红外光谱解析

徐敏

Tel-mail:cbxumin@163.com《药物分析》南昌大学科学技术学院生物化学系1红外光谱的基本概念2.1红外光谱在聚合物分析中的应用2.2红外光谱原理红外光谱与分子结构2.3第二章、红外光谱红外光谱解析2.4红外光谱仪及制样技术2.52.6激光拉曼光谱2.72.1红外光谱的基本概念红外光谱属于分子振动光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并使得这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波长关系的曲线，即为红外光谱，所以又称之为红外吸收光谱。红外光谱英文为(IR)，样品吸收红外辐射的主要原因是：分子中的化学键的振动分子振动光谱红外光谱拉曼光谱非对称振动对称振动极性基团的鉴定物质的骨架特征2.1红外光谱的基本概念一般非对称振动产生强的红外吸收，而对称振动则出现显著的拉曼谱带。因此,IR可用于鉴别化合物中的化学键类型，可对分子结构进行推测。

红外线属于电磁波。通常电磁波可以用能量来描述，标志电磁波能量的物理量有波长λ，频率ν或波数，它们之间的关系为：Electromagneticspectra2.1红外光谱的基本概念

不同能量的电磁波将引起物质不同运动状态的变化，促使一定能态的基态跃迁至激发态，在连续的电磁波谱上出现吸收信号。无线电波可引起磁性核的自旋改变（NMR）红外光将导致分子的振动和转动状态的变化（IR）紫外-可见光将引起价电子能级跃迁（UV-Vis）2.1红外光谱的基本概念

考察这些光谱的变化可从不同角度给出分子结构的信息。

红外光区介于可见光与微波之间，波长范围约为0.76-1000μm，为了便于描述，引入一个新的概念：波数(wavenumber)，用符号表示，为波长的倒数，即每厘米中波的个数，单位cm-1。

＝1/(cm)＝104/(m)红外波段的划分2.1红外光谱的基本概念红外光区分三个区段：

近红外区（泛频区，倍频区）：

0.75-2.5m，13333-4000/cm,泛频区（用于研究OH,NH,CH等单键的倍频、组频吸收，基于基频吸收而言）

中红外区（基频区）：

2.5-25m，4000-400/cm,基频振动区（各种基团基频振动吸收，分子的振动、转动）

远红外区（转动区）：

25m以上，400/cm，价键转动、晶体的晶格振动和纯转动（金属有机键振动，许多无机键振动，分子纯转动）其中，中红外区是研究的最多、最深的区域，一般所说的红外光谱就是指中红外区的红外吸收光谱。2.1红外光谱的基本概念红外吸收产生的条件：（A)振动的频率与红外光波段的某频率相等。

即分子吸收了这一波段的光，可以把自己的能级从基态提高到某一激发态。这是产生红外吸收的必要条件。（B）偶极矩的变化：

分子在振动过程中，由于键长和键角的变化，而引起分子的偶极矩的变化，从而产生红外吸收。而多非极性的双原子分子(H2,N2,O2)，虽然也会振动，但振动中没有偶极矩的变化，因此不吸收红外辐射。称之为非红外活性。2.1红外光谱的基本概念2.2红外光谱原理红外光谱研究方法为简单起见，仅讨论分子纯粹振动而无转动的情况，并把复杂的有机物分解成多个双原子基团，用双原子分子振动模型即谐振子来研究分子的振动。谐振子振动模型是用两个小球代表原子，用一个失重弹簧代表化学键构成的振动体系。它遵循胡克定律。(1)胡克定律：振动时恢复到平衡的力F与位移成正比，力的方向与位移方向相反，F=-kx.分子的振动可用Hooke’srule（胡克定律）来描述：分子的近似机械模型----弹簧连接小球。红外光谱中，频率常用波数表示。波数的单位是cm-1，标准红外谱图标有频率和波长两种刻度。波数——每厘米中振动的次数。波数与波长互为倒数。

(1cm=104μm)2.2红外光谱原理k—化学键的力常数；m—成键原子的质量若将频率采用波数σ表示，Hooke’srule则可表示为：

不同分子的结构不同，化学键的力常数不同，成键原子的质量不同，导致振动频率不同。用红外光照射样品，样品将选择性地吸收那些与其振动频率相匹配的波段，从而产生红外光谱。2.2红外光谱原理式中：k—化学键的力常数；m—成键原子的质量

化学键的力常数(k)是键的属性，与键的电子云分布有关，代表键发生振动的难易程度。各种键的伸缩振动力常数k2.2红外光谱原理由频率公式得出两点结论：

键越强，力常数k越大，振动频率越高。成键原子质量越大(μ越大)，振动频率越低。2.2红外光谱原理

弯曲振动要比伸缩振动的振动频率小，因为弯曲振动的力常数更小。杂化效应对力常数有影响。键的强度sp>sp2

>sp32.2红外光谱原理共轭效应对键能和键长有影响，因此对力常数k也有影响。

羰基的伸缩振动频率在1715cm-1。当羰基与C=C产生共轭作用效应时，其振动频率降至1675~1680cm-1。这是因为共轭效应使C=O键的键长有所增加，双键性降低。2.2红外光谱原理倍频峰：指0

2的振动吸收带，出现在强的基频峰的大约2倍处(实际比两倍低)。一般为弱吸收峰。羰基伸缩振动频率在1715cm-1左右，在3400cm-1附近倍频峰，通常与羟基的伸缩振动吸收峰重叠。常见术语基频峰：分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的高一能级产生的吸收。2.2红外光谱原理-振动能级跃迁选律合频峰：出现在两个或多个基频峰之和(组频1+2)或差(1-2)处。合频峰均为弱峰。泛频峰：倍频峰和合频峰统称为泛频峰（近红外区），弱峰，常不能检出。热峰：来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰，弱峰，常被基频峰掩盖。2.2红外光谱原理-振动能级跃迁选律常见术语2.2红外光谱原理-振动能级跃迁选律由ν=0跃迁到ν=1产生的吸收谱带称为基频，有ν=0跃迁到ν=2，3产生的谱带称为倍频。常见术语

双原子分子仅有一种振动方式，多原子分子则有多种振动方式。对于n个原子组成的多原子分子，有3n个自由度。其中包括3个平动自由度；非线性分子有3个转动自由度，线性分子则只有2个转动自由度，因此非线性分子有3n-6个振动自由度，线性分子有3n-5个振动自由度。这些基本振动称为简正振动，每个简正振动都具有一定的能量，可以在特定的频率发生吸收。4330振动自由度2.2红外光谱原理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.峰数2.2红外光谱原理理论上每个自由度在IR中可产生1个吸收峰，实际上IR光谱中的峰数少于基本振动自由度，原因是：分子的振动类型，有两大类：伸缩振动（ν）：只改变键长，不改变键角；波数较高。弯曲振动（δ）：只改变键角，不改变键长；波数较低。

2.2红外光谱原理对称伸缩剪式振动面外摇摆摇摆振动不对称伸缩扭绞振动νs

νas

δ

ω

ρ

τ欧米咖涛柔德尔塔纽纽2.2红外光谱原理2.2红外光谱原理分子振动方式分为：伸缩振动-----对称伸缩振动s

----反对称伸缩振动as

弯曲振动----面内弯曲振动----剪式振动

s-----平面摇摆

-----面外弯曲振动-----非平面摇摆

-----扭曲振动

按能量高低为：

as>s

>

s

高频区低频区红外光谱的选律:使分子偶极矩发生改变的振动是红外活性的.

2.2红外光谱原理–对称伸缩振动（vs2872cm-1)–不对称伸缩振动（vas2962cm-1)–对称变形振动(δs1380cm–1)–不对称变形振动(δas1460cm-1)2.2红外光谱原理甲基的振动形式：H2O的振动形式：H2O有3种振动形式，相应的呈现3个吸收谱带。2.2红外光谱原理红外吸收峰产生的条件必要条件：辐射光的频率与分子振动的频率相当。充分条件：振动过程中能够改变分子偶极矩！所以，分子对称性高者，其IR谱图简单；分子对称性低者，其IR谱图复杂；

2.2红外光谱原理CS2、CCl4等对称分子的IR谱图特别简单，可用作IR溶剂。一般情况下，一张红外光谱图有5-30个吸收峰。2.2红外光谱原理红外吸收峰产生的条件CO2的振动形式：CO2应有4种振动自由度。但光谱中只可能出现3个吸收谱带，其中有两种不同方向的变形振动，振动频率相同，它们的振动模式是等效的，称为振动的简并。CO2分子有二重简并，复杂分子可能存在多重简并。实际谱图中只有2个振动吸收峰，因为对称伸缩振动过程中，无偶极矩变化，所以显示红外非活性。3n-52.2红外光谱原理二氧化碳的IR光谱2.2红外光谱原理O=C=O对称伸缩振动不产生吸收峰O=C=O反对称伸缩振动2349cm-1O=C=O面内弯曲振动667cm-1O=C=O面外弯曲振动667cm-1因此O=C=O的IR光谱只有2349/cm和667/cm二个吸收峰.面外弯曲振动667cm-1苯分子有3N-6=30个简正振动，而苯的红外光谱仅观察到9个吸收谱带，可能存在多重简并和红外非活性振动。苯的红外吸收光谱图2.2红外光谱原理

复杂分子的振动形式很多，一个正构烷烃的光谱包含有多种振动形式的谱带。其中亚甲基和甲基各有6种振动形式。正十二烷的红外光谱2.2红外光谱原理反对称伸缩AsymmetricStretch对称伸缩SymmetricStretch2.2红外光谱原理红外光谱的一般表示法：横坐标：吸收波长（m），或吸收频率（波数/cm）

红外谱图有等波长及等波数两种，对照标准谱图时应注意。纵坐标：吸光度A或透光率T。

2.2红外光谱基本原理–红外吸收强度IR光谱得到的结构信息

1吸收峰的位置（吸收频率）

2吸收峰的强度,常用

vs(verystrong),s(strong),m(medium),w(weak),

vw(veryweak),

b(broad),

sh(sharp),表示

3吸收峰的形状(尖峰、宽峰、肩峰)2.2红外光谱基本原理–红外吸收强度红外光谱的吸收强度它是红外吸收光谱性质的主要参考参数之一，是一个振动跃迁几率的量度。振动跃迁几率取决于偶极矩变化的大小。一般，化学键极性增加，振动时偶极矩变化增加，吸收谱带强度也增加。红外光谱的吸收强度用百分透过率或摩尔吸光系数来表示。2.2红外光谱基本原理–红外吸收强度红外吸收强度及其表示符号

摩尔消光系数ε强度符号＞200很强VS75~200强S25~75中等M5~25弱W0~5很弱VW2.2红外光谱基本原理–红外吸收强度红外吸收峰的强度和形状常用下列符号表示：很强Vs(verystrong)宽峰B(broad)强S(strong)肩峰Sh(shoulder)中等M(midium)双峰D(double)弱W(weak)

2.2红外光谱基本原理–红外吸收强度

基频吸收谱带的强度取决于振动过程中偶极矩变化的大小。只有极性的键在振动过程中才出现偶极矩的变化。这种振动成为红外活性振动。键的极性越大，吸收谱带强度越高。如OH、C=O、NO2等强极性基团都具有很强的红外吸收谱带。一些对称性很高的分子，如炔烃RC≡CR两边的取代基相同，重键的伸缩振动没有偶极矩的变化，不发生红外吸收，称为红外非活性振动。2.2红外光谱基本原理–红外吸收强度2.3红外光谱与分子结构–官能团特征吸收频率

有机分析的对象是多原子分子，而多原子分子具有大量的简正振动数。由于前面提到的原因，真正测得的红外吸收谱峰的数目远小于简正振动数，但一个化合物的红外吸收峰数目仍是较多的。若要将每个红外吸收峰归属于什么样的振动是很困难的。然而，化学家通过大量标准样品的测试，从实践的观点总结出了一定的官能团总对应有一定的特征吸收，归纳出了各种官能团的特征频率表，这对从谱图推测分子结构有重要的意义。O-H3500cm-1C≡C2150cm-1N-H3400cm-1C=O1715cm-1C-H3000cm-1C=C1650cm-1C≡N2250cm-1C-O1100cm-12.3红外光谱与分子结构–官能团特征吸收频率影响红外光谱吸收频率的因素:外在因素：物态变化，折射率、粒度的影响。内在因素：电子效应：诱导效应、共轭效应；

空间效应：环张力、空间位阻；

氢键效应和溶剂效应；

费米共振；

偶合效应。化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。各种化合物中相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。2.3红外光谱与分子结构–官能团特征吸收频率以羰基为例来讨论影响谱带位移的因素影响谱带位移的因素很多，一部分来自分子内部结构影响，如电子效应、空间效应和振动的偶合等；另一部分则来自分子的外围环境包括溶剂和物态变化等。

羰基是极性基团，其氧原子有吸电子的倾向

。若结构上的变化使羰基往的方向变，双键就朝单键的方向变，这就导致振动频率下降，也就是红外吸收频率将下降。诱导效应给电子基团将使羰基电子云偏离键的几何中心，移向氧原子，降低羰基的双键性，使羰基伸缩振动频率向低频位移；电子效应--诱导效应，共轭效应吸电子基团会使得电子密度向键的几何中心接近，降低了羰基的极性，双键性增加，导致羰基伸缩振动频率移向高频。

为共轭体系中电子离域的现象。羰基与别的双键共轭，其π电子的离域增大，从而减小了双键的键级，使其双键性降低，振动频率降低，使不饱和键的波数显著降低。共轭效应电子效应--诱导效应，共轭效应电子效应--诱导效应，共轭效应诱导效应和共轭效应

在一个分子中诱导效应和共轭效应往往同时存在。如果诱导效应占优势，谱带向高频移动；如果共轭效应占优势，谱带向低频移动。空间效应--环张力，空间位阻

一般而言，环的张力加大时，环上有关官能团的吸收频率逐渐上升，以脂肪酮羰基为例：环张力对红外吸收波数的影响:环数减小，环的张力增大，环外的双键增强，伸缩振动频率升高。对环烯来说，环外双键加强，吸收频率增大，环内双键减弱，吸收频率减小。空间位阻对谱带吸收位置的影响，共轭体系最为明显。共轭体系具有共平面的性质，当共轭体系的共平面性被偏离或被破坏时，共轭体系亦受到影响或破坏，吸收频率将移向高频（向接近孤立羰基振动频率的方向变化）。空间效应--环张力，空间位阻空间位阻：一般来说，当共轭体系被妨碍，吸收频率增高。空间效应--环张力，空间位阻偶合效应和Fermi共振偶合效应

偶合效应：两个基团相邻且它们的振动频率又相近时，振动的偶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。偶合效应

在丙二烯分子中，两个碳-碳双键共用一个碳原子，一般预料在1600cm-1附近可能观察到双键的伸缩振动谱带，然而在其红外光谱中并未见到预料的谱带，却在1960cm-1和1070cm-1出现两个新的吸收，这是两个双键振动机械偶合的结果。高频的谱带相应于两个双键不对称伸缩振动，低频的谱带则相应于对称伸缩振动。实例1在红外光谱中，谱带间的偶合效应是常见的。丙二烯中由于两个双键关系密切，干扰严重，两个偶合谱带相差约900cm-1之多。对于距离稍远一些或非线性分子，因偶合而产生两个谱带的位差则要小得多。丙酸酐在1845cm-1和1775cm-1出现两个都相当强的谱带，前者是两个羰基反对称振动的偶合谱带，后者是对称的振动偶合谱带。偶合效应实例2实例2偶合效应前者是两个羰基反对称振动的偶合谱带，后者是对称的振动偶合谱带。Fermi共振费米共振

倍频或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峰的分裂，并且原来强度很弱的倍频或合频谱带的强度显著地增加，这种特殊的偶合效应称为Fermi共振。Fermi共振是个普遍现象，它不仅存在于红外光谱中，也存在于拉曼光谱中。-CHO的C-H伸缩振动2830-2695cm-1，与C-H弯曲振动1390cm-1的倍频2780cm-1发生费米共振，结果产生2820cm-1和2720cm-1二个吸收峰。实例1

大多数醛的红外光谱在2800cm-1和2700cm-1附近出现强度相近的双谱带是Fermi共振典型的例子。如图所示，这两条谱带的产生是醛基的C−H伸缩振动与其变形振动1390cm-1的倍频之间发生Fermi共振的结果。Fermi共振实例1实例2

苯甲酰氯红外光谱在羰基伸缩振动频率范围1790cm-1附近的双谱带，是羰基伸缩振动与谱带875cm-1的倍频之间发生Fermi共振引起的。Fermi共振氢键和溶剂效应

偶极矩很大的X−H

键与带部分负电荷的原子Y充分接近时，产生强烈的静电吸引作用，构成氢键X−H•••Y。氢键的形成，使参与形成氢键的基团的振动频率发生变化：伸缩振动向低频位移，谱带变宽，强度增大；而弯曲振动向高频位移，谱带变得更为尖锐。

氢键(分子内氢键；分子间氢键)降低了原来化学键的力常数，使伸缩振动频率向低波数位移，并使吸收强度加强，但使峰形变宽。原因实例1实例2氢键和溶剂效应分子内氢键不受溶剂的影响，而分子间的氢键对溶剂比较敏感。在惰性溶剂的稀溶液中，分子间的氢键可以完全被破坏而恢复游离分子的光谱，使羟基伸缩振动向高频位移。所以，用稀释的方法可以方便地区分是分子内氢键还是分子间的氢键。氢键和溶剂效应

胺类化合物中的胺基(NH或NH2)能产生分子间的缔合，缔合后的胺基吸收频率往低频方向移动，多则降低100cm-1甚至更多。羧酸分子能形成强烈的氢键，使其羟基的吸收频率移至3000cm-1附近并延伸到∼2500cm-1，形成一个宽谱带，这是羧酸红外谱图的明显特征。氢键和溶剂效应2.3红外光谱与分子结构–官能团特征吸收频率振动中偶极矩的变化幅度越大，吸收强度越大。极性大的基团，吸收强度大，C=O比C=C强，CN比CC强。

使基团极性降低的诱导效应使吸收强度减小，使基团极性增大的诱导效应使吸收强度增加。共轭效应使π电子离域程度增大，极化程度增大，吸收强度增加。影响红外光谱吸收强度的因素：振动耦合使吸收增大，费米振动使倍频或组频的吸收强度显著增加。形成氢键使振动吸收峰变强变宽。能级跃迁的几率，v=0v=2比v=0v=1能阶大，但几率小，吸收峰弱。2.3红外光谱与分子结构–官能团特征吸收频率影响红外光谱吸收强度的因素：2.4红外光谱解析-官能团特征吸收牢记典型或官能团的特征吸收频率。例如，脂肪酮C=O的特征值为1715±10cm-1。然后慢慢熟悉其它含C=O化合物（如羧酸、酯、酰胺、酸酐等）的振动频率。

熟悉各种常见官能团伸缩振动吸收的区域图。了解不同因素，如环张力、共轭效应等对特征吸收频率的影响。问题变简单了！因为只有8个键的基础值要记了！O-H3500cm-1C≡C2150cm-1N-H3400cm-1C=O1715cm-1C-H3000cm-1C=C1650cm-1C≡N2250cm-1C-O1100cm-12.4红外光谱解析-官能团特征吸收当测量光谱时，峰的位置在1300cm-1以上区域称为官能团区。该区域内的吸收谱带有比较明确的官能团与频率的对应关系且谱带分布稀疏、容易辨认，可以准确地提供某官能团存在的信息；2.4红外光谱解析-官能团特征吸收官能团区在1300cm-1以下的区域称为指纹区。为C-C、C-N、C-O等单键伸缩振动和各种弯曲振动的吸收峰。特点是谱带密集、难以辨认。在指纹区，也会出现一些属于官能团的吸收带，它们有可能用于鉴定，但这种鉴定只能看作是有辅助作用而不是决定性的。2.4红外光谱解析-官能团特征吸收指纹区4000-2500cm-1:X-H单键的伸缩振动区；2500-2000cm-1:叁键和累积双键伸缩振动区；2000-1550cm-1:双键伸缩振动区；1550-600cm-1:弯曲振动，C-C、C-O、C-N等伸缩振动。2.4红外光谱解析-官能团特征吸收2.4红外光谱解析-官能团特征吸收常见官能团的特征吸收频率TypeofvibrationFrequency(cm-1)intensityC-H烷基伸缩3000-2850sC-H烷基-CH3弯曲1450,1375mC-H烷基-CH2-弯曲1465mC-H烯烃伸缩3100-3000mC-H烯烃面外弯曲1000-650sC-H芳烃伸缩3150-3050sC-H芳烃弯曲960-690sC-H炔烃伸缩3300sC-H醛类伸缩2900-2800m2.4红外光谱解析-官能团特征吸收常见官能团的特征吸收频率TypeofvibrationFrequency(cm-1)intensityC=C烯烃伸缩1680-1600m-wC=C芳烃伸缩1600,1475m-wC≡C炔烃伸缩2250-2100m-wC=O醛类伸缩1740-1720sC=O酮类伸缩1725-1705sC=O羧酸伸缩1725-1700sC=O酯类伸缩1750-1730sC=O酸酐伸缩1810、1760sC=O氯酰基伸缩1800s2.4红外光谱解析-官能团特征吸收常见官能团的特征吸收频率TypeofvibrationFrequency(cm-1)intensityC-O酯\醇\醚伸缩1300-1000sO-H醇\酚伸缩3650-3600mO-H氢键存在3400-3200mO-H羧酸伸缩3400-2400mN-H胺\酰胺类伸缩3500-3100mN-H胺\酰胺类弯曲1640-1550m-sC-N胺\酰胺类伸缩1350-1000m-sC=N亚胺\肟

1690-1640w-sC≡N腈

2260-2240m2.4红外光谱解析-官能团特征吸收常见官能团的特征吸收频率TypeofvibrationFrequency(cm-1)intensityN=O硝基伸缩1550,1350sS-H硫醇伸缩2550mS=O亚砜伸缩

1050sC-X氟化物伸缩1400-1000sC-X氯化物伸缩785-540sC-X溴\碘化物伸缩<667s2.4红外光谱解析-峰形与强度峰位、峰数与峰强（1）峰位

化学键的力常数k越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，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）。例１水分子（2）峰数

峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变化时，无红外吸收。（3）瞬间偶极矩变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；例2CO2分子2.4红外光谱解析-峰形与强度（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；2.4红外光谱解析-峰形与强度Thespectrumexhibitsatleasttwostronglyabsorbingpeaksatabout3000and1715cm-1forC-HandC=Ostretchingfrequencies,respectively.2.4红外光谱解析-峰形与强度2.4红外光谱解析-峰形与强度2.4红外光谱解析-峰形与强度Therefore,whileyoustudythespectra,takenoticeofshapesandintensities.Theyareasimportantasthefrequencyatwhichanabsorptionoccurs,andtheeyemustbetrainedtorecognizethesefeatures.Often,whenreadingtheliteratureoforganicchemistry,youwillfindabsorptionreferredtoasstrong(s),

medium(m),

weak(w),

broad,orsharp.2.4红外光谱解析-峰形与强度

总而言之，在分析红外谱图时，即要注意观察吸收峰的位置，同时还要注意观察吸收峰的形状和强度。只有综合考虑，才能准确判断吸收峰的归属。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否同时存在；2.4红外光谱解析-峰形与强度当我们分析一位置化合物谱图时，要重点关注为数不多的几个重要官能团的特征吸收是否存在。C=O,O−H,N−H,C−O,C=C,C≡C,C≡N特征吸收峰非常明显，而且能直接给出化合物的结构信息。不要试图去详细分析3000cm-1附近的C−H吸收峰归属，因为几乎所有的化合物都有这些吸收峰。分析一个未知化合物的基本步骤如下：2.4红外光谱解析-峰形与强度2.4红外光谱解析-解析步骤步骤一、不饱和度的计算

不饱和度

(英文名称:Degreeofunsaturation)，又称缺氢指数或者环加双键指数是有机物分子不饱和程度的量化标志，用希腊字母Ω表示。烃(CxHy)的不饱和度计算试计算C2H6、C3H6

、C6H6的不饱和度。014烃的含氧、氮、卤原子衍生物的不饱和度计算35912.4红外光谱解析-解析步骤不饱和度的应用：Ω=0，说明分子是饱和链状结构。Ω=1，说明分子中含有一个双键或一个环。Ω=2，说明分子中含有两个双键或一个三键；或一个双键和一个环；或两个环，以此类推…Ω≥4，说明分子中可能含有苯环。2.4红外光谱解析-解析步骤

TheC=Ogroupgivesrisetoastrongabsorptionintheregion1820−1660cm-1.Thepeakisoftenthestrongestinthespectrumandofmediumwidth.Youcan’tmissit.首先，判断是否含有羰基。步骤二、官能团的确定2.4红外光谱解析-解析步骤如果有羰基，再判断羰基所属的化合物类型羧酸IsO-Halsopresent？•Broadabsorptionnear3400−2400cm-1(usuallyoverlapsC−H)酰胺IsN−Halsopresent？•Mediumabsorptionnear3400cm-1;酯IsC−Oalsopresent？•strong-intensityabsorptionsnear1300−1000cm-1.酸酐TwoC=Oabsorptionsnear1810and1760cm-1.醛Isaldehyde(醛)C−Hpresent？•Twoweakabsorptionsnear2850and2750cm-1ontherightsideofthealiphatic（脂肪族）

C-Habsorptions酮Thepreceding（前面的）fivechoiceshavebeeneliminated（消除）.2.4红外光谱解析-解析步骤

如果不存在羰基，则判断是否含有其它官能团。醇或酚checkforO−H.•Broadabsorptionnear3400−3300cm-1.•ConfirmthisbyfindingC−Onear1300−1000cm-1.胺checkforN−H.•Mediumabsorption(s)near3400cm-1.醚checkforC−O•near1300−1000cm-1

(andabsenceofO−Hnear3400cm-1).2.4红外光谱解析-解析步骤

再判断分子中是否存在双键或芳环。•C=C

isaweakabsorptionnear1650cm-1.•Mediumtostrongabsorptionintheregion1600−1450cm-1;theseoftenimplyanaromaticring（芳环）.•Confirm（确认）

thedoublebondoraromaticringbyconsulting（查找）

theC−Hregion;aromaticandvinyl（乙烯基）

C−Hoccurstotheleftof3000cm-1(aliphatic（脂肪族）C−Hoccurstotherightofthisvalue).2.4红外光谱解析-解析步骤

判断三键、硝基的存在。•C≡Nisamedium,sharpabsorptionnear2250cm-1.•C≡Cisaweak,sharpabsorptionnear2150cm-1.checkalsoforacetylenic（乙炔）

C−Hnear3300cm-1.•

Twostrongabsorptionsat1600-1530cm-1and1390−1300cm-1.Nitrogroups（硝基）Triplebonds2.4红外光谱解析-解析步骤红外谱图一般以1300cm-1为界：4000～1300cm-1：官能团区，用于官能团鉴定；1300～650cm-1：指纹区，用于鉴别两化合物是否相同。官能团区吸收峰大多由成键原子的伸缩振动而产生，与整个分子的关系不大，不同化合物中的相同官能团的出峰位置相对固定，可用于确定分子中含有哪些官能团。指纹区吸收峰大多与整个分子的结构密切相关，不同分子的指纹区吸收不同，就象不同的人有不同的指纹，可鉴别两个化合物是否相同。指纹区内的吸收峰不可能一一指认。2.4红外光谱解析-解析步骤2.4红外光谱解析—烷烃饱和烃C-H伸缩振动：对称伸缩振动（νs

）和反对称伸缩振动（νas），在3000-2800cm-1之间，νas较νs在较高频率。

C-H弯曲振动：1475-1300cm-1

，甲基的对称变形振动出现在1375cm-1处，对于异丙基和叔丁基，吸收峰发生分裂。C-C平面摇摆：800-720cm-1对判断-(CH2)n-的碳链长度有用，

n>4725,n=3729-726,

n=2743-734,n=1785-770C-C伸缩振动：1253-800cm-1,对结构发现作用不大。烷烃吸收峰2.4红外光谱解析—烷烃烃类Theinfrared（红外）spectrumofdecane(neatliquid,KBrplates)Theinfrared（红外）spectrumof1-hexene(neatliquid,KBrplates)癸烷1-已烯2.4红外光谱解析—烷烃十二烷(C12H26)2.4红外光谱解析—烷烃2-甲基戊烷(C6H14)2.4红外光谱解析—烷烃2－甲基已烷~1176cm-1:－CH-(CH3)2

弯曲振动;~1370cm-1，~1390cm-1:－CH-(CH3)2

弯曲振动吸收峰发生分裂;1176cm-1:－CH-(CH3)2

弯曲振动;1370cm-1，1390cm-1:－CH-(CH3)2

弯曲振动吸收峰发生分裂;2.4红外光谱解析—烷烃2.4红外光谱解析不饱和烃烯烃炔烃芳香烃烯烃双键的特征吸收2.4红外光谱解析—烯烃影响C=C伸缩振动吸收的因素对称性：对称性越高，吸收强度越低。取代基：与吸电子基团相连，振动波数下降。取代基的质量效应：双键上的氢被氘取代后，波数下降10-20厘米-1。共轭效应：使波数下降约30厘米-1

。=C-H的面外弯曲振动:

对判断双键的取代类型有用烯烃类型CH面外弯曲振动吸收位置（cm-1）R1CH=CH2995-985，910-905R1R2C=CH2895-885R1CH=CHR2(顺)730-650R1CH=CHR2(反）980-965R1R2C=CHR3840-7902.4红外光谱解析—烯烃a顺式CH面外弯曲振动730-650cm-1;b反式CH面外弯曲振动980-965cm-1;

顺式和反式2，2，5，5-四甲基己烯红外光谱2.4红外光谱解析—烯烃1-辛烯(C8H16)2.4红外光谱解析—烯烃1-癸烯(C10H20)2.4红外光谱解析—烯烃2.4红外光谱解析-炔烃炔键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。C-C叁键伸缩振动：2150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。腈类化合物，C≡N叁键伸缩振动出现在2300-2220厘米-1，波数比炔烃略高，吸收强度大。炔烃化合物1-己炔(C6H10)2.4红外光谱解析-炔烃1-辛炔(C8H14)2.4红外光谱解析-炔烃2-辛炔(C8H14)2.4红外光谱解析-炔烃3340cm-1:叁键C-H伸缩振动;3020cm-1:苯环=C—H伸缩振动;2115cm-1:C=C三键伸缩振动

;苯基乙炔2.4红外光谱解析-炔烃2.4红外光谱解析-腈正丁腈2.4红外光谱解析-丙二烯类丙二烯类---累积二烯烃两个双键共用中间碳原子，耦合强烈，1600厘米-1无吸收，在2000-1915厘米-1和1100-1000厘米-1附近有不对称和对称伸缩振动，两峰相距900厘米-1，前者为中强峰，后者为弱峰。芳香烃

2.4红外光谱解析-芳烃振动类型波数(cm-1)说明芳环C-H伸缩振动3050±50强度不定骨架振动1600，1500，1580（共轭）峰形尖锐C-H弯曲振动（面外）910~650随取代情况改变芳烃

芳香族化合物谱图中在900-690cm-1出现的C-H面外弯曲振动吸收峰和在2000-1667cm-1呈现泛频吸收峰，在分析苯环上的取代类型上具有重要作用。

2.4红外光谱解析-芳烃取代苯的C-H面外弯曲振动吸收峰位置

对判断苯环取代类型有用取代类型C-H面外弯曲振动吸收峰位置（cm-1）苯670单取代770-730，710-690二取代1，2-770-7351，3-810-750，710-6901，4-833-810三取代1，2，3-780-760，745-7051，2，4-885-870，825-8051，3，5-865-810，730-675四取代1，2，3，4-810-8001，2，3，5-850-8401，2，4，5-870-855五取代8702.4红外光谱解析-芳烃甲苯（C7H8）2.4红外光谱解析-芳烃2.4红外光谱解析-指纹区确定细节Theinfraredspectrumofstyreneandtoluene(neatliquid,KBrplates.)苯乙烯1630cm-1:C=C伸缩振动；1600，1580，1450cm-1:苯环骨架振动

2.4红外光谱解析-芳烃芳香烃的判断在3100-3000cm-1及1650-1450cm-1两个区域同时出现吸收峰是苯环存在的依据。观察900-650cm-1区域，判断苯环的取代形式。邻二甲苯(C8H10)2.4红外光谱解析-芳烃间二甲苯(C8H10)2.4红外光谱解析-芳烃对二甲苯(C8H10)2.4红外光谱解析-芳烃2.4红外光谱解析-醇、酚和醚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。

醚的特征吸收为C-O-C伸缩振动。开链醚的C-O-C反对称伸缩振动强吸收大都出现在1275-1010cm-1。饱和脂肪醚的吸收在1150-1060cm-1。基团吸收位置（cm-1）说明υO-H3650~3580（游离）3550~3450（二聚体）3400~3200（多聚体）3600-2500（分子内缔合）尖中强，较尖强，宽宽，散δC-O1050（伯）1100（仲）1150（叔）1200（酚）强，酚的吸收峰发生裂分，峰形特别δH-O1500~1250650面内弯曲，强，宽面外弯曲，宽2.4红外光谱解析-醇、酚和醚正丁醇3450cm-1：缔合O-H伸缩振动；1350cm-1：O-H面内弯曲振动2.4红外光谱解析-醇、酚和醚乙醇在CCl4中浓度变化对红外吸收的影响

羟基化合物的缔合现象非常明显。样品浓度越大，羟基伸缩振动越向低频率移动，在3400~3200cm-1出现一个又宽又强的峰。2.4红外光谱解析-醇、酚和醚苄醇（C7H8O）2.4红外光谱解析-醇、酚和醚苯酚(C6H6O)2.4红外光谱解析-醇、酚和醚2.4红外光谱解析-指纹区确定细节酚和醇中C-O和O-H键伸缩振动频率苯酚羰基化合物2.4红外光谱解析-羰基化合物醛酮羧酸、羧酸盐酸酐酯酰卤酰胺羰基化合物的C=O伸缩振动吸收峰位置

化合物类型吸收峰位置（cm-1）醛1735-1715酮1720-1710酸1770-1750酯1745-1720酰胺1700-1680（酰胺“I”峰）酸酐1820和17602.4红外光谱解析-羰基化合物醛氢伸缩振动：2820-2720厘米-1有尖锐的小吸收峰出现，不易混淆，极易识别。根据C=O伸缩振动2820厘米-1和2720厘米-1峰可以判断醛基的存在。醛2.4红外光谱解析-羰基化合物正丁醛

~2720cm-1:醛基C—H伸缩振动，特征；~1730cm-1：—C=O伸缩振动2.4红外光谱解析-羰基化合物正辛醛（C8H16O）2.4红外光谱解析-羰基化合物苯甲醛2.4红外光谱解析-羰基化合物讨论：羰基吸收峰的位置对官能团鉴定有特别重要的意义!①不同羰基的大致吸收位置：

②－I效应、环张力等使νC＝O波数升高；共轭效应使νC＝O波数降低2.4红外光谱解析-羰基化合物例：2-戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮的IR谱图2-戊酮（C5H10O）2.4红外光谱解析-羰基化合物2.4红外光谱解析-指纹区确定细节酮苯乙酮2.4红外光谱解析-羰基化合物苯乙酮(C8H8O)羧酸2.4红外光谱解析-指纹区确定细节羧酸和羧酸盐C=O的反对称伸缩振动，1650-1540，最强峰，对称伸缩振动，1420-1300，强峰2.4红外光谱解析-羰基化合物三氯乙酸由于氯原子吸电子诱导效应的影响，羰基伸缩振动位移到1754厘米-12.4红外光谱解析-羰基化合物2-甲基丙酸3300-2500cm-1：羧酸二聚体的O-H伸缩振动，峰形宽，散；1710cm-1：C=O伸缩振动2.4红外光谱解析-羰基化合物苯甲酸

3300-2500cm-1：羧酸二聚体的O-H伸缩振动，峰形宽，散；-1695cm-1：C=O伸缩振动，因与苯环共轭移向低波数；-920cm-1：O-H非平面摇摆振动；2.4红外光谱解析-羰基化合物乙酸铅-1550cm-1：-COO-反对称伸缩振动；-1405cm-1：-COO-对称伸缩振动；2.4红外光谱解析-羰基化合物酯C=Ostretchappearsinrange1750~1735cm-1fornormalaliphaticesters.C-Ostretchingabsorptionsappearintherangefrom1300~1000cm-1.Thetwomostcharacteristicfeaturesinthespectrumofanormalesterare:

2.4红外光谱解析-羰基化合物酯的特征吸收为羰基伸缩振动和C-O-C对称和反对称伸缩振动，后者是区分酯和其它羰基化合物的主要依据。2.4红外光谱解析-羰基化合物酯乙酸苯酯（C8H8O2）2.4红外光谱解析-羰基化合物乙酸甲酯-1740cm-1：C=O伸缩振动；-1190cm-1：C-O-C非对称伸缩振动，第一吸收

2.4红外光谱解析-羰基化合物2.4红外光谱解析-指纹区确定细节酸酐特征吸收是有两个羰基的对称1750厘米-1和反对称1800厘米-1伸缩振动，相差50厘米-1，反对称伸缩位于高频区，对称伸缩振动位于低频区。开链酸酐的高波数峰比低波数峰强，有张力的环状酸酐两峰的相对强度正好相反，强度差别比开链酸酐悬殊。2.4红外光谱解析-羰基化合物酸酐三甲基乙酸酐2.4红外光谱解析-羰基化合物卤素原子直接与羰基相连，强诱导效应使羰基的双键性增加，伸缩振动大大升高。脂肪族位于1800厘米-1附近。芳香酰卤此区双峰：1773厘米-1，1736厘米-1，由C=O键的伸缩振动和C-X的弯曲振动产生feimi共振引起。酰卤2.4红外光谱解析-羰基化合物C-X伸缩振动：脂肪族1000-910厘米-1，峰形宽大，芳香族1250-1110厘米-1，通常分裂为数个峰。C-X弯曲振动：1310-1040厘米-1酰卤2.4红外光谱解析-羰基化合物金刚烷酰氯2.4红外光谱解析-羰基化合物酰胺2.4红外光谱解析-羰基化合物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厘米-1（酰胺III峰）酰胺2.4红外光谱解析-羰基化合物丙酰胺（C3H7NO）2.4红外光谱解析-羰基化合物吡嗪酰胺（抗结核病药）2.4红外光谱解析-羰基化合物2.4红外光谱解析-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伸缩振动伯胺类3500-3300两个峰，强度中

仲胺类3500-3300一个峰，强度中

亚胺类3400-3300一个峰，强度中NH弯曲振动伯胺类1650-1590强度强，中

仲胺类1650-1550强度极弱C-N振动芳香胺伯1340-1250强度强

仲1350-1280强度强

叔1360-1310强度强

脂肪胺

1220-1020强度中，弱

1410强度弱丁胺(C4H11N)2.4红外光谱解析-胺、亚胺和胺盐丁胺(C4H11N)2.4红外光谱解析-胺、亚胺和胺盐

2-戊胺~1590cm-1NH2剪式振动；~1185cm-1：C-N伸缩振动

2.4红外光谱解析-胺、亚胺和胺盐二己胺

~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2.4红外光谱解析-胺、亚胺和胺盐

三乙胺

叔胺无N-H键，在高频区-3500cm-1无吸收。2.4红外光谱解析-胺、亚胺和胺盐2.4红外光谱解析-腈环戊基腈(C6H9N)2.4红外光谱解析-硝基化合物对称伸缩振动反对称伸缩振动(1390~1320cm-1)（1615~1540cm-1）

硝基化合物高分子化合物

2.4红外光谱解析-高分子化合物聚异戊二烯的红外光谱图1652cm-1:C=C伸缩振动；1438cm-1：甲基反对称变形振动和亚甲基剪式振动重叠；1369cm-1：甲基对称变形振动

400-2500cm-1:这是X-H单键的伸缩振动区。2500-2000cm-1:此处为叁键和累积双键伸缩振动区；2000-1500cm-1:此处为双键伸缩振动区；1500-600cm-1:此区域主要提供C-H弯曲振动的信息。红外光谱的分区2.4红外光谱解析-综述(甲)IR中官能团的吸收位置⑴

3700-3200cm-1:νN-H、νO-H

（νN-H波数低于νO-H，氢键缔合波数低于游离波数）⑵3300-2800cm-1：νC-H（以3000cm-1为界：高于3000cm-1为νC-H（不饱和）；低于3000cm-1为νC-H(饱和）2.4红外光谱解析-综述⑶-2200cm-1：νC≡N、νC≡C（中等强度，尖峰）⑷1900-1650cm-1：νC＝O

干扰少，吸收强，重要！酮羰基在-1715cm-1出峰⑸1650-1600cm-1：νC＝C(越不对称，吸收越强)2.4红外光谱解析-综述⑹1600、1500、1580、1460cm-1：ν苯环（苯环呼吸振动）⑺1500cm-1以下：单键区。

-1450cm-1：δCH2、δCH3；

-1380cm-1：δCH3

（诊断价值高）⑻1000cm-1以下，苯环及双键上C-H面外弯曲振动2.4红外光谱解析-综述苯环上五氢相连（单取代）：700、750cm-1

四氢相连（邻二取代）：750cm-1三氢相连（间二取代）：700、780cm-1

二氢相连（对二取代）：830cm-1

孤立氢：880cm-1

2.4红外光谱解析-综述(乙)解析IR谱图的原则解析IR谱图时，不必对每个吸收峰都进行指认。重点解析强度大、特征性强的峰，同时考虑相关峰原则。相关峰——由于某个官能团的存在而出现的一组相互依存、相互佐证的吸收峰。例如：若分子中存在羧基，则其IR谱图中应出现下列一组相关峰：

2.4红外光谱解析-综述2.4红外光谱解析-一般步骤

①化合物类型的判断：有机物和无机物②计算分子的不饱和度，根据不饱和度的结果推断分子中可能存在的官能团。——样品中有无双键、脂环、苯环？③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。官能团区：峰的位置？强度？——样品中有哪些官能团？2.4红外光谱解析-一般步骤

指纹区：有无诊断价值高的特征吸收？如：1380cm-1有峰？1000cm-1以下有峰？形状如何？双键的取代情况及构型？苯环上的取代情况？根据吸收峰的位置、强度、形状分析各种官能团及其相对关系，推出化合物的化学结构④其他信息：来源？合成方法？化学特征反应？物理常数？NMR、MS、UV谱图特征？——掌握的信息越多，越有利于给出结构式。⑤查阅、对照标准谱图，确定分子结构。

2.4红外光谱解析-例题例1：某化合物的分子式C6H14，红外谱图如下，试推测该化合物的结构。2.4红外光谱解析-解答从谱图看，谱峰少，峰形尖锐，谱图相对简单，可能化合物为对称结构。从分子式可看出该化合物为烃类，不饱和度的计算：Ω

=（6×2+2-14）/2=0表明该化合物为饱和烃类。由于1380cm-1的吸收峰为一单峰，表明无偕二甲基（两个甲基连在同一个亚甲基上）存在。775cm-1的峰表明亚甲基基团是独立存在的(若是4个（CH2）相连，应在724-722cm-1处有峰，未出现)。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。3000-2800cm-1:饱和C-H的反对称和对称伸缩振动（甲基:2960和2872cm-1，亚甲基:2926和2853cm-1）。1461cm-1:亚甲基和甲基弯曲振动（分别为1470cm-1和1460cm-1）。1380cm-1:甲基弯曲振动(1380cm-1)。775cm-1:乙基-CH2-的平面摇摆振动（780cm-1）。谱峰归属

2.4红外光谱解析-解答例2：试推断化合物C4H5N的结构2.4红外光谱解析-例题不饱和度计算：U=（4×2+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。由于分子中含N，可能分子中存在-CN基团。由红外谱图看：从谱图的高频区可看到:2260cm-1，氰基的伸缩振动吸收；1647cm-1

，乙烯基的-C=C-伸缩振动吸收。可推测分子结构为：由1865，990，935cm-1：表明为末端乙烯基。1418cm-1：亚甲基的弯曲振动（1470cm-1，受到两侧不饱和基团的影响，向低波数位移）和末端乙烯基弯曲振动（1400cm-1）。验证推测正确。2.4红外光谱解析-解答例3：试推测化合物C8H8O的分子结构。2.4红外光谱解析-例题不饱和度的计算U=（8×2+2-8）/2=5不饱和度大于4，分子中可能由苯环存在，由于仅含8个碳，因此分子应为含一个苯环一个双键。1610，1580，1520，1430cm-1：苯环的骨架振动（1600、1585、1500及1450cm-1）。证明苯环的存在。825cm-1：对位取代苯（833-810cm-1）。1690cm-1：醛基-C=O伸缩振动吸收（1735-1715cm-1，由于与苯环发生共轭向低波数方向位移）。2820和2730cm-1：醛基的C-H伸缩振动（2820和2720cm-1）。1465和1395cm-1：甲基的弯曲振动（1460和1380cm-1）。由以上信息可知化合物的结构为：2.4红外光谱解析-解答烯氢C=C伸缩振动C-H弯曲振动910的倍频CH2多于CH3CH2CH3CH3CH2例4：未知物分子式为C8H16，其红外图谱如下图所示，试推其结构。2.4红外光谱解析-例题解：不饱和度为1，具有一个烯基或一个环。在1642cm-1处有C=C伸缩振动吸收，可能是烯烃。3079cm-1处有吸收峰，存在与不饱和碳相连的氢，该化合物确定为烯；

910、993cm-1处C-H面外弯曲振动吸收说明该化合物有端乙烯基；1823cm-1的吸收是910cm-1吸收的倍频；

2928、1462cm-1的较强吸收和2951、1379cm-1的较弱吸收知未知物CH2多，CH3少；未知物为正构端取代乙烯，即1-辛烯。2.4红外光谱解析-解答例5：未知物分子式为C3H6O,其红外图如图所示，试推其结构。O-HC=C端烯oop=C-HC-O2.4红外光谱解析-例题例5：未知物分子式为C3H6O,其红外图如图所示，试推其结构。2.4红外光谱解析-例题由其分子式可计算出该化合物不饱和度UN=1。因分子式含氧，在3338cm-1

处又有吸收强、峰形圆而钝的谱带。因此该化合物必为一醇类化合物。再结合1028cm