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1、3.1.2 近红外、中红外和远红外 波段名称 波长 波数（cm-1）近红外 0.752.5 133004000 中红外 2.525 4000400 远红外 251000 40010第1页/共59页 红外光谱是研究波数在4000-400cm4000-400cm-1-1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：I：表示透过光的强度；I0：表示入射光的强度。3.1.3 3.1.3 红外光谱的表示方法第2页/共59页 横坐标：波数()4004000 cm-1；表示吸收峰的位置。纵坐标：透过率（T%），表示吸收强度。T，表明吸收的
2、越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。第3页/共59页3.1.4 3.1.4 分子振动与红外光谱 1.1.分子的振动方式(1)伸缩振动：第4页/共59页(2)弯曲振动：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()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。HCCHH、RRCCRR，其CC（三键）振动 也不能引起红外吸收。第5页/共59页 2.振动方程式（Hooke定律）式中：k 化学键的力常数，单位为N.cm-1 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 k。化学键键长（nm）键能（KJ mol-1）力常数
3、 k（N.cm-1）波数范围 （cm-1）CC0.154347.34.57001200CC0.134610.99.616201680CC0.116836.815.621002600第6页/共59页 折合质量：两振动原子只要有一个的质量，(v)，红外吸收信号将出现在高波数区。一些常见化学键的力常数如下表所示：第7页/共59页 分子振动频率习惯以 (波数)表示：由此可见：(v）k k，(v)与成反比。吸收峰的峰位：化学键的力常数k越大，原子的折合质量越小，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)第8页/共59页结论：2.必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能
4、产生红外吸收光谱。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。产生红外光谱的必要条件是：第9页/共59页3.2 各类有机化合物的红外特征吸收 3.2.1.第一峰区（40002500cm-1）XH 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 OH、NH、CH 伸缩振动。1.OH 醇与酚：游离态36403610cm-1，峰形尖锐。缔合3300cm-1附近，峰形宽而钝第10页/共59页 羧酸：33002500cm-1，中心约3000cm-1,谱带宽 2.NH 胺类：游离35003300cm-1
5、 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 仲酰胺：3200cm-1 附近出现一条谱带 叔酰胺：无吸收第11页/共59页 3.CH 烃类：33002700 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：31003000 cm-1 饱和烃基：30002700 cm-1，四个峰 CH3：2960（s）、2870
6、 cm-1（m）CH2：2925（s）、2850 cm-1（s）CH：2890 cm-1第12页/共59页醛基：28502720 cm-1，两个吸收峰 巯基：26002500 cm-1，谱带尖锐，容易识别 3.2.2.第二峰区（25002000 cm-1）叁键、累积双键（CC、CN、CC C、NCO、NCS）谱带为中等强度吸收或弱吸收。干扰少，容易识别。第13页/共59页 1.CC 22802100cm-1 乙炔及全对称双取代炔在红外光谱中观测不到。2.CN 22502240cm-1，谱带较 CC 强。CN 与苯环或双键共轭，谱带向低波数位移 2030cm-1。第14页/共59页 3.2.3.
7、第三峰区（20001500cm-1）双键的伸缩振动区。包括CO、CC、CN、NO，NH 1.CO 19001650cm-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：第15页/共59页 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6080 cm-1。酯：脂肪酯1735 cm-1 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。第16页/共59页 醛：在28502720 cm-1 范围有 m 或 w 吸收，出现12条谱 带，结合此峰，可判断醛
8、基存在。酮：唯一的特征吸收带 酰胺：16901630 cm-1，缔合态约 1650 cm-1 伯酰胺：1690 cm-1（）,1640 cm-1（）仲酰胺：1680 cm-1（），1530 cm-1（），1260 cm-1（）叔酰胺：1650 cm-1第17页/共59页 2.CC 16701600 cm-1，强度中等或较低 烯烃：16801610 cm-1 芳环骨架振动：苯环、吡啶环及其它芳环 16501450 cm-1 范围 苯：1600，1580，1500，1450 cm-1 吡啶：1600，1570，1500，1435 cm-1 呋喃：1600，1500，1400 cm-1 喹啉：162
9、0，1596，1571，1470 cm-1第18页/共59页 硝基、亚硝基化合物：强吸收 脂肪族：15801540 cm-1，13801340 cm-1 芳香族：15501500 cm-1，13601290 cm-1 亚硝基：16001500 cm-1 胺类化合物：NH2 位于16401560 cm-1，为 s 或 m 吸收带。第19页/共59页 3.2.4.第四峰区（1500600 cm-1）指纹区 XC（XH）键的伸缩振动及各类弯曲振动 1.CH 弯曲振动 烷烃：CH3 约1450 cm-1、1380 cm-1 CH(CH3)2 1380 cm-1、1370 cm-1 C(CH3)3 13
10、90 cm-1、1370cm-1 CH 1340 cm-1（不特征）第20页/共59页 烯烃：面内：14201300 cm-1，不特征 面外：1000670 cm-1，容易识别，可用于判断 取代情况。芳环：面内：1250950 cm-1范围，应用价值小 面外：910650 cm-1，可判断取代基的相对位置 第21页/共59页 苯910670 cm-1 一取代770730 cm-1，710690 cm-1 二取代 邻：770735 cm-1 对：860800 cm-1 间：900800 cm-1，810750 cm-1，725680 cm-1 2.CO 伸缩振动 13001000 cm-1 第2
11、2页/共59页 醇、酚：12501000 cm-1，强吸收带 酚：1200 cm-1 伯醇：1050 cm-1 仲醇：1100 cm-1 叔醇：1150 cm-1 醚：COC伸缩振动位于 12501050 cm-1，确定醚类存在的唯一谱带第23页/共59页 酯：COC 伸缩振动位于13001050 cm-1，2 条谱带，强吸收 酸酐：COC 伸缩振动吸收带位于 13001050 cm-1，强而宽 3.其它键的振动 NO2：对称伸缩振动位于14001300 cm-1 脂肪族：13801340 cm-1 芳香族：13601284 cm-1 第24页/共59页 COOH、COO：约1420 cm-1
12、，13001200 cm-1，两条强吸收带 NH2：面内：16501500 cm-1 面外：900650 cm-1【CH2】n ：13501192 cm-1（间隔约 20 cm-1）的谱带，800700 cm-1，弱吸收带第25页/共59页3.3 3.3 有机化合物基团的特征频率总结大量红外光谱资料后，发现具有同一类型化学键或官能团的不同化合物，其红外吸收频率总是出现在一定的波数范围内，我们把这种能代表某基团，并有较高强度的吸收峰，称为该基团的特征吸收峰(又称官能团吸收峰)。第26页/共59页3.3.1 红外光谱的八个峰区第27页/共59页4000-1500cm-1区域又叫官能团区.该区域出现
13、的吸收峰，较为稀疏，容易辨认.1500-400cm-1区域又叫指纹区.这一区域主要是：CC、CN、CO 等单键和各种弯曲振动的吸收峰，其特点是谱带密集、难以辨认。第28页/共59页3.3.2 重要官能团的红外特征吸收振动吸收峰化合物C-H拉伸（或伸缩）C-H弯曲烷烃2960-2850cm-1-CH2-,1460cm-1 -CH3,1380cm-1 异丙基，两个等强度的峰三级丁基，两个不等强度的峰第29页/共59页振动吸收峰化合物C-H拉伸（或伸缩）C=C，C C，C=C-C=C苯环(拉伸或伸缩)C-H弯曲烯烃1680-16201000-800 RCH=CH2 1645（中）R2C=CH2 16
14、53（中）顺RCH=CHR 1650（中）反RCH=CHR 1675（弱）3000（中）3100-3010三取代 1680（中-弱）四取代 1670（弱-无）四取代 无共轭烯烃与烯烃同向低波数位移，变宽与烯烃同910-905强 995-985强895-885强730-650弱且宽980-965强840-790强无强第30页/共59页吸收峰化合物振动C-H拉伸（或伸缩）C=C，C C，C=C-C=C苯环C-H弯析炔烃3310-3300一取代 2140-2100弱非对称二取代2260-2190弱700-6003110-3010中1600中670弱倍频 2000-1650邻-770-735强间-81
15、0-750强 710-690中对-833-810强泛频 2000-1660取代芳烃较强对称 无强同芳烃同芳烃1580弱1500强1450弱-无一取代770-730，710-690强二取代芳烃第31页/共59页类 别拉 伸说 明R-XC-F C-Cl C-Br C-I1350-1100强750-700 中 700-500 中 610-685 中游离 3650-3500缔合3400-3200宽峰不明显醇、酚、醚-OHC-O1200-1000不特征胺RNH2R2NH3500-3400（游离）缔合降低1003500-3300（游离）缔合降低100键和官能团第32页/共59页类别拉 伸 (cm-1)说
16、明1770-1750（缔合时在1710）醛、酮C=OR-CHO1750-16802720羧酸C=OOH酸酐酰卤酰胺腈气相在3550，液固缔合时在3000-2500（宽峰）C=OC=OC=OC=O酯18001860-1800 1800-17501735NH21690-16503520，3380（游离）缔合降低100C N2260-2210键和官能团第33页/共59页3.4 影响峰位置变化的因素 分子内基团的红外吸收会受到邻近基团及整个分子其他部分的影响,也会因测定条件及样品的物理状态而改变.所以同一基团的特征吸收会在一定范围内波动.第34页/共59页1.成键轨道类型 例如:2.诱导效应:由于邻近
17、原子或基团的诱导效应的影响使基团 中电荷分布发生变化,从而改变了键的力常数,使振动频率发生变化.例如:第35页/共59页3.共轭效应 由于邻近原子或基团的共轭效应使原来基团中双键性质从而减弱,使力常数减小,使吸收频率降低.例如:4.键张力的影响 主要是环状化合物环的大小不同影响键的力常数,使环内或环上基团的振动频率发生变化.具体变化在不同体系也有不同.第36页/共59页例如:*环丙烷的C-H伸缩频率在3030 cm-1，而开链烷烃的C-H伸缩频率在3000 cm-1以下。5.氢键的影响 形成氢键后基团的伸缩频率都会下降。例如：乙醇的自由羟基的伸缩振动频率是3640 cm-1，而其缔合物的振动频
18、率是3350 cm-1。形成氢键还使伸缩振动谱带变宽。第37页/共59页6.振动的耦合 若分子内的两个基团位置很近，振动频率也相近，就可能发生振动耦合，使谱带分成两个，在原谱带高频和低频一侧各出现一个谱带。例如乙酸酐的两个羰基间隔一个氧原子，它们发生耦合。羰基的频率分裂为1818和1750 cm-1。(预期如果没有耦合其羰基振动将出现在约1760 cm-1)。弯曲振动也能发生耦合。7.物态变化的影响 通常同种物质气态的特征频率较高，液态和固态较低。例如丙酮vC=O(气)1738 cm-1，vC=O(液)1715 cm-1。溶剂也会影响吸收频率。第38页/共59页3.5 3.5 红外谱图解析 及
19、应用3.5.1 3.5.1 红外谱图解析的基本步骤：1.计算不饱和度2.官能团的确定(1500 cm-1)3.指纹区确定细节（1500600 cm-1）4.核磁共振（H质子）5.综合以上分析提出化合物的可能结构第39页/共59页（一）鉴定已知化合物：1.观察特征频率区：判断官能团，以确定所属化合物的类型。2.观察指纹区：进一步确定基团的结合方式。3.对照标准谱图验证。第40页/共59页 2.2.经元素分析确定实验式；3.3.有条件时可有MS谱测定相对分子量，确定分子 式;谱图解析示例：5.5.按鉴定已知化合物的程序解析谱图。（二）测定未知化合物：1.1.准备性工作：了解试样的来源、纯度、熔点、
20、沸点等；4.4.根据分子式计算不饱和度;第41页/共59页 1.1.烷烃：1.28532962cm-1 CH 伸缩振动；2.1460cm-1、1380cm-1 CH（CH3、CH2）面内弯曲振动 3.723cm-1 CH(CH2)n,n 4 4平面摇摆振动；若n4 吸 收峰将出现在734734743cm743cm-1-1处。第42页/共59页 2.烯烃 1.3030cm-1=CH伸缩振动；2.CH 伸缩振动；3.1625cm-1 CC伸缩振动；4.CH（CH3、CH2）面内弯曲振动；第43页/共59页第44页/共59页二者的明显差异：1.CC双键的伸缩振动吸收峰：顺式1650cm1650cm-
21、1-1。反式与CHCH3 3、CHCH2 2的弯曲 振动接近。2.CH的平面弯曲振动吸收峰位置：顺式700cm-1；反式965cm-1。第45页/共59页3.5.2 红外谱解析要点及注意事项1.红外吸收谱的三要素（位置、强度、峰形）2.同一基团的几种振动的相关峰是同时存在的3.红外谱图解析顺序4.标准红外谱图的应用 3.5.3 红外光谱解析实例：第46页/共59页例一：未知物分子式为C8H16，其红外图谱如下图所示，试推其结构。第47页/共59页解：由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1，即该化合物具有一个烯基或一个环。3079cm-1处有吸收峰，说明存在与不饱和碳相连的氢，因此该化合物肯定为
22、烯，在1642cm-1处还有C=C伸缩振动吸收，更进一步证实了烯基的存在。910、993cm-1处的C-H弯曲振动吸收说明该化合物有端乙烯基，1823cm-1的吸收是910吸收的倍频。从2928、1462cm-1的较强吸收及2951、1379cm-1的较弱吸收知未知物CH2多，CH3少。综上可知，未知物（主体）为正构端取代乙烯，即1-辛稀。第48页/共59页例二：未知物分子式为C3H6O，其红外图如下图所示，试推其结构。第49页/共59页1.由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1。2.以3084、3014、1647、993、919cm-1等处的吸收峰，可判断出该化合物具有端取代乙烯。3.因分子
23、式含氧，在3338cm-1处又有吸收强、峰形圆而钝的谱带。因此该未知化合物必为醇类化合物。再结合1028cm-1的吸收，知其为伯醇。综合上述信息，未知物结构为：CH2=CH-CH2-OH。第50页/共59页例三：未知物分子式为C12H24O2，其红外图如下图所示，试推其结构。第51页/共59页1.12.1703cm-1处的强吸收知该化合物含羰基，与一个不饱和度相符。3.2920、2851cm-1处的吸收很强而2956、2866cm-1处的吸收很弱，这说明CH2的数目远多于CH3的数目，723cm-1的显著吸收所证实，说明未知物很可能具有一个正构的长碳链。4.2956、2851cm-1的吸收是叠
24、加在另一个宽峰之上的，从其底部加宽可明显地看到这点。从分子式含两个氧知此宽峰来自OH,很强的波数位移说明有很强的氢键缔合作用。结合1703cm-1的羰基吸收，可推测未知物含羧酸官能团。940、1305、1412cm-1等处的吸收进一步说明羧酸官能团的存在。综上所述，未知物结构为：CH3（CH2）10COOH第52页/共59页例四：未知物分子式为C6H8N2，其红外图如下图所示，试推其结构。第53页/共59页1.42.可能有苯环，此推测由3031、1593、1502的吸收峰所证实，由750cm-1的吸收知该化合物含邻位取代苯环。3.3285、3193 cm-1的吸收是很特征的伯胺吸收。（对称伸缩振动和反对称伸缩振动）综合上述信息及分子式，可知该化合物为：邻苯二胺第54页/共59页 作业：1.分子式为 C6H14，红外光谱如下，试推其结构。第55页/共59页2.分子式为 C8H7N，红外光谱如下，试推其结构。第56页/共59页3.分子式为 C4H6 O2，红外光谱如下，试推其结构。第57页/共59页4.分子式为 C10H14S，红外光谱如下，试推其结构。第58页/共59页谢谢您的观看！第59页/共59页