 (cm-1)
VÉÄÄxzx Éy V{xÅ|áàÜç tÇw V{xÅ|vtÄ XÇz|ÇxxÜ|Çz
一些化学键的伸缩振动频率范围
键型 C≡N C≡C C=O C=C C—C
VÉÄÄxzx Éy V{xÅ|áàÜç tÇw V{xÅ|vtÄ XÇz|ÇxxÜ|Çz
教学内容
2.1 基本原理 2.2 影响振动频率的因素 2.3 红外光谱的分区 2.4 各类有机化合物的红外光谱 2.5 红外光谱解析
VÉÄÄxzx Éy V{xÅ|áàÜç tÇw V{xÅ|vtÄ XÇz|ÇxxÜ|Çz
键型 H—F H—Cl H—Br H—I O—H N—H S—H
K
键型
K
键型
K
9.7 ≡C—H
5.9
C—C
4.5
4.8 =C—H
5.1
C—O
5.4
4.1 —C—H
4.8
C—F
5.9
3.2 —C≡N
18
C—Cl
3.6
7.7 —C≡C
15.6 C—Br
3.1
6.4 —C=O
12
C—I
2.7
4.3 —C=C
VÉÄÄxzx Éy V{xÅ|áàÜç tÇw V{xÅ|vtÄ XÇz|ÇxxÜ|Çz
振动偶合 (Vibrational Coupling)：当分子中两个或两个以上的基团与同一原子相连时, 其振动吸收带常发生裂分, 形成双峰。一个移向高频方向, 一个移向低频方向, 强度加强。有伸缩振动偶合, 弯曲振动偶合、伸缩与弯曲振动偶合三类。

波谱解析第二章红外光谱习题参考答案

4/6
10.
首先计算不饱和度：U=0，结构中含氧，推测可能是饱和醇或者醚。 3366cm-1：-OH 伸缩振动。（中等宽峰，含醇羟基，此化合物为饱和醇） 2974cm-1：-CH3 的 C-H 伸缩振动。 1381，1375cm-1：偕二甲基特征吸收。 1050 cm-1：伯醇 C—O 伸缩振动综上所述，推测该化合物的结构为：
9. （较难判断）
首先计算不饱和度：U=8，结构中可能含有两个苯环或多个双键。结合红外谱图分析， 3085，3021cm-1：苯环 C-H 伸缩振动。 2961，2856cm-1：-CH2 的 C-H 伸缩振动。 1601，1500，1452 cm-1：苯环骨架变形振动。 752，703cm-1：单取代苯环 C-H 面外弯曲振动。谱图中没有明显的烯烃的峰，因此推测结构中应该含有两个苯环，其他的碳氢均为饱和连接，且没有发现甲基的特征峰。综上所述，推测该化合物的结构为：
5/6
12.
首先计算不饱和度：U=1，存在一个双键。结合红外谱图分析， 3294cm-1：N-H 伸缩振动。 2946cm-1：-CH3 的 C-H 伸缩振动。 1655cm-1：羰基伸缩振动（酰胺Ⅰ峰）。 1563cm-1：仲酰胺 C-N-H 弯曲振动（酰胺Ⅱ峰）。 1372 cm-1：甲基对称变角振动。 1299cm-1：仲酰胺的酰胺Ⅲ峰。 721cm-1：仲酰胺 N-H 面外弯曲振动（酰胺Ⅴ峰）。此外，2820~2720cm-1 无明显吸收峰，结构中不含醛基综上所述，推测该化合物的结构为：
4.
(1)
O O
A
B
C
B 化合物中含有共轭双键，羰基双键 π 电子发生共轭而离域，降低了双键的
力常数，从而使 C=O 伸缩振动频率相对于 A 降低。C 化合物为烯醇酯，烯氧基

有机波谱分析第二章红外光谱

湖北理工学院医学院药学系
有机波谱分析第二章红外光谱
• 共轭与诱导效应共存时的情况：
湖北理工学院医学院药学系
有机波谱分析第二章红外光谱
• 2.空间效应 • (1)场效应 F 互相靠近的基团之间通过空间传递的效应。
– 只在立体结构上靠近的基团间才能产生。 – 同 e- 排斥↑→ K ↑→ν↑
湖北理工学院医学院药学系
➢ 8）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。
湖北理工学院医学院药学系
有机波谱分析第二章红外光谱
（五）红外光谱产生的条件
分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：
条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。根据量子力学原理，分子振动能量Ev 是量子化的，即
E V =（V+1/2）h
1000 m 25 cm 1
• 红外光的三个区域：
– (1)近红外区：13000~4000cm-1
• 研究分子中的O-H、N-H、C-H键的振动倍频与组频。
– (2)中红外区：4000~400cm-1
• 研究大部分有机化合物的振动基频。
– (3)远红外区： 400~25cm-1
• 研究分子的转动光谱以及重原子成键的振动等。
凡能用于鉴定原子基团存在并有较高强度的吸收峰－特征
峰。其对应的频率称为特征频率。
一个基团除了特征峰以外，还有许多其它振动形式的吸收
峰，这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰－相关峰。
（3）特征区与指纹区
4000－1330 cm-1 －特征区；
湖北理工学院医学院药学系
1330－400 cm-1 －指纹区
(3)n↑→ r ↑
→△E振动↑
湖北理工学院医学院药学系

红外波谱分析

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，当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。

2、红外光谱的特点：特征性强、适用范围广。

红外光谱对化合物的鉴定和有机物的结构分析具有鲜明的特征性，构成化合物的原子质量不同、化学键的性质不同、原子的连接次序和空间位置不同都会造成红外光谱的差别。

红外光谱对样品的适用性相当广泛，无论固态、液态或气态都可进行测定。

3、红外光谱波长覆盖区域：0.76 mm ~ 1000mm.红外光按其波长的不同又划分为三个区段。

（1）近红外：波长在0.76-2.5mm之间（波数12820-4000cm-1）（2）中红外：波长在2.5-25mm（在4000-400 cm-1）通常所用的红外光谱是在这一段的（2.5-15mm，即4000-660 cm-1）光谱范围，本章内容仅限于中红外光谱。

（3）远红外：波长在25~1000mm（在400-10 cm-1）转动光谱出现在远红外区。

4、红外光谱图：当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时，分子就要吸收能量，从原来的振动能级跃迁到能量较高的振动能级，将分子吸收红外光的情况用仪器记录，就得到红外光谱图。

5、红外光谱表示方法：（1）红外光谱图红外光谱图以透光率T ％为纵坐标，表示吸收强度，以波长l ( mm) 或波数s (cm-1)为横坐标，表示吸收峰的位置，现主要以波数作横坐标。

波数是频率的一种表示方法（表示每厘米长的光波中波的数目）。

通过吸收峰的位置、相对强度及峰的形状提供化合物结构信息，其中以吸收峰的位置最为重要。

（2）将吸收峰以文字形式表示：如下图可表示为，3525cm-1（m)，3097cm-1(m)，1637cm-1(s)。

这种方法指出了吸收峰的归属，带有图谱解析的作用。

姚新生有机波谱解析第二章红外光谱

返回（2）共轭效应(Conjugated effect)
共轭体系使电子云密度平均化，使双键的吸收峰向低频方向移动。
O RC
CH2
νc=o 1715cm-1
O
CH CH C
νc=o
CH2
1685 ～
1665cm-1
O R C NH2
νc=o
1650cm-1
• π-π共轭、p-π共轭均使羰基的π电子离域，其双键性减弱，键的力常数减小，使羰基向低频方向移动。
第二章红外光谱分析(IR)
返回
b)、经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动能量变化是量子化的，分子中各基团之间、化学键之间会相互影响，即分子振动的波数与分子结构（内因）和所处的化学环境（外因）有关。
例如：C-H键基频振动的计算值为2920 cm-1，而实测值为2915 cm-1
c、基频峰与泛频峰
第二章红外光谱分析(IR)
三、分子的偶极矩与峰强:
分子对称度高，振动偶极矩小，产生的谱带就弱；反之则强。如C=C，C-
C因对称度高，其振动峰强度小；而C=X，C-X，因对称性低，其振动峰强
度就大。峰强度可用很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w）、很弱
（vw）等来表示。
表10-1
摩尔消光系数（ε）＞100 20~100 10~20 1~10 0~1
1、红外光谱的定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收
光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光谱。
主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。

波谱解析红外光谱

2. 仪器的色散元件: 棱镜与光栅的分辨率不同。
四. 影响峰强的因素
1.峰强的表示方法:
纵坐标为百分透过率(T%), 横坐标为波数(ν, cm-1-); T%越大, 吸收峰越强; 峰强也可用摩尔吸光系数(εa)表示:
T%=(I/I0 )×100% εa=1/(c×L)lg(T0/T) εa﹥100时, 很强峰(vs); εa=20~100时,强峰(s); εa=10~20时, 中强峰 (m); εa﹤1时,弱峰(w)
O
O
O
R C R' R C
C
1715
1690
1665
共轭效应使电子离域，双键性，K
但在p-π共轭体系中,诱导效应与共轭效应常常同
时存在, 谱带的位移方向取决于哪一个作用占主
导地位, 例如,RCONH2、RCOR、RCOOR、 RCOCl中羰基的伸缩振动频率大小顺序。
共轭与诱导效应共存时的情况
(一). 内部因素
1.电子效应: 通过导致成键原子间电子杂
化状态与电子云分布发生变化, 因而改变力常数而影响相应谱带的位置。 (1).诱导效应(-I)一些极性共价键, 随着取代基电负性的不同,电子密度发生变化, 引起键的振动谱带位移。
F>Cl>Br>I>OCH3>NHCOCH3>C6H6>H>CH3
*分子的能量: E分子=E移+E转+E振+E电子 E光子=hν光=ΔE振
*化学键的偶极矩与分子的偶极矩(μ): *红外光可分为三个区域:
近红外区（泛频区）: 12500-4000 cm-1 (波数ν-);
中红外区（基本振动区） : 4000-400 cm-1 远红外区（转动区） : 400-25 cm-1

波谱分析-第二章 (红外光谱)(1)

例如：HCl，k = 5.1N· cm-1
v = 1303
5.1 (1 + 35.5) 1× 35.5
1/2 -1 cm = 2993
C—C C=C
k ~ 5 N· cm-1 k ~ 10 N· cm-1
= 1193 cm-1 = 1687 cm-1
C≡C
C—H
k ~ 15 N· cm-1
1/2
K (m1 + m2) 1 1/2 v = 1303 (K / u ) = m1m2 2πc
K:力常数，m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量数
吸收频率随键的强度的增加而增加，随键连原子的质量增加而减少。化学键力常数：单键—4~8 双键— 8~12 叁键—12~18 利用实验得到的键力常数和计算式，可以估算各种类型的基频峰的波数
四
五六
λ
10-8
10-6 10
10-4 400 800
10-2
100
102 cm nm um
γ射线
X射线
紫外光
可见光
红外光 IR 微波
无线电波
1 cm = 107nm
1cm = 104um
通常的红外光谱频率在4000～625cm-1之间，正是一般有机化合物的基频振动频率范围，可以给出丰富的结构信息：谱图中的特征基团频率可以指出分子中官能团的存在；全部光谱图则反应整个分子的结构特征。除光学对映体外，任何两个不同的化合物都具有不同的红外光谱。
（二）简偕振动
分子是由各种原子以化学键相互连接而生成。可以用不同质量的小球代表原子，以不同强度的弹簧代表各种化
学键，它们以一定的次序互相连接，就成为分子的近似机械模型。这样就可以根据力学定理来处理分子的振动。

课后答案】有机波谱分析(孟令芝,第三版

课后答案】有机波谱分析（孟令芝，第三版第1章绪论1.1 有机波谱分析的基本概念1. 有机波谱分析是指利用波谱技术对有机化合物的结构和性质进行定性和定量分析的一种方法。

2. 有机波谱分析的原理是利用分子的不同振动和旋转运动所引起的吸收或发射电磁波来分析物质的结构和性质。

3. 有机波谱分析的分类包括红外光谱分析、核磁共振波谱分析、质谱分析等。

1.2 红外光谱分析1. 红外光谱是指波长范围为0.8~1000 μm的电磁辐射。

2. 红外光谱分析利用化合物中不同化学键的振动和变形所吸收的红外辐射来分析物质的结构和性质。

3. 红外光谱的谱图通常分为三个区域：近红外区、中红外区和远红外区，对应的波数范围为12000~4000 cm-1、4000~400 cm-1和400~10 cm-1。

4. 红外光谱的谱图可通过化合物中的官能团、分子结构和化学键的性质来进行解释和分析，常见的化学键包括C-H、O-H、N-H、C=O、C=C、C≡C等。

1.3 核磁共振波谱分析1. 核磁共振波谱是指当核磁矩和外磁场相互作用时反应出的光谱。

2. 核磁共振波谱分析利用化合物中含有氢、碳等元素的核磁共振信号来分析物质的结构和性质。

3. 核磁共振波谱分析中的化学位移指的是核磁共振信号所对应的频率与参考标准物质的频率差值，常用的参考标准物质包括TMS、CDCl3等。

4. 核磁共振波谱的谱图可通过分析化合物中的化学位移、峰形、耦合常数等来对化合物的结构和性质进行解释和分析。

1.4 质谱分析1. 质谱分析是指将化合物分解为不同的离子，并在磁场中进行分离、聚集和检测，从而得到物质的结构和性质信息的一种方法。

2. 质谱分析的过程包括化合物的分子离化、离子加速、离子分离和离子检测等。

3. 质谱分析中常用的离子化方法包括电子轰击法、化学离子化法等。

4. 质谱分析的谱图可通过分析离子碎片的质荷比、相对丰度等来对化合物的结构和性质进行解释和分析。

第2章红外光谱分析2.1 基本原理和仪器1. 红外光谱是指物质分子在红外辐射下吸收、散射和反射的现象。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

分子在振动过程中，由于键长键角的变化，而引起分子偶极矩的变化。
4
对称分子（非极性的双原子分子）：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。
如： H2 、N2、O2、Cl2 等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。
如： H2O ，HCl ，CO等。
H C C HR C C R 其C 键C伸缩振动不引起偶极矩变化, 无红外吸
39
正己酸在液态和气态的红外光谱 a 蒸气（134℃）b 液体（室温）
40
分子间氢键分子间氢键是否能够形成以及缔合程度有多大与该化合物
的浓度有密切关系。例如: 环己醇
浓度<0.01mol/L的CCl4稀溶液中------不形成分子间氢键浓度<0.1mol/L的CCl4溶液中------ 形成二聚体和多聚体的吸收浓度<1.0mol/L的CCl4溶液中------几乎都是多聚体
10
6. 多原子分子的振动自由度和峰数
含n个原子的分子，自由度为：
非线性分子有 3n-6 个 6: 3个分子整体的平动自由度
（分子本身沿x, y, z轴方向的平动） 3个分子整体的转动自由度
（绕x, y, z轴的转动）
线性分子有 3n-5 个（转动自由度为2。没有绕x轴的转动）
11
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
化学键 C-H
C=C-H Ar-H C＝C-H
X-H 键的伸缩振动波数（cm-1）
波数（cm-1）
3000
3100-3000
3100-3000
3300
化学键
F-H Cl-H Br-H I-H Si-H Ge-H Sn-H
波数（cm-1）
4000 2890
2650 2310
2150 2070 1850
21
IR光谱得到的结构信息从谱图可得信息：
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)
19
费米共振一个化学键的基频和它自己或与之相连的另一化
学键的某种振动的倍频或合频与某基频相近时的偶合。由于其相互作用而产生的强吸收带或发生峰的分裂。
费米共振，使倍频峰或合频峰增强。
20
例： C-Cl= 874 cm-1, 其倍频峰位于1730 cm-1，正好落在 C=O附近，发生费米共振，使倍频峰增强。
第二章红外光谱
红外光谱的基本原理影响红外光谱吸收频率的因素红外光谱仪及样品制备技术各类化合物的红外特征光谱红外图谱解析红外光谱技术的进展及应用
1
2.1 红外光谱的基本原理
2
2.1.1 红外吸收光谱
1. 红外光区分三个区段：近红外区：0.78~2.0 m，12820~5000/cm, 泛频区（用于研究单键的倍频、组频吸收）中红外区：2.0~25 m，5000~400/cm, 基频振动区（各种基团基频振动吸收）远红外区：25 m以上，转动区（价键转动、晶格转动）
12
二氧化碳的IR光谱
面内
面外
2349
667
CO2 分子红外光谱示意图
13
2.1.2 分子中基团的基本振动形式
键角不变, 键长改变
伸缩振动
振动类型
弯曲振动
键长不变, 键角改变
不对称伸缩振动
(νas)
对称
伸缩振动(νs)
H HH H
C
C
面内弯曲(δ面内)
面外弯曲(δ面外)
剪式振动平面摇摆非平面摇摆扭曲振动
收带。
9
5. 常见术语
基频峰、倍频峰、合频峰
基频峰：分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的高一能级产生的吸收。V =0 V=1
倍频峰(2) ：是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后，跃迁两个以上能级产生的吸收峰，出现在基频峰波数n倍处。2 为弱吸收。
合频峰：是在两个以上基频峰波数之和(组频 1+ 2) 或差 (1 - 2）处出现的吸收峰。合频峰均为弱峰。
+ ++ H H H H H HH H
C
C
C
C
高频区
亚甲基的振动形式
低频区
15
面内弯曲振动
面外弯曲振动
16
2.1.3 红外光谱的吸收强度
红外吸收强度及其表示符号
摩尔消光系数（ε）
强度
符号
＞200
很强
VS
75~200
强
S
25~75
中等
M
5~25
弱
W
0~5
很弱
VW
17
影响红外光谱吸收强度的因素
振动中偶极矩的变化幅度越大，吸收强度越大极性大的基团，吸收强度大，C=O 比C=C 强，
C－H：随着C原子不饱和度的增加，频率升高同主族元素，随质量增大频率变小；同周期元素，随原子序数增大频率升高（电负性差大）。 27
键类型力常数
ν/cm-1
CC
CC
2150
1650
1 K 2
CC 1200
键类型
杂化状态
ν/cm-1
CH
sp 3300
CH
sp2 3100
CH
sp3 2900
当含氢基团被氘取代后，基团的吸收频率会向低波数方向变化。
42
2.3 红外光谱仪及样品制备技术
色散型红外光谱仪傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）红外样品的制备
43
色散型红外光谱仪
44
傅里叶变换红外光谱仪
干涉仪
样品室
检测器
光源
计算机
显示器绘图仪
干涉图 FTS
光谱图
45
傅里叶变换红外光谱仪工作原理图
46
FTIR光谱仪的优点
扫描速度快（几十次/秒），信号累加，信噪比提高（可达60：1）。
率，若位移值与计算值相符，说明对该吸收峰的指认
是正确的。
29
2. 电子效应（诱导效应、中介效应、共轭效应）
－I（吸电子诱导效应）
（1）诱导效应＋I （推电子诱导效应）
吸电子基团使吸收峰向高波数方向移动.
O....
RC
X
O.
RC X
（X为F、Cl等电负性大的原子）
O
O
O
R C H R C Cl R C F
C≡N 比C＝C 强使基团极性降低的诱导效应使吸收强度减小，使基团极性大的诱导效应使吸收强度增加。共轭效应使π电子离域程度增大，极化程度增大, 吸收强度增加。
18
形成氢键（提高了极化程度）使振动吸收峰变强变宽。
振动偶合（分子内有近似相同振动频率且位于相邻部位的振动基团，产生两种以上的基团参加的混合振动）振动偶合使吸收增大，费米共振使倍频或组频的吸收强度著增加。
应用：有机化合物的结构解析定性：基团的特征吸收频率定量：特征峰的强度
22
红外吸收峰形状
宽峰尖峰肩峰双峰23 Nhomakorabea2.2 影响红外光谱吸收频率的因素
外在因素
（样品所处物态、制备样品的方法、溶剂的性质、氢键、结晶条件、吸收池厚度、色散系统以及测试温度等）
内部因素
质量效应电子效应空间效应氢键效应偶极场效应振动的偶合
（1）环张力对红外吸收波数的影响: 环数减小，环的张力增大，环外的键增强，频率升高。
O
O
O
νC=O
1716 cm-1 1745 cm-1
1775 cm-1
CH2
CH2
CH2
CH2
νC=C 1651 cm-1
1657 cm-1
1678 cm-1
1781 cm-1
35
环数减小，环的张力增大，环内双键减弱，吸收频率减小
光通量大，所有频率同时测量，检测灵敏度高，样品量减少。
扫描速度快，可跟踪反应历程，作反应动力学研究，并可与GC、LC联用。
测量频率范围宽，可达到4500~6cm-1 杂散光少，波数精度高，分辨率可达0.05/cm 对温度、湿度要求不高。光学部件简单，只有一个动镜在实验中运动，不易磨
3
2. 红外光谱的产生：
用波长2.0~25m,频率5000~400cm-1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。
红外光谱的条件：
必要条件
A：辐射应满足物质产生振动跃迁所需要的能量即：振动频率与红外光波段的某频率相等。
B：辐射与物质有相互偶合作用即物质振动时有偶极矩的变化。
O FCF
ν c=o 1731 cm-1 1800 cm-1 1920 cm-1
1928 cm-1
30
(2) 共轭效应
共轭效应使共轭体系中电子云密度平均化，双键电子云密度降低，力常数减小，使不饱和键的波数显著降低。
O H3C C CH3
O C CH3
1715 cm -1 1685 cm -1
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