新编有机波谱分析PPT课件
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折合质量μ：两振动原子只要有一个的质量↓， μ↓，(v)↑，红外吸收信号将出现在高波数区。
CH
NH OH
2800-3000cm-1 3000-3600cm-1
分子振动频率习惯以v (波数)表示：
v 1Hale Waihona Puke Baiduk c 2 c
由此可见：v (v）∝ k，v (v)与μ成反比。 吸收峰的峰位：化学键的力常数k越大，原子的折
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。T↓，表明吸 收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。
3.1.4 分子振动与红外光谱 1.分子的振动方式 (1)伸缩振动：
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
对称伸缩振动(νs) (2853 cm-1)
C
不对称伸缩振动(vas) (2926 cm-1)
(2)弯曲振动：
谱带为中等强度吸收或弱吸收。干扰少，容易识别。
1. C≡C
2280～2100cm-1 乙炔及全对称双取代炔在红外光谱中观测不到。
2. C≡N
2250～2240cm-1，谱带较 C≡C 强。 C≡N 与苯环或双键共轭，谱带向低波数位移 20～30cm-1。
3.2.3.第三峰区（2000－1500cm-1）
合质量越小，振动频率越大，吸收峰将出现在高波数 区(短波长区）；反之，出现在低波数区(高波长区)
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相 当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能 量，而产生吸收光谱。
2. 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。
3.2 各类有机化合物的红外特征吸收
仲酰胺：3200cm-1 附近出现一条谱带 叔酰胺：无吸收
3. C－H 烃类：3300～2700 cm-1范围，3000 cm-1是分界线。
不饱和碳（三键、双键及苯环）＞3000 cm-1 饱和碳（除三元环外）＜3000 cm-1
炔烃：～3300 cm-1，峰很尖锐 烯烃、芳烃：3100～3000 cm-1 饱和烃基：3000～2700 cm-1，四个峰
羧酸：3300～2500cm-1，中心约3000cm-1,谱带宽
2 . N－H
胺类： 游离——3500～3300cm-1
缔合——吸收位置降低约100cm-1 伯胺：3500，3400cm-1，（吸收强度比羟基弱） 仲胺：3400cm-1（吸收峰比羟基要尖锐） 叔胺：无吸收
酰胺：伯酰胺：3350，3150cm-1 附近出现双峰
力常数 k（N.cm-1）
4.5
波数范围 （cm-1） 700～1200
C＝C
0.134
610.9
9.6
1620～1680
C≡C
0.116
836.8
15.6
2100～2600
一些常见化学键的力常数如下表所示：
键 型 O H N HC HC HC HCN CC CO CC CO CC
k/ N . c m - 17 . 76 . 45 . 95 . 1 4 . 81 7 . 7 1 5 . 61 2 . 19 . 65 . 44 . 5
+
+
+ +
C
C
C
C
剪式振动(δs)
面内摇摆振动(ρ) 面外摇摆振动(ω)
扭式振动(τ)
面内
面外 弯曲振动只改变键角,不改变键长
值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收，
只有偶极矩(μ)发生变化的，才能有红外吸收。
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动
3.2.1.第一峰区（4000－2500cm-1）
X－H 伸缩振动吸收范围。X代表O、N、C、S， 对应醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯烃、芳烃 及饱和烃类的 O－H、N－H、C－H 伸缩振动。
1. O－H 醇与酚：游离态－－3640～3610cm-1，峰形尖锐。
缔合－－3300cm-1附近，峰形宽而钝
－CH3：～2960（s）、～2870 cm-1（m） －CH2－：～2925（s）、～2850 cm-1（s） ＞CH－：～2890 cm-1
醛基：2850～2720 cm-1，两个吸收峰
巯基：2600～2500 cm-1，谱带尖锐，容易识别
3.2.2.第二峰区（2500－2000 cm-1）
叁键、累积双键（－C≡C－、－C≡N、 ＞C＝C ＝C＜、 －N＝C＝O、－N＝C＝S）
双键的伸缩振动区。 包括C＝O、C＝C、C＝N、N＝O，N－H
1. C＝O
1900～1650cm-1，峰尖锐或稍宽，其强度都较大。 羰基的吸收一般为最强峰或次强峰。
变化规律：
酰卤：吸收位于最高波数端，特征，无干扰。
酸酐：两个羰基振动偶合产生双峰，波长位移60～80 cm-1。
酯：脂肪酯－－～1735 cm-1
3.1.3 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。
横坐标：波数(v )400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
不饱和酸酯或苯甲酸酯－－低波数位移约20 cm-1
羧酸：～1720 cm-1
若在第一区约 3000 cm-1出现强、宽吸收，可确认羧基 存在。
醛：在2850～2720 cm-1 范围有 m 或 w 吸收，出现1～2条谱
带，结合此峰，可判断醛基存在。
酮：唯一的特征吸收带
酰胺：1690～1630 cm-1 ，缔合态约 1650 cm-1 伯酰胺：～1690 cm-1（Ⅰ） ,1640 cm-1（Ⅱ） 仲酰胺：～1680 cm-1（Ⅰ），1530 cm-1（Ⅱ），
也不能引起红外吸收。
2.振动方程式（Hooke定律）
振
1
2
k
m1.m2
m1 m2
式中：k — 化学键的力常数，单位为N.cm-1
μ — 折合质量，单位为 g
力常数k：与键长、键能有关：键能↑（大），键长
↓(短)，k↑。
化学 键
C―C
键长 （nm）
0.154
键能 （KJ mol-1）
347.3
第三章 红外光谱
3.1 基本原理
3.1.1波长和波数
电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：
3.1.2 近红外、中红外和远红外
波段名称 近红外 中红外 远红外
波长 μ 0.75—2.5 2.5－25
25－1000
波数（cm-1） 13300－4000
4000－400 400－10
CH
NH OH
2800-3000cm-1 3000-3600cm-1
分子振动频率习惯以v (波数)表示：
v 1Hale Waihona Puke Baiduk c 2 c
由此可见：v (v）∝ k，v (v)与μ成反比。 吸收峰的峰位：化学键的力常数k越大，原子的折
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。T↓，表明吸 收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。
3.1.4 分子振动与红外光谱 1.分子的振动方式 (1)伸缩振动：
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
对称伸缩振动(νs) (2853 cm-1)
C
不对称伸缩振动(vas) (2926 cm-1)
(2)弯曲振动：
谱带为中等强度吸收或弱吸收。干扰少，容易识别。
1. C≡C
2280～2100cm-1 乙炔及全对称双取代炔在红外光谱中观测不到。
2. C≡N
2250～2240cm-1，谱带较 C≡C 强。 C≡N 与苯环或双键共轭，谱带向低波数位移 20～30cm-1。
3.2.3.第三峰区（2000－1500cm-1）
合质量越小，振动频率越大，吸收峰将出现在高波数 区(短波长区）；反之，出现在低波数区(高波长区)
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相 当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能 量，而产生吸收光谱。
2. 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。
3.2 各类有机化合物的红外特征吸收
仲酰胺：3200cm-1 附近出现一条谱带 叔酰胺：无吸收
3. C－H 烃类：3300～2700 cm-1范围，3000 cm-1是分界线。
不饱和碳（三键、双键及苯环）＞3000 cm-1 饱和碳（除三元环外）＜3000 cm-1
炔烃：～3300 cm-1，峰很尖锐 烯烃、芳烃：3100～3000 cm-1 饱和烃基：3000～2700 cm-1，四个峰
羧酸：3300～2500cm-1，中心约3000cm-1,谱带宽
2 . N－H
胺类： 游离——3500～3300cm-1
缔合——吸收位置降低约100cm-1 伯胺：3500，3400cm-1，（吸收强度比羟基弱） 仲胺：3400cm-1（吸收峰比羟基要尖锐） 叔胺：无吸收
酰胺：伯酰胺：3350，3150cm-1 附近出现双峰
力常数 k（N.cm-1）
4.5
波数范围 （cm-1） 700～1200
C＝C
0.134
610.9
9.6
1620～1680
C≡C
0.116
836.8
15.6
2100～2600
一些常见化学键的力常数如下表所示：
键 型 O H N HC HC HC HCN CC CO CC CO CC
k/ N . c m - 17 . 76 . 45 . 95 . 1 4 . 81 7 . 7 1 5 . 61 2 . 19 . 65 . 44 . 5
+
+
+ +
C
C
C
C
剪式振动(δs)
面内摇摆振动(ρ) 面外摇摆振动(ω)
扭式振动(τ)
面内
面外 弯曲振动只改变键角,不改变键长
值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收，
只有偶极矩(μ)发生变化的，才能有红外吸收。
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动
3.2.1.第一峰区（4000－2500cm-1）
X－H 伸缩振动吸收范围。X代表O、N、C、S， 对应醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯烃、芳烃 及饱和烃类的 O－H、N－H、C－H 伸缩振动。
1. O－H 醇与酚：游离态－－3640～3610cm-1，峰形尖锐。
缔合－－3300cm-1附近，峰形宽而钝
－CH3：～2960（s）、～2870 cm-1（m） －CH2－：～2925（s）、～2850 cm-1（s） ＞CH－：～2890 cm-1
醛基：2850～2720 cm-1，两个吸收峰
巯基：2600～2500 cm-1，谱带尖锐，容易识别
3.2.2.第二峰区（2500－2000 cm-1）
叁键、累积双键（－C≡C－、－C≡N、 ＞C＝C ＝C＜、 －N＝C＝O、－N＝C＝S）
双键的伸缩振动区。 包括C＝O、C＝C、C＝N、N＝O，N－H
1. C＝O
1900～1650cm-1，峰尖锐或稍宽，其强度都较大。 羰基的吸收一般为最强峰或次强峰。
变化规律：
酰卤：吸收位于最高波数端，特征，无干扰。
酸酐：两个羰基振动偶合产生双峰，波长位移60～80 cm-1。
酯：脂肪酯－－～1735 cm-1
3.1.3 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。
横坐标：波数(v )400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
不饱和酸酯或苯甲酸酯－－低波数位移约20 cm-1
羧酸：～1720 cm-1
若在第一区约 3000 cm-1出现强、宽吸收，可确认羧基 存在。
醛：在2850～2720 cm-1 范围有 m 或 w 吸收，出现1～2条谱
带，结合此峰，可判断醛基存在。
酮：唯一的特征吸收带
酰胺：1690～1630 cm-1 ，缔合态约 1650 cm-1 伯酰胺：～1690 cm-1（Ⅰ） ,1640 cm-1（Ⅱ） 仲酰胺：～1680 cm-1（Ⅰ），1530 cm-1（Ⅱ），
也不能引起红外吸收。
2.振动方程式（Hooke定律）
振
1
2
k
m1.m2
m1 m2
式中：k — 化学键的力常数，单位为N.cm-1
μ — 折合质量，单位为 g
力常数k：与键长、键能有关：键能↑（大），键长
↓(短)，k↑。
化学 键
C―C
键长 （nm）
0.154
键能 （KJ mol-1）
347.3
第三章 红外光谱
3.1 基本原理
3.1.1波长和波数
电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：
3.1.2 近红外、中红外和远红外
波段名称 近红外 中红外 远红外
波长 μ 0.75—2.5 2.5－25
25－1000
波数（cm-1） 13300－4000
4000－400 400－10