第6章红外光谱

7、酮 特征吸收为υC=O ,常是第一强峰 饱和脂肪酮 υC=O 1725~1705cm-1 α-C上有吸电子基团将使υC=O升高 羰基共轭后υC=O降低
8、醛 有两个特征吸收峰υC=O 和υCH R-CHO υC=O 1740~1715cm-1 , α,β-不饱和脂肪醛υC=O 17０5~1685cm-1 芳香醛 υC=O171０~1695cm-1 υCH ~2880cm-1和2740~2720cm-1两个中强峰，后者较 尖。
此结果与经典力学得结果相同，此频率称为基频；
综上所述，从经典力学或从量子力学都有同样的结论：
双原子分子红外吸收的频率决定于折合质量和键力常数。



4、多原子分子的红外吸收频率 多原子分子有多种振动方式： 振动自由度---分子中各原子的相对位置 一个原子有3个自由度，设分子由n个原子组成 非直线型分子基本振动形式有3n-6 种 直线型分子，基本振动形式为（3n-5）种 均称为简正（normal）振动。 IR选律： 偶极矩发生变化的振动 0，红外活性， 振动时偶极矩不发生改变=0，红外非活性 由于一些简正振动无红外吸收活性或吸收在中红外区以及 有些振动简并或很靠近，使化合物的红外吸收峰的数目总 是大大低于3n－6。

远红外光区 25 ~ 1000µm

2、红外光谱的表示方法
红外光谱的横坐标是波长（λ）或波数（σ） 纵坐标是透光率（T%）。 红外光谱峰是“倒峰”。
A =lg I0 /I = lg 1 /T
3、双原子分子的红外吸收频率 经典力学处理
如图1，采用谐振子模型来研究双原子分子的振动。
图1 双原子分子振动时原子的位移
O
O N
O
反对称伸缩振动 （1615~1540cm-1）

有两个很强的吸收峰 脂肪族 υasNO21565~1545cm-1 υsNO2 1385~1350cm-1 芳香族 υasNO2 1550~1500cm-1 υsNO2 1365~1290cm-1

14、含卤素的化合物
１、第一峰区（3700－2500cm-1） ２、第二峰区（2500－1900 cm-1） ３、第三峰区（1900－1500 cm-1） ４、第四峰区（1500－600 cm-1）
C=O，C-X 强度较大 C=C、C-C、N=N 吸收较弱。 >100 非常强峰（vs） 20< <100 强峰（s） 10< <20 中强峰（m） 1< <10 弱峰（w）
二、 仪器及实验技术 色散型红外光谱仪 Fourier变换红外光谱仪

FTIR光谱仪中分束器材料
FTIR光谱仪的优点
1 v 2 k

k
v=
1 2C

k为化学键的力常数，其定义为将两原子由平衡位置伸长 单位长度时的恢复力（单位为Ncm-1）。 为折合质量，单位为g，且=m1m2/（m1+m2）
1307
k

C O 1307
5.4 1160(cm1 ) 12 16 12 16



10、酯 有两个特征吸收 υC=O 饱和1750~1735cm-1, 共轭1730~1717cm-1, RCO-O-C=C, RCO-O-Ph 1800~1770cm-1 υasC-O-C 1300~1150cm-1（s,宽），第一强峰，和υsC-O-C 1300~1150cm-1
11、酸酐(R-CO-O-CO-R) 有两个特征吸收 υC=O 1860~1800cm-1和1800~1750cm-1 υC－O 1300~1200cm-1
δC—O
δH—O
面内弯曲，强，宽 面外弯曲，宽
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

6、醚 脂肪族醚 芳香族醚
υasC－O－C 1150~1050cm-1 (s) υasC－O－C 1310~1020cm-1 (s) υsC－O－C 1075~1020cm-1 (较弱)
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
~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

12、酰胺
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）

9、羧酸 υOH 3200~2500cm-1 （ s ，宽而散）， 2700~2500cm-1 常有 几个小峰 单体脂肪酸υC=O ~1760cm-1, 单体芳香酸υC=O ~1745cm-1, 二聚脂肪酸υC=O 1725~1700cm-1, 二聚芳香酸υC=O 1705~1785cm-1, δ面外OH 955~915cm-1（宽），用于确认
可得出如下公式：
1 2 k

k为化学键的力常数，其定义为将两原子由平衡位置伸 长单位长度时的恢复力（单位为Ncm-1）。单键、双 键和三键的力常数分别近似为5、10和15 Ncm-1；
c为光速（2.9981010cm s-1），
υ=
1 k 2C
为折合质量，单位为g，且=m1m2/（m1+m2）

吸收谱带的强度 红外吸收的强度决定于跃迁的几率，理论计算有： 跃迁几率∝ μab 2E02

式中 E0为红外电磁波的电场矢量； μab为跃迁偶极矩，反映振动时偶极矩变化的大小；
由式可知，红外吸收的强度决定于振动时偶极矩的变化， 因此，分子中含有杂原子时，其红外谱峰一般较强。


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
13、硝基化合物
O N
对称伸缩振动 (1390~1320cm-1)
第6章 红外光谱 Infrared Spectra，IR
一、基本原理 二、仪器及实验技术 三、影响振动频率的因素
四、有机化合物的红外特征吸
收 五、红外光谱图的解析

一、基本原理
1、红外吸收光谱
近红外光区 0.75 ~ 2.5µm

中红外光区 2.5 ~ 25µm 4000～400cm-1

吡嗪酰胺（抗结核病药）
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
三取代
四取代
1，21，31，41，2，31，2，41，3，51，2，3，41，2，3，51，2，4，5-
五取代
各类取代苯的倍频吸收和面外弯曲振动吸收
苯环二取代的红外光谱（a. 邻位 b. 间位 c. 对位）
5、醇、酚
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 说明 尖 中强，较尖 强，宽 宽，散 强，有时发生裂分
2、样品制备： 气体：充入气体样品槽 液体：溶液法、成膜法 固体：溴化钾压片法 、糊状法 、溶液法 、薄 膜法 、显微切片 、热裂解法

3、波数校正 聚苯乙烯

三、影响振动频率的因素
外部因素
内部因素
1、外部因素
样品状态影 响
浓度影响
2、内部因素

（1）键力常数K和原子质量的影响

光学部件简单，只有一个动镜在实验中运动，不易磨损。 测量波长范围宽，其波长范围可达到45000~6cm-1 精度高，光通量大，所有频率同时测量，检测灵敏度高。 扫描速度快，可作快速反应动力学研究，并可与GC、LC联 用。 杂散光不影响检测。 对温度湿度要求不高。



实验技术
1、样品池：红外透明，NaCl, KBr盐晶，不能 用玻璃和石英
4、芳香烃
振动类型 波数（cm-1） 说明
芳环C-H伸缩振 动
骨架振动
3050±50
1650~1450
Байду номын сангаас
强度不定
峰形尖锐，通常为4 个峰，但不一定同 时出现 随取代情况改变
C-H弯曲振动 （面外）
910~650
δ=CH 倍频及组合频
2000~1650cm-1
取代苯的C-H面外弯曲振动吸收峰位置
取代类型 苯 单取代 二取代 C-H面外弯曲振动吸收峰位置（cm-1） 670 770-730，710-690 770-735 810-750，710-690 833-810 780-760，745-705 885-870，825-805 865-810，730-675 810-800 850-840 870-855 870

特征区
指纹区
五、红外光谱图的解析 了解试样的来源 测定试样的物理常数 求出化学式并计算化合物的不饱和度 先从基团频率区的最强谱带开始 再从指纹区的谱带进一步验证 初步确定分子结构，然后查对标准谱图核实


分子振动方式与谱带 伸缩振动：沿着键轴方向伸、缩的振动，吸收频率相对在高波数 处； 弯曲振动：除伸缩振动外的其它一切振动，它的吸收频率相对在 低波数处。



除简正振动的基频之外，还有其它的振动频率：
倍频带 从υ=0到υ=2的跃迁对应的吸收频率 合频带 两个或两个以上的基频之差或之和。是弱吸收带 振动耦合 两个基团相邻且它们的振动基频相差又不大时，振动的耦合 引起吸收频率偏离于基频，一个移向高频方向，一个移向低 频方向； 费米振动 当倍频或组合频与某基频相近时，由于其相互作用而产生的 强吸收带或发生的峰的分裂。
从经典力学考虑，当分子振动伴随有偶极矩的改变时， 偶极子的振动会产生电磁波，它和入射的电磁波发生相 互作用，产生光的吸收，所吸收光的频率即为分子的振 动频率。

量子力学处理 对于双原子分子，由量子力学原理可推出如下 公式：
1 h E ( ) 2 2 k

υ=0、1、2、3…
υ为振动量子数 Eυ为与振动量子数υ相对应的体系能量；
利用经典力学原理可将上式改为：
1 E ( )hv 2
υ=0、1、2、3…
从上式可看出，当υ=0时，体系能量不为零，这称作 零点能，产生跃迁的选律为△υ=±1。
从基态υ=0跃迁到υ=1，两能级能量差△E为hv E 1 k 1 k v 吸收频率 ，即为 或其波数为 2 h
2C
2、烯烃有三个特征吸收区： 3100~3000cm-1, υ =CH 1680~1620 cm-1, υ C=C 用于判断双键 1000~650 cm-1, ω =CH面外摇摆振动，用于判断取代类型及顺 反异构
3、炔烃 υ C H 3340~3260cm-1 (S,尖) υ C C 2260~2100cm-1 (m~w) δ 面外C H 700~610 cm-1 (S,宽)
C O 1307
12 1730(cm1 ) 12 16 12 16
内部因素
诱导效应 共轭效应 空间效应 跨环效应 氢键
四、有机化合物的红外特征吸收
１、烷烃有三种吸收带 CH的伸缩振动：2975－2845cm-1 CH的变形振动：1460、1380cm-1附近及720--810 cm-1会出现 有关的吸收 C－C环的骨架振动：720－1250 cm-1