第三章红外光谱

1、 Infrared Spectroscopy 红外光谱的概念红外光谱的概念： 用连续波长(波长2.525m, 频率4000400cm-1)的红外光光波照射样品，引起分子内振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱, 用IR表示.红外光谱的产生条件红外光谱的产生条件： (1). 辐射光的频率与分子振动的频率相当,才能被吸收产生红外 光谱. (2). 振动过程中能引起分子偶极矩变化的分子才能产生红外吸收 光谱.例如例如: : H H2 2,O,O2 2,N,N2 2等双原子分子等双原子分子振动不引起偶极矩变化振动不引起偶极矩变化, , 无红外吸收无红外吸收. . , , , , 其其 键伸缩振动不引起偶极

2、矩键伸缩振动不引起偶极矩变化变化, 无红外吸收无红外吸收.H C C HR C C RCC红外吸收光谱中各种主要基团的伸缩振动大致分布图红外吸收光谱中各种主要基团的伸缩振动大致分布图 红外光谱的应用红外光谱的应用 1.通过红外光谱图的比较,可以判断是否是同一种化合物. 2.可以获取分子中各种结构信息, 特别是官能团信息.例如: 3000150cm-1区域的任何吸收, 都可以归结为C-H伸缩振动. 1715100cm-1区域的任何强吸收, 基本上都可以归结为C=O 伸缩振动.红外光谱表示方法红外光谱表示方法：常用坐标曲线表示法. 横坐标横坐标: :表示吸收峰的位置, 用波数波数(cm-1, 40

3、00400cm-1)或波波 长长(m, 2.5 25m)作量度. 纵坐标纵坐标: 表示吸收峰的强弱, 用百分透过率百分透过率(T%) 或吸光度吸光度(A)作量 度单位. 正己烷的红外光谱正己烷的红外光谱摩尔消光系数（摩尔消光系数（）强度强度符号符号200200很强VS7575200200强S25257575中等M5 52525弱W0 05 5很弱VW红外吸收强度及其表示符号红外吸收强度及其表示符号 宽峰尖峰肩峰双峰：1. 具有高度特征性； 定性分析、结构鉴定 2. 应用范围广：有机、无机； 气液固三态均可 3. 分析速度快，样品用量少，操作简便，属于非破坏性分析 4. 灵敏度低： 定性分析、结

4、构鉴定时，需提纯样品 定量分析时，准确度低，对微量成分无能为力： 未知物鉴别、化学结构确定、化学反应跟踪、纯度检查、区别异构体、质量控制、定量分析CHHCHH剪式振动剪式振动平面摇摆平面摇摆CHH+CHH+非平面摇摆非平面摇摆扭曲振动扭曲振动CHHCHH对称对称 伸缩振动伸缩振动(as)不对称不对称 伸缩振动伸缩振动(s)伸缩振动伸缩振动面内弯曲面内弯曲(面内面内)面外弯曲面外弯曲(面外面外)弯曲振动弯曲振动振动类型振动类型高频区高频区低频区低频区亚甲基的振动形式亚甲基的振动形式键角不变键角不变,键长改变键长改变键长不变键长不变,键角改变键角改变)，k21振2121.mmmm练习1 在下面各种

5、振动模式中，不产生红外吸收的是： A：乙炔分子中对称伸缩振动 B：乙醚分子中不对称伸缩振动 C：CO2分子中对称伸缩振动 D：H2O分子中对称伸缩振动 E：HCl分子中H键伸缩振动练习2 下面五种气体，不吸收红外光的是： ：OH22COHCl2N4CH多原子分子的振动自由度和峰含n个原子的分子，自由度为：非线性分子有 3n-6 个（三维，3n，除3个整体平动自度和3个整体转动自由度），线性分子有3n-5 个。理论上每个自由度在IR中可产生1个吸收峰，实际上IR光谱的峰数少于基本振动自由度。原因是：1 振动过程中，伴随有偶极矩的振动才能产生吸收峰2 频率完全相同的吸收峰，彼此发生简并（峰重叠）3

6、 强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰4 有些峰落在中红外区之外5 吸收峰太弱，检测不出来200很强很强VS75200强强S2575中等中等M525弱弱W05很弱很弱VW16003700cm-13700cm-14 725,n=3 729-726, n=2 743-734, n=1 785-770 C-CC-C伸缩振动：伸缩振动：1253-800cm-1， 对结构分析作用不大。as1460 cm-1CH312:17:411烷烃-（CH2）n-n4CH2CH2s1465 cm-1r 720 cm-1（水平摇摆）重叠CH2 对称伸缩2853cm-110CH3 对称伸缩2872cm-110CH2不对称伸缩292

7、6cm-110CH3不对称伸缩2962cm-110（CH3，CH2，CH）(CC,CH )3000cm-1s1380 cm-1C H31368-1366cm12:17:41CH3 s CC骨架振动1155cm-11:11170cm-14:51195 cm-1C C H3C H3CC H3C H3-11405-1385cm-11372-1365cm-11:21250 cm-1a)由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。b)CC骨架振动明显HC C H3 1385-1380cm-1C H31372-1368cm-11391-1381cm-1c) CH2面外变形振动(CH2)n，证明长碳链的

8、存在。n=1 770785 cm-1 （中 ）n=2 740 750 cm-1（中 ）d) CH2和CH3的相对含量也可以由1460 cm-1和1380 cm 的峰强度估算强度正二十八烷cm-1 1500 1400 1300cm-1正十二烷1500 1400 1300cm-1 1500 1400 130012:17:41正庚烷正己烷红外光谱图12:17:411660cm-1C CR 1R 2R 3HC=C 伸缩振动(1680-1630 cm-1 )R1反式烯 C CH三取代烯1680-1665 cm-1弱，尖分界线C CC CR 1R 2R 1HR 3R 4R 2HC CC CR 1HR 1R

9、 2HHHH四取代烯顺式烯乙烯基烯亚乙烯基烯1660-1630cm-1中强，尖R1H）-1R2R1R3790-840 cm-1R2 H （820 cm ）R4 2：1375-1225 cm-1H C C R（ 690 cm-1）H 990 cm-1H 910 cm-1 （强）R1HH 890 cm （强）R2C-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）HC CC C12:17:41HR1 R3R2（=C-C C 970 cm （强）-1610-700 cm-1（强）（弱）H

10、HR1C CHC CR1 C C R2H）R1 R2 （=C-C C 800-650 cm-1 2：1850-1780 cm-1-1 2：1800-1780 cm-11-己烯红外光谱图 炔键C-H伸缩振动：3340-3300厘米-1，波数高于烯烃和芳香烃，峰形尖锐。 CC叁键伸缩振动：2100厘米-1 ，峰形尖锐，强度中到弱。干扰少，位置特征。末端炔基该吸收强。分子对称性强时，该吸收较弱。770-730，710-690770-735810-750，725-680860-780780-760，720-685860-800，730-690850-800，730-675860-780900-8409

11、00-840900-840含氮化合物1. 胺、亚胺和胺盐特征吸收化合物吸收峰位置(cm-1)吸收峰特征NH伯胺类3500-3300两个峰，强度中伸缩振动仲胺类亚胺类3500-33003400-3300一个峰，强度弱一个峰，强度中NH伯胺类1650-1590强度强，中弯曲振动仲胺类1650-1550强度极弱CN芳香伯1340-1250强度强伸缩振动胺脂肪胺仲叔1350-12801360-13101220-10201410强度强强度强强度中，弱强度弱2-戊胺戊胺NH2伯胺类N-H两个峰强度中N-H 1590cm-1： NH2剪式振动；C-N 1185cm-1： CN伸缩振动伸缩振动三乙胺叔胺类 无

12、N-HNCN伸缩振动NOONOO153913481245104815591409128317711702干涉仪光源样品室检测器显示器绘图仪计算机干涉图光谱图12:17:22FTS傅里叶变换红外光谱仪结构框图（动画）12:17:22 傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图。特点：(1) 扫描速度极快(1s)；适合仪器联用；(2)不需要分光，信号强，灵敏度很高；(3)仪器小巧。红外图谱解析红外图谱解析 红外光谱的分区 红外标准谱图及检索 萨特勒红外谱图集是较常用的谱图集，数据库，网上资源 红外图谱的解析

13、步骤 红外图谱的解析实例红外图谱的解析步骤红外图谱的解析步骤 化合物类型的判断化合物类型的判断 有机物和无机物有机物和无机物 饱和化合物与不饱和化合物饱和化合物与不饱和化合物 烯烃或芳烃烯烃或芳烃 推断可能含有的功能团推断可能含有的功能团 先看特征频率区（3600-1350），再看指纹区（1350-400）。 先看强峰，再看弱峰 先找特征吸收峰，再找相关峰佐证 计算分子的计算分子的不饱和度不饱和度，根据不饱和度的结果推断分子中可，根据不饱和度的结果推断分子中可能存在的官能团。能存在的官能团。 根据吸收峰的位置、强度、形状分析各根据吸收峰的位置、强度、形状分析各种官能团及其相对种官能团及其相对关

14、系，推出化合物的化学结构关系，推出化合物的化学结构 222banU其中n为分子中4价原子的数目，如C，Si；a为 分子中3价原子的数目，如P，N；b为分子中1价原子的数目，如H，F，Cl，Br，I。氧和硫的存在对不饱和度没有影响。不饱和度不饱和度红外谱图解析1680-1880是否有强峰羧酸3300-2500强宽峰1300-1100宽峰1300-1100强峰酯1740-1720强峰2850,2720弱峰醛1725-1705强峰酮1680强峰酰胺1800强峰酰卤是否见下页18001700双峰酸酐1680-1880没有强峰3600-3300有强峰醇1650弱峰1650-1450一系列峰烯芳香烃无其他

15、峰2860-2960强峰烷667溴代烃1275-1060强峰醚某化合物的分子式某化合物的分子式C6H14，红外谱图如下，试推测该化合，红外谱图如下，试推测该化合物的结构。物的结构。从谱图看，谱峰少，峰形尖锐，谱图相对简单，可从谱图看，谱峰少，峰形尖锐，谱图相对简单，可能化合物为对称结构。能化合物为对称结构。 从分子式可看出该化合物为烃类，不饱和度的计从分子式可看出该化合物为烃类，不饱和度的计算：算：U=（62+2-14）/2=0表明该化合物为饱和烃类。由于表明该化合物为饱和烃类。由于1380cm-1的吸收峰的吸收峰为一单峰，表明无偕二甲基存在。为一单峰，表明无偕二甲基存在。775cm-1的峰表

16、明的峰表明亚甲基基团是独立存在的。因此结构式应为：亚甲基基团是独立存在的。因此结构式应为：由于化合物分子量较小，精细结构较为明显，当化由于化合物分子量较小，精细结构较为明显，当化合物的分子量较高时，由于吸收带的相互重叠，其红合物的分子量较高时，由于吸收带的相互重叠，其红外吸收带较宽。外吸收带较宽。CH3CH2CHCH3CH2CH3解答解答谱峰归属谱峰归属 3000-2800cm-1：饱和：饱和CH的反对称和的反对称和对称伸缩振动（甲基：对称伸缩振动（甲基：2960和和2872cm-1，亚甲基：亚甲基：2926和和2853cm-1）。）。1461cm-1：亚甲基和甲基弯曲振动（分：亚甲基和甲基弯

17、曲振动（分别为别为1470和和1460cm-1）。）。1380cm-1：甲基弯曲振动：甲基弯曲振动(1380cm-1)。775cm-1：乙基：乙基CH2的平面摇摆振的平面摇摆振动（动（780cm-1）。）。试推断化合物试推断化合物C4H5N的结构的结构解答解答 不饱和度计算：不饱和度计算：U=（42+2-5+1）/2=3由不饱和度分析，分子中可能存在一个双键和一个叁键。由由不饱和度分析，分子中可能存在一个双键和一个叁键。由于分子中含于分子中含N，可能分子中存在，可能分子中存在CN基团。基团。由红外谱图看：从谱图的高频区可看到由红外谱图看：从谱图的高频区可看到:2262cm-1，氰基的伸，氰基的

18、伸缩振动吸收；缩振动吸收；1645cm-1 ，乙烯基的，乙烯基的C=C伸缩振动吸收。伸缩振动吸收。可推测分子结构为：可推测分子结构为：由由1870，991，937cm-1：表明为末端乙烯基。：表明为末端乙烯基。1419cm-1：亚甲：亚甲基的弯曲振动（基的弯曲振动（1470cm-1，受到两侧不饱和基团的影响，向，受到两侧不饱和基团的影响，向低波数位移）。验证推测正确。低波数位移）。验证推测正确。CH2CHCH2CN试推断化合物试推断化合物C7H9N的结构的结构解答解答 不饱和度的计算：不饱和度的计算：U=（72+2-9+1）/2=4不饱和度为不饱和度为4，可能分子中有多个双键，或者含有一个苯环

19、。，可能分子中有多个双键，或者含有一个苯环。3520和和3430cm-1：两个中等强度的吸收峰表明为：两个中等强度的吸收峰表明为-NH2的反对的反对称和对称伸缩振动吸收（称和对称伸缩振动吸收（3500和和3400cm-1）。）。1622，1588，1494，1471cm-1：苯环的骨架振动（：苯环的骨架振动（1600、1585、1500及及1450cm-1）。证明苯环的存在。）。证明苯环的存在。748cm-1：苯环取代为邻位（：苯环取代为邻位（770-735cm-1）。）。 1442和和1379cm-1：甲基的弯曲振动（：甲基的弯曲振动（1460和和1380cm-1）。）。1271cm-1：伯

20、芳胺的：伯芳胺的CN伸缩振动（伸缩振动（1340-1250cm-1）。）。由以上信息可知该化合物为邻由以上信息可知该化合物为邻-甲苯胺。甲苯胺。 试推测化合物试推测化合物C8H8O的分子结构。的分子结构。1388解答解答 不饱和度的计算不饱和度的计算U=（82+2-8）/2=5不饱和度大于不饱和度大于4，分子中可能由苯环存在，由于仅含，分子中可能由苯环存在，由于仅含8个碳个碳，因此分子应为含一个苯环一个双键。，因此分子应为含一个苯环一个双键。1606，1577，1520，1450cm-1：苯环的骨架振动（：苯环的骨架振动（1600、1585、1500及及1450cm-1）。证明苯环的存在。）。

21、证明苯环的存在。810cm-1：对位取代苯（：对位取代苯（860-780cm-1）。）。1690cm-1：醛基：醛基C=O伸缩振动吸收（伸缩振动吸收（1735-1715cm-1，由，由于与苯环发生共轭向低波数方向位移）。于与苯环发生共轭向低波数方向位移）。2827和和2734cm-1：醛基的：醛基的CH伸缩振动（伸缩振动（2820和和2720cm-1）。）。1450和和1388 cm-1：甲基的弯曲振动（：甲基的弯曲振动（1460和和1380cm-1）。）。由以上信息可知化合物的结构为：由以上信息可知化合物的结构为：CH3CHO 分子式为C4H10O计算出其不饱和度为计算出其不饱和度为0 33

22、47 cm-1缔合羟基的伸缩振动；缔合羟基的伸缩振动； 2968 cm-1, 2931 cm-1饱和碳原子的饱和碳原子的C-H伸缩振动；伸缩振动； 1389 cm-1双峰为叔氢的弯曲振动；双峰为叔氢的弯曲振动； 一级醇的一级醇的C-O伸缩振动伸缩振动 CH3CHCH2OHCH3推测化合物结构为：推测化合物结构为：分子式为C3H6O波谱解析v 3084、3014、1647、993、919 cm-1等处的吸收，等处的吸收，判断该化合物具有端取代乙烯判断该化合物具有端取代乙烯；v 3338 cm-1处有强吸收，峰形圆而钝，判断该化合处有强吸收，峰形圆而钝，判断该化合物为醇类。物为醇类。1028 cm

23、-1有吸收，知为伯醇。由于有吸收，知为伯醇。由于C-O伸缩振动往低波数移动了伸缩振动往低波数移动了20 cm-1 ，判断，判断-CH2OH与与C=C相连相连 ；v推断该化合物结构为：推断该化合物结构为：CH2=CH-CH2-OH分子式为C12H24O2波谱解析：v 1703 cm-1最强吸收，知该化合物含羰基；最强吸收，知该化合物含羰基；v 2920、2851 cm-1处的吸收很强而处的吸收很强而2956、2866 cm-1处的吸收很弱，说明处的吸收很弱，说明CH2多而多而CH3少，说明未知少，说明未知物可能具有一个正构的长碳链；物可能具有一个正构的长碳链；v 2955、2851 cm-1的吸收是叠加在另一个宽峰之的吸收是叠加在另一个宽峰之上，从分子式含两个氧知此宽上，从分子式含两个氧知此宽 峰来自峰来自-OH，很强的很强的低波数位移说明有很强的氢键缔合作用，推测含有低波数位移说明有很强的氢键缔合作用，推测含有 -COOH；v940、1305、1412 cm-1等处的吸收进一步说明羧等处的吸收进一步说明羧基的存在基的存在未知物为：未知物为： CH3-(CH2)10 -COOH芳香胺：分子式为C6H8N2v 由分子式可计算出其不饱和度为由分子式可计算出其不饱和度为4，可能含苯