红外光谱分析中山大学

键能大，键长短，K值大，振动吸收频率移向高波数； 键能小，键长长，K值小，振动吸收频率移向低波数。
三. 不同官能团的特征吸收频区
红外光谱可分为两个区域
官能团区 4000~1350cm-1 指纹区 1350~650cm-1
官能团区分为：X-H区、三键区和双键区。
4000~2500cm-1 (X-H区) O-H N-H C-H S-H ... 官能团区 2500~1900cm-1（三键区含累积双键）C C C N C=C=C C=C=O
缩 振 动 吸 收
(a) 1.4% (b) 3.4% (c) 7.1% (d) 14.3%
羧酸及胺类等化合物, 分子间形成氢键后, 其相应吸收频率 均移向低波数. 当羰基是氢键受体时, 其羰基特征吸收频率 向低频移动 40~60cm-1
3. 环的张力 一般而言, 环的张力增大时, 环上有关官能团的吸收频率 逐渐升高。
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
8~12105
CC 1200~700
4~6105
力常数表示了化学键的强度，其大小与键能、键长有关。
源自文库
5. 醇、酚类化合物 V-OH 3650~3600cm-1 (游离) 尖峰 V-OH 3550~3200cm-1 (缔合) 宽峰
VC-O 1260~1000cm-1
6. 含羰基化合物
1) 酮
脂肪酮 VC=O ~1715cm-1
芳香酮 VC=O ~1695cm-1
不饱和酮 VC=O ~1675cm-1
吸收强度的表示： vs (ε>200)、s(ε=75~200)、 m(ε= 25~75)、w(ε= 5~25)、vw(ε<5)。
六. 各类有机化合物的特征基团频率
1. 烷烃 C-H 2900~2850cm-1 (S)
C-H 1470cm-1 、1380cm-1
CH3 1380cm-1 （孤立甲基）
5) 酸酐 VC=O 1860~1800cm-1 ， 1800~1750cm-1 VC-O-C 1170~1050 (开链酸酐) , 1310~1210cm-1 (环状酸酐)
6) 酰胺 VN-H 3500~3035 VC=O 1690~1620cm-1 N-H 1620~1590(伯) 1550~1510(仲)
五. 红外吸收峰的强度
红外吸收强度取决于跃迁的几率：
跃迁几率
ab
2
E
2
o
ab 跃迁偶极矩 Eo 红外电磁波的电场矢量
强度决定于振动时偶极矩变化大小。偶极矩变化愈大， 吸收强度愈大；偶极矩变化愈小，吸收强度愈小；没有 偶极矩变化, 则不产生红外吸收。
例：VC=O 吸收强度大于 VC=C 。 对称烯、炔等无吸收峰 或吸收峰很弱。
( s, 2H ) ( s, 3H )
IR: ~3050cm-1 苯 =C-H ~1700cm-1 C=O
~2900cm-1 烷 C-H ~1600, 1500cm-1 苯 C=C
思考题：
(1) 根据下面所给的分子式、IR、NMR主要数据, 推测相应 化合物的结构。
C9H10O2 ；IR/cm-1: 3010，3000，1670，1598，1500，1258， 1021，833
1900~1350cm-1 （双键区）C=O C=N N=O C=C(烯或芳环骨架振动) 指纹区 1350~650cm-1 （单键区） C-C C-O C-N C-X
四. 影响官能团吸收频率的因素
主要讨论分子结构变化时, 官能团红外吸收频率的变化。
1. 电子效应 1）诱导效应
O
O
R C R' R C Cl
CH(CH3)2 1385 1365
2. 烯烃 C=C 1680~1600cm-1 (m-w) =CH 1000~800cm-1
=CH 3100~3010cm-1
C=C 吸收峰的强度受分子对称性影响
CH3
H
CH3
C CH2
CC
t-Bu
t-Bu
CH3
相对强度比 1
0.35
CH3
CH3
CC
Cl2C=CCl2
O CH2OCCH2CH3
3. 一化合物分子式为 C9H10O, 其 IR 及 1H NMR谱如下图。 写出化合物的结构式, 并指出1H NMR谱中各峰及IR谱中 主要峰的归属。
C9H10O
O CH2 C CH3
1H NMR : /ppm 7.1
3.5 2.0
H ( s, 5H )
O CH2 C O C CH3
应用 IR、1HNMR 谱中的哪一种可快速有效鉴别下列化 合物？
1 CH3CH2CH2CH2CHO
2
OH
CH3COCH2CH3 O
3 CH3CH2CHCH3
OH
O
4
CH2CH2CH2Br
七. 红外谱图解析
Br C CH3 CH3
1. 根据给出的分子式 IR NMR数据, 推测化合物的结构式。
分子式：C3H8O ； IR：3600~3200cm-1(宽)
二. 基本原理
用一定频率的红外光照射分子, 分子发生振动能级的跃迁。 分子的振动分为：伸缩振动（）、弯曲振动（）。
对称 伸缩振动
伸缩振动 (键长改变) 不对称 伸缩振动 分子振动
面内弯曲振动 弯曲振动 （变形振动） 面外弯曲振动
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。
2) 醛 VC=O ~1725cm-1
VC-H 2720cm-1 （鉴别-CHO）
3) 酯
VC=O ~1740cm-1 4) 羧酸
VC-O-C 1300~1150（鉴定酯）
VC=O 1770~1750cm-1（单体） ， 1710cm-1 （二聚体） VO-H 3000~2500 （二聚体） O-H ~1400 ， ~920cm-1
NMR H/ppm : 1.1(d,6H)，3.8(m,1H)，4.4(s,1H)
CH3 CH CH3 OH
2. 根据给出的分子式及IR NMR主要数据, 推测化合物的结构。 分子式： C10H12O2 IR： 3010，2900，1735，1600，1500cm-1 NMR: 1.3 (t, 3H)，2.4 (q, 2H)，5.1 (s, 2H)，7.3 (s, 5H)
O CH3CCH2CH3
1720
O CH3CCH=CH2
1685 1623
CH3CH2CH=CH2
1647
2. 氢键的影响
使基团化学键的力常数减小, 伸缩振动波数降低、峰形变宽。
醇羟基： 游离态
二聚体
多聚体
3600~3640cm-1 3500~3600cm-1 3200~3400cm-1
位正 置丁 （醇 氯羟 苯基 中的 ）伸
O RCF
VC=O ~1715
~1800
~1869cm-1
卤原子吸电子诱导效应, 使羰基双键性增强, C=O的力常数 变大, 吸收向高波数移动。
O CH3CH2CCl
O CH3 C O
2）共轭效应 键长平均化。双键键长增长，力常数减小。吸收频率移向 低波数。
O
O
R C R' R C C=C
VC=O ~1715
一.概述
II 红外光谱（IR） 波长（m） 波数（cm-1）
近红外区： 0.75 ~ 2.5
13330 ~ 4000
中红外区： 2.5 ~ 15.4
4000 ~ 650
远红外区： 15.4 ~ 830
650 ~ 12
绝大多数有机化合物红外吸收波数范围：4000 ~ 665cm-1
红外谱图中, 横坐标:吸收波长()或波数(). 吸收峰位置。 纵坐标:透过率(T%)或吸光度(A). 吸收峰强度。
1685~1670
O RC
~1695
O R C NH2 ~1675cm-1
O C6H5C CH2CH3
试比较下列两组化合物中哪一个羰基的振动波数相对较高？
1.
CHO
(CH3)2N
CHO
A O
2.
C CH2CH3
B O
CH2 C CH3
A
B
试判断丁烯酮中碳氧、碳碳双键与1-丁烯、2-丁酮中双键的
红外吸收频率的高低。
7) 酰卤 脂肪族酰卤 VC=O 1800cm-1 芳香族酰卤 VC=O 1785~1765cm-1
7. 醚类 VC-O-C 1275~1020cm-1
8. 胺类 一级胺 VN-H 3490~3400 二级胺 VN-H 3500~3300 三级胺 无VN-H 吸收峰
N-H 1650~1590， 900~650 N-H 750~700 无N-H 吸收峰
NMR /ppm : 2.5( s,3H ), 3.95( s,3H ),
7.5( q,峰形对称,4H )
(2) 反式和顺式-1,2-环戊二醇在3450~3570cm-1处均有一个宽 的吸收带，如何用IR来区分顺反异构体。
作
8-20，21，28
思考题 (1)、(2) 业
t-Bu
CH3
0.14
0
3. 炔烃 VC≡C 2250cm-1 V≡C-H 3340-3300cm-1 ≡C-H 680-610cm-1
4. 芳烃
C=C 1660~1450cm-1 （芳环碳碳骨架伸缩振动）
2~4个中强峰：~1500(强)、~1600(中)
=CH 3110~3010cm-1
=CH 900~690cm-1 “定位峰” 倍频区 2000~1650cm-1
VC=C 1651
CH2
CH2 1657
CH2 1690
CH2 1750
O VC=O 1715
O 1745
O 1780
O 1815
• 环内双键的C=C伸缩振动吸收频率随环的减小而降低。
VC=C
1645
1610
1560
4. 成键碳原子的杂化状态
VC-H
CH 3300
CH 3100
CH 2900
5. 振动的偶合 分子内两基团位置很近并且振动频率相同或相近时, 它们 之间发生强相互作用, 结果产生两个吸收峰, 一个向高频移 动, 一个向低频移动。