仪器分析大连理工大学103红外光谱与分子结构的关系培训教材

3080～3030 cm-1
3000 cm-1 2900～2800 cm-1
2020/10/4
2. C=C 伸缩振动(1680～1630 cm-1 )
反式烯 三取代烯 四取代烯
R1
H
CC
H
R2
R1
R3
CC
R2
H
R1
R3
CC
R2
R4
顺式烯
R1
R2
CC
H
H
乙烯基烯
R1
H
CC
H
H
亚乙烯基烯 R 1 C C H
νas 1150～1070cm-1
芳族和乙烯基的=C–O–C
νas 1275～1200cm-1 （1250 cm-1 ） νs 1075～1020cm-1
脂族 R–OCH3 νs (CH3) 2830～2815cm-1 芳族 Ar–OCH3 νs (CH3) ~2850cm-1
2020/10/4
4. 胺（–N-–H ）
2140～2100cm-1 （弱） 2260～2190 cm-1 （弱）
2020/10/4
3. =C–H 变形振动(1000～700 cm-1 )
面内变形（=C–H）1400～1420 cm-1 （弱） 面外变形（=C–H） 1000～700 cm-1 （有价值）
（=C-H）
R1
H
CC
970 cm-1（强）
第十章 红外光谱法和激
光拉曼光谱法
Infraredspectroscopy and Laser Raman spectroscopy
第三节 红外光谱与分子结
构的关系
Relation of Infrared spectrograph and molecule structure
10.3.1 典型有机 化合物的红外光 谱
N—H的面外变 形振动在～700 cm-1产生强而宽 的谱带 。
2020/10/4
酰胺的红外光谱图
2020/10/4
酸酐和 酰氯的 红外光 谱图
2020/10/4
五、 腈基CN 化合物
υC≡N 2240～ 2260cm-1
2020/10/4
六、 硝基化合物
脂肪族
芳香族
Ν as （N=O）=1565～1545cm-1 νs （N=O）=1385～1350cm-1 νas （N=O）=1550～1500cm-1 νs （N=O）=1365～1290cm-1
2：1850～1780 cm-1
H
CC
R2
H 890 cm-1（强）
2：1800～1780 cm-1
R1 C C R2
2020/10/4
谱图
2020/10/4
2020/10/4
对比
烯烃顺反异 构体， 1660 cm-1 ，
顺强反弱 。
2020/10/4
三、 芳烃
1. C–H 伸缩振动(> 3000 cm-1) 2. 芳环骨架ν（C=C）: 1600 cm-1和1500 cm-1
纯液体二聚体 C=O 1712cm-1
2020/10/4
2. 溶剂的影响
规律：极性基团（–OH, – NH, – C=O, – CN）的伸缩 振动频率随溶剂极性增大（相互作用增强）而向低波数 方向移动，且强度增大。
变形振动则向高波数方向移动。
例：羧酸（ – COOH） 非极性溶剂（CCl4，CS2），单体： σC=O 1762 cm-1 极性溶剂，乙醚中： σC=O 1735 cm-1
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
2020/10/4
–(CH2)n– n≥
由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。
CH3 δs C—C骨架振动
H
C C H3 C H3
芳香胺ν (C—N)： 1250～1360cm-1
1384,1367cm-1异丙基存在
2020/10/4
二、 烯烃与炔烃
1. C–H 伸缩振动(> 3000 cm-1)
H CH H C H C CH 2
CH
ν（C-H）
3080 cm-1 3030 cm-1
3080 cm-1 3030 cm-1 3300 cm-1
2020/10/4
二甲苯三种异构 体的红外光谱图
2020/10/4
四、 羰基化合物
最大特征: ν(C=O) 1580～1928 cm-1 (强) （常见1650～1850 cm-1）
酰胺 < 酮 < 醛 < 酯 < 酸 < 酸酐
σ/cm-1：1680 1715 1725 1735 1760 1817
O CN
O CN
电子云更移向氧原子，双键的电子云密度平均化，力 常数下降，吸收频率向低波数位移。
2020/10/4
２. 空间位阻效应
空间位阻变大，使羰基不能与环己烯中的双键很好地共
平面，使共轭不完全，所以向高波数位移。
O C CH3
C=O /cm-1 1663
O C CH3
CH3 1668
H3C CH3 O C CH3
水(溶液)：3710 cm-1 水(固体)：3300 cm -1
分子间氢键随浓度而变， 而分子内氢键不随浓度而变。
结晶水： 3600～3450 cm-1
2020/10/4
3515cm-1
2895 cm-1
3640cm-1
2950cm-1 3350cm-1
不同浓度的乙醇-四氯化碳溶液IR图
2020/10/4
R2
H
ν(C=C）
1680～1665 cm-1
弱，尖
分界线
1660cm-1
1660～1630cm-1
中强，尖
2020/10/4
总结
ⅰ 分界线1660 cm-1 。 ⅱ 顺强，反弱。 ⅲ 四取代（不与O，N等相连）无ν(C=C)峰。 ⅳ 端烯的强度强 。 ⅴ共轭使ν(C=C)下降20～30 cm-1 。
O C 1665
C=O /cm-1
O CH2 C CH2
1705～ 1725
O CH CH C CH2
1665～1685
O CH CH C CH CH
1660～ 1670
2020/10/4
(3) 中介效应（M效应）
当含有孤对电子的原子与具有多重键的原子相连时， 也可引起类似的共轭作用( n-π共轭，形成共振结构)，引 起的基团特征频率位移。 例：酰胺分子中存在的共振结构
CH3 1693
空间位阻使分子间不易形成氢键。下例中羟基伸缩振动
随着空间位阻变大向高波数位移。
OH CH3
CH3 OH CH3
CH3 OH CH3
C CH3 H3C C
CH3
CH3
C CH3 H3C C
CH3
CH3
C CH3 CH3
O-H /cm-1
3380
3510
2020/10/4
3530
乙醇中： σC=O 1720 cm-1
2020/10/4
二、内部因素
1. 电子效应
(1) 诱导效应(I效应)
吸电子基团使吸收峰向高波数方向移动(兰移)。
O R C R'
C=O/cm-1 1715
O R C OR'
1735
O R C Cl
802
O Cl C Cl
1827
O FCF
1928
O
O
O
O
F3C C OCH3 Cl3C C OCH3 Cl2HC C OCH3 Br3C C OCH3
10.3.2影响频率 位移的因素
2020/10/4
10.3.1 典型有机化合物的红外光谱
一、饱和烃及其衍生物
1．烷烃
（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H
3000cm-1
CH3
)
δas1460
cm-1
重
δs1380 cm-1
叠
CH2 δs1465 cm-1
CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）
C－O－C基团的不对称和对称伸缩振动；不对称伸 缩振动的谱带强且宽，称为酯谱带。
2020/10/4
５．酰胺
游离伯酰胺：ν(N–H)在～3500 cm-1和～3400 cm-1双峰； 游离仲酰胺：ν(N–H)在～3450 cm-1出现单峰； 缔合的伯酰胺：ν(N–H)在3350～3100 cm-1产生几个峰； 缔合的仲酰胺：ν(N–H)在～3300 cm-1出现吸收峰。
—OH 基团特性：
分子间氢键： 双分子缔合（二聚体）3550～3450 cm-1 多分子缔合（多聚体）3400～3200 cm-1
分子内氢键： 多元醇（如1,2-二醇 ） 3600～3500 cm-1 螯合键（和C=O，NO2等）3200～3500 cm-1 多分子缔合（多聚体）3400～3200 cm-1
C=O /cm-1
1780
1768
1755
1740
2020/10/4
(2) 共轭效应（C效应）
共轭体系中的电子云密度趋于平均化，双键略有伸 长(即电子云密度降低)、力常数减小，吸收频率向低波 数方向移动。
O
H3C C CH3
C=O /cm-1
1715
O C CH3 1685
O C CH3 1680
0 .01mol·L-
1
0.1mol·L-1 0.25mol·L-
1
1.0mol·L-1
2020/10/4
CH3 C CH3 CH3
1405～ 1385 cm-1 1372～ 1365 cm-1
伯–OH 1030 cm-1
2020/10/4
1:2 1250 cm-1
3. 醚（C–O–C）
脂族和环的 C–O–C
伯胺 R—NH2和Ar—NH2的 N—H伸缩振动产生双峰
νas 3500cm-1
νs 3400cm-1
仲胺为单峰，R—NH—R’ ：3350～3310cm-1
Ar—NH—R ：3450cm-1
变形振动δ（NH2）：1560～1640cm-1和 650～900cm-1
脂肪胺ν (C—N)：
1030～1203cm-1
1385 ～1380 cm-1 1:1
1155cm-1
1372 ～1368 cm-1
1170cm-1
C H3 C C H3
1391 ～1381 cm-1 1368 ～1366 cm-1
4:5 1195 cm-1
C H3 C CH3 C H3
1405 ～1385 cm-1 1372 ～1365 c m-1
(2) 碳氧伸缩振动(1100 cm-1)
ν( – OH)
ν(C-O)
游 伯– OH 离 仲– OH 醇 和 叔– OH 酚 酚– OH
3640cm-1 3630cm-1 3620cm-1 3610cm-1
1050 cm-1 1100 cm-1 1150 cm-1 1200 cm-1
2020/10/4
特征1：醛羰基ν(C＝O)：～1725 cm-1。 特征2：2820 cm-1 和 2720 cm-1 弱的双峰。
2020/10/4
2020/10/4
3．羧酸
ν(C=O)、ν(O-H)和δ(O-H) 是红外光谱中识别羧酸 的主要系列峰。
2020/10/4
4．酯
(1) υ（C＝O）：～1735 cm-1特征吸收峰。 (2) 1300～1030 cm-1的强吸收峰，二个峰。
共轭效应使ν（C=O）向低波数位移；诱导效应使ν （C=O）向高波数位移。 注意：波数-波长-能量之间的关系。
2020/10/4
1. 酮
酮羰基ν(C＝O)：1710～1715 cm-1。 羰基如果和烯键C=C共轭，羰基ν(C＝O)将移向低频 1660～1680 cm-1附近。
2020/10/4
2. 醛
H
R2
R1 CC
R2
R 3 790～840 cm-1 H （820 cm-1）
R1
R3
CC
（强）
2：1375～1225 cm-1
H C C R （弱）
R1
R 2 （=C-H）
CC
800～650 cm-1
H
H （690 cm-1）
R1 CC
H
R1
H 990 cm-1 H 910 cm-1 （强）
2020/10/4
10.3.2影响频率位移的因素
一、外部因素
状态、粒度、溶剂、重结晶条件及制样等。 外部因素的影响将使红外吸收频率产生较大改变。
1. 物理状态的影响
气态分子：分子间作用力弱，分子可自由旋转，测得的 频率最高。
丙酮： 气态 C=O 1742cm-1 ； 液态 C=O 1718cm-1 羧酸：气态，单体 C=O 1780cm-1 ； 二聚体 C=O 1730cm-1
1:2 1250 cm-1
2020/10/4
–(CH2)n–（n≥4）时 水平摇摆振动γ～720 cm-1附近产生吸收峰。
2020/10/4
变形振动～ 1380 cm-1吸 收峰裂分； 强度相等； 有异丙基存 在。
2. 醇（–OH）
O – H，C – O
(1) – OH 伸缩振动(>3600 cm-1)
与C=O，C=C，NO2等共轭时，1600 cm-1裂分为1600 cm-1和1580 cm-1；强度增加。
2020/10/4
3. Ar—H面外变形振动γ： 650～900cm-1 (较强)。 谱峰数目只与取代情况 有关而与取代基种类无 关。 4. 1650～2000cm-1出现 由2～6个峰组成的特征 峰群，此倍频区峰的形 状与特定的取代类型相 关联。