红外吸收光谱

关于红外吸收光谱第一页，共九十七页，2022年，8月28日第二页，共九十七页，2022年，8月28日特点：A.任何固态、液态、气态样品均可进行IR测定，这是NMR、MS、UV等方法所不及的。B.每种化合物都有红外吸收，可获得丰富的信息，特别是官能团区的吸收，显示了化合物中官能团的存在。指纹区的吸收为结构鉴定提供了可靠依据。C.样品用量少。D.仪器价廉。第三页，共九十七页，2022年，8月28日第一节，基本知识（一）、红外光与红外光谱分子的总能量：

E分子=E电子+E平移+E振+E转

E平移：不引起偶极距变化，不产生吸收。E电子：电子跃迁--UV光谱E振、E转：相对能量小，用能量较低的红外区电磁波照射，分子能吸收该区的光子，从基态跃迁到激发态。用物质对红外光的吸收度或透射率对波长或波数作图，即获得IR谱图。第四页，共九十七页，2022年，8月28日

红外区处于UV-可见和微波区之间，是波长为0.8um-400um范围内的电磁辐射,可分为：a.近红外区：12500～4000cm-1，主要用于研究O-H、N-H、C-N键的振动培频与组频。b.中红外区：4000～400cm-1，主要用于大部分有机分子的振动基频，即常见的光谱。c.远红外区：400～25cm-1，转动光谱及重原子成键的振动第五页，共九十七页，2022年，8月28日（二）、红外光谱产生的基本条件：

1）E红外光＝ΔE分子振动或ν红外光＝ν分子振动

ν=×(单位HZ)μ＇=波数=1/λ=ν/C=×2）Δμ≠0

若Δμ=0，则该振动不产生红外吸收，为红外非活性振动。第六页，共九十七页，2022年，8月28日（三）、振动类型对称伸缩振动（νs）不对称伸缩

（νas）

以上振动，能量顺序如下：νas>νs>δi.p>δ

伸缩振动（ν）

弯曲振动（δ）面内弯曲振动(δi.p)面外弯曲振动（δ

）第七页，共九十七页，2022年，8月28日

振动类型第八页，共九十七页，2022年，8月28日（四）、吸收峰类型：a.基频峰b.倍频峰：分子吸收比原有能量大一倍的光子后，跃迁二个以上能级产生的吸收峰。其位置为基频峰波数的倍。强度仅为前者的十分之一到百分之一。c.组频峰：二个以上基频峰波数之和或差处出现的吸收峰，强度弱。倍频峰和组频峰统称为泛频峰。第九页，共九十七页，2022年，8月28日d振动偶合峰:当两个振动频率几乎相同基团同时连接在一个原子上时，则一个键的振动通过公用原子使另一个键的长度发生改变，从而形成强烈的振动相互作用，结果使原来的谱带分裂成两个峰，一个频率比原来的谱带高一点，一个低一点，这就称为振动偶合。例如:δs(CH3)

1380cm-1分裂成双峰(异丙基裂分)1370cm-1

1385cm-1

(1:1)

δs(CH3)

1380cm-1分裂成双峰(叔丁基裂分)1395cm-11368cm-1

(1:2)

第十页，共九十七页，2022年，8月28日第十一页，共九十七页，2022年，8月28日

e费米共振

由频率相近的泛频峰与基频峰相互作用，结果使泛频峰的强度大大增强并发生峰的裂分，得到高于和低于未偶合频率的两个吸收峰。

例如：醛基（-CHO）在2850cm-1

、2750cm-1双峰是由醛基C-H的弯曲振动δC-H1390cm-1的倍频峰2780cm-1和伸缩振动νC-H2800cm-1发生fermi

共振产生的。

第十二页，共九十七页，2022年，8月28日醛基的费米共振峰是区别酮、酸的有效方法。第十三页，共九十七页，2022年，8月28日（五）、吸收峰的强度P49吸收峰的强度常用百分透光率（T）表示：T%=I÷I0×100%IR用于定性时，其强度常指相对强度，用smw表示。第十四页，共九十七页，2022年，8月28日影响吸收峰强度的主要因素：P50a.振动过程中偶极距的变化：瞬间偶极距越大，吸收峰越强。而瞬间偶极距的大小取决于：

1).原子的电负性。2).振动形式。3).分子的对称性。4).其他。b.能级的跃迁几率。几率增加，峰强度增加。同一样品不同浓度，峰强不同。第十五页，共九十七页，2022年，8月28日（六）、影响峰位、峰强的因素1).电性效应a.诱导效应（-I、+I）：吸电子基团的诱导效应，常使吸收峰向高波数移动。=×1715cm-1

1800cm-1

1920cm-1C=O第十六页，共九十七页，2022年，8月28日b.共轭效应π-π共轭引起双键的极性增加，双键性降低，因而使其伸缩振动频率降低1715cm-11690cm-11665cm-1C=O第十七页，共九十七页，2022年，8月28日Ρ-π共轭：含孤对电子的原子，如：氧、氮、硫等可与相邻的不饱和基团共轭，此种效应能使不饱和基团的波数下降，而自身连接的化学键波数升高。第十八页，共九十七页，2022年，8月28日

注：当同一基团或元素的诱导效应和共轭效应相反，且它们同时存在时，要看哪一方占优势。

例如：P52诱导＞共轭C=O移向高波数诱导＜共轭C=O移向低波数第十九页，共九十七页，2022年，8月28日酯羰基1735cm-1酰胺羰基1658cm-1第二十页，共九十七页，2022年，8月28日2).立体因素包括空间障碍、场效应和环的张力等因素。a空间障碍 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破坏时，共轭体系也受到影响或破坏，吸收频率将移向较高波数。νC=O1663厘米-11693厘米-11686厘米-1第二十一页，共九十七页，2022年，8月28日b、场效应P52以环状α-卤代酮为例:νC=O1725cm-11730cm-11742cm-1

第二十二页，共九十七页，2022年，8月28日c环的张力环张力↑环外基团伸缩振动频率↑C=C1650cm-11657cm-11678cm-11781cm-1C=O1716cm-11745cm-11775cm-1第二十三页，共九十七页，2022年，8月28日环张力↑环内基团伸缩振动频率↓

C=C1639cm-11623cm-11566cm-11541cm-1

环丙烷中碳的四个键是不等性的：环内二个键各占17％“s”轨，可视作sp5

杂化键。环外二个键各占33％“s”轨，接近于sp2

杂化，“s”成分多于正常四价碳键，因此环丙烷的C-H键长比饱和烃的C-H键短，故其伸缩振动波数高至3030厘米-1。C-H3030cm-1第二十四页，共九十七页，2022年，8月28日3).质量效应由质量不同的原子构成的化学键，其振动波数不同。同族元素，随着质量增大，波数变小。第二十五页，共九十七页，2022年，8月28日4）氢键的因素氢键的形成，使相应基团振动频率↓，吸收强度↑。峰移动的幅度以O-H最大（～100厘米-1），N-H次之，S-H最小。类型：有分子内氢键和分子间氢键两种，前者不受溶质浓度的影响。第二十六页，共九十七页，2022年，8月28日OH3200-2500cm-1

宽、强、散C=O1710cm-1①分子内氢键（与浓度无关）：C=O（缔合）1622cm-1

（游离）1676cm-1

（游离）1675cm-1

1673cm-1

OH（缔合）2843cm-1

（游离）3615~3605cm-1②分子间氢键（与浓度有关）：第二十七页，共九十七页，2022年，8月28日第二十八页，共九十七页，2022年，8月28日6).样品物理状态的影响

同一样品在测定时若物理状态不同，吸收峰会发生不同程度的差异。固态样品晶型不同，其谱图常有较大差异。

7).溶剂及温度溶剂极性增加，极性基团的伸缩振动频率常降低。

5）费米共振和振动耦合第二十九页，共九十七页，2022年，8月28日思考题：1．红外光谱是（）A．分子光谱B．原子光谱C．吸收光谱D．电子光谱2．下面四种气体，不吸收红外光的有（）A．H2O

B．CO2

C．CH4

D．N2第三十页，共九十七页，2022年，8月28日

3．二氧化碳的基本振动形式如下：（1）对称伸缩振动（2）反对称伸缩振动（3）面内弯曲振动（4）面外弯曲振动，其中非红外活性的是A．（1）和（3）B．（1）C．（2）D．（3）E．（4）4．羰基化合物（1）R—CO—R，（2）R—CO—Cl，（3）R—CO—H，（4）R—CO—F中，C=O伸缩振动频率出现最高者为（）A．（1）B．（2））C．（3）D．（4）第三十一页，共九十七页，2022年，8月28日5．不考虑费米共振的影响，下列伸缩振动吸收峰最强的是A．C—HB．N—HC．P—HD．O—H6．在醇类化合物中，O—H伸缩振动频率随溶液浓度增加，向低波数方向移动的原因是A．溶液极性变大

B．形成分子间氢键随之增强

C．诱导效应随之变大

D．易产生振动偶合第三十二页，共九十七页，2022年，8月28日第二节、红外光谱的重要区段（一）、特征谱带区、指纹区及相关峰a.特征谱带区：是各官能团的特征吸收带，对官能团定性有重要意义。区段：4000～1300cm-1

特点：能反应化合物的共性，均能找到相应官能团；峰较强、峰数少、峰位置变化也小。第三十三页，共九十七页，2022年，8月28日b.指纹区

反应分子结构的微小变化，是与已知物对照鉴定的重要依据。区段：1300～650cm-1

特点：反应化合物的个性，谱带细密，受环境影响大。第三十四页，共九十七页，2022年，8月28日c.相关峰一种基团由于有数种振动形式，可产生多个吸收峰，它们间相互依存，相互佐证，故叫相关峰。

CH3νCH(as)

～2960cm-1 νCH(a)

～2870cm-1

δCH(as)～1470cm-1 δCH(a)～1380cm-1

另有“1380”的异丙基裂分和叔丁基裂分△红外光谱解析时应先特征，后指纹，牢牢抓住相关峰。第三十五页，共九十七页，2022年，8月28日第三十六页，共九十七页，2022年，8月28日（二）、红外光谱中的八个重要区段及特征第三十七页，共九十七页，2022年，8月28日红外光谱中的八个重要区段下列化合物在IR光谱中哪一段有吸收？各因什么振动类型引起？P60例2.7第三十八页，共九十七页，2022年，8月28日思考？第三十九页，共九十七页，2022年，8月28日3750～3000cm-1OH、NH伸缩振动区（1).OH固态、液态和浓溶液中，羟基常以缔合羟基为主。游离羟基仅在非极性稀溶液或气态中出现。(水3700～3500cm-1有干扰)特点：游离型，约在3650，瘦、尖，较强。缔合型，宽（胖），稀释后，向高波数移。八区段---第一区段(P61)表2-3第四十页，共九十七页，2022年，8月28日例如：第四十一页，共九十七页，2022年，8月28日第四十二页，共九十七页，2022年，8月28日（2）酚羟基与羧酸羟基酚羟基ν～3600，略低于游离羟基3650羧酸羟基，常以二聚、多聚体存在，在3200～2500cm-1处出现一个强而宽的峰，常与C-H峰重叠；但羧酸盐在此区段无吸收峰。第四十三页，共九十七页，2022年，8月28日（3）N-H3509-3300cm-1,较OH弱且尖锐伯胺:有as,s两种伸缩振动方式,有二个尖而中强的峰.

仲胺:一个吸收峰,但当有氢键时,出现二个峰,稀释后消失.叔胺没有吸收峰第四十四页，共九十七页，2022年，8月28日第四十五页，共九十七页，2022年，8月28日第四十六页，共九十七页，2022年，8月28日不饱和烃和芳烃C-H伸缩振动:3300-3000cm-1八区段---第二区段见67页表2-4第四十七页，共九十七页，2022年，8月28日区别不饱和与饱和烃的重要区域:

不饱和烃>3000cm-1饱和烃<3000cm-1

其中炔烃类：3300cm-1尖（无氢键）、强，容易识别芳烃：3030cm-1尖烯烃：3040-3010cm-1尖第四十八页，共九十七页，2022年，8月28日第四十九页，共九十七页，2022年，8月28日环丙烷由于张力较大，饱和C-H伸缩振动在3030左右。环内烯随着环张大而增大，=C-H波数升高，而环内双键的伸缩频率则随环张力增高而降低。例：三元环四元环五元环六元环

3080306030403017

第五十页，共九十七页，2022年，8月28日饱和烃C-H和醛基C-H伸缩振动区3000-2700（2970-2700）八区段---第三区段P68表2-5第五十一页，共九十七页，2022年，8月28日第五十二页，共九十七页，2022年，8月28日三键的伸缩振动区（2400-2100）特别常见的是2240-2190(芳腈）八区段---第四区段P71表2-6第五十三页，共九十七页，2022年，8月28日C≡C键伸缩振动峰①该区很少有其他峰干扰，故其特征性较强；峰形均较尖锐，强度是中到弱，位于2100厘米-1附近；共轭效应使其向低波数移动。②C≡C基处于分子末端时，如-C≡CH，由于对称性差，吸收峰较强；当分子完全对称时，跃迁不再有吸收峰。③结合≡C-H共同判断。④空气中CO2的不对称伸缩出现在2349厘米-1附近。第五十四页，共九十七页，2022年，8月28日第五十五页，共九十七页，2022年，8月28日腈类化合物C≡N：一个sp杂化键和二个p轨的电子所构成。2300～2220厘米-1，比C≡C键的波数略高，同时吸收峰较强。不过同炔并不是很容易区分的，除非具有炔氢（C≡CH）的炔，可借C-H峰识别之。除了νC≡N特征峰外，还应有X-C≡N的弯曲振动峰，出现在385－357cm-1区。第五十六页，共九十七页，2022年，8月28日第五十七页，共九十七页，2022年，8月28日请预测下列化合物有哪些主要的红外吸收峰？ P72123第五十八页，共九十七页，2022年，8月28日羰基（C=O）的伸缩振动区（1900－1650）八区段---第五区段P72第五十九页，共九十七页，2022年，8月28日含羰基的化合物,伸缩振动C＝O的偶极矩变化较大，吸收强烈，成为红外光谱中第一强峰。位置受周围环境影响而不同，影响因素有：电性效应（诱导，共轭）、氢键效应、环张力、场效应、立体因素等。VC＝O峰位的计算方法P74表2-8第六十页，共九十七页，2022年，8月28日双键的对称伸缩振动1680-1500cm－1在此区域主要是C=C、N=N、C=N的伸缩振动和芳环的骨架振动νC＝C

孤立双键1680-1620cm－1

在开链烯中，双键取代基的类型，即双键的对称程度，取代基的质量，电性和共轭等均引起波数变化八区段---第六区段P76表2-9第六十一页，共九十七页，2022年，8月28日（1）对称性：随着峰对称性下降，峰强度升高例强度比00.351顺反式异构体中对称性，反式>顺式,峰弱第六十二页，共九十七页，2022年，8月28日第六十三页，共九十七页，2022年，8月28日典型的芳环骨架振动在此区域有二组吸收峰第一组主峰:1625-1575cm-1(主要在1600±5cm-1)

副峰:1580cm-1(1600-1560)特点:较主峰弱，为苯环共轭的特征。第二组主峰:1500cm-1

副峰:1450cm-1

因此，1600、1580、1500之间看到2－3个峰，这个化合物的结构中很可能含有苯环。

芳环骨架振动(1600-1450cm-1)第六十四页，共九十七页，2022年，8月28日C-H弯曲振动(面内)1475-1300cm-1

八区段---第七区段P78表2-10第六十五页，共九十七页，2022年，8月28日异丙基和偕二甲基：1385，1370cm-1，强度似乎相等的双峰）叔丁基：1395，1365cm-1(二者差30)，且低波数比高波数强一倍。-CH2-δas(仅有δas无δs，1470-1430cm-1，与甲基不对称弯曲重叠）第六十六页，共九十七页，2022年，8月28日第六十七页，共九十七页，2022年，8月28日CO2,νas2349cm-1νs1340cm-1（不出现）

-COO-,νas1600cm-1νs1400cm-1-NO2,νas1600-1500cm-1νs1390-1300cm-1-SO2，νas1300cm-1νs1150cm-1νC-O：伯醇1050cm-1仲醇1100cm-1

叔醇1150cm-1酚1220cm-1-COOR，νC-O(酸部分)1300-1150cm-1νC-O(醇部分)1150-1000cm-1第六十八页，共九十七页，2022年，8月28日第六十九页，共九十七页，2022年，8月28日C-H弯曲振动（面外）1000-650cm-1提供：烯取代基及芳香环取代基的多少及位置

八区段---第八区段P81表2-12第七十页，共九十七页，2022年，8月28日双取代烯顺、反式的区别双取代烯顺、反式的主要区分是=CH面外弯曲振动峰反式δ：965cm-1，特点：位置变化范围窄，峰的强度与分子量成反比。顺式δ：690-720cm-1特点：位置变化比反式大，峰的相对强度弱。第七十一页，共九十七页，2022年，8月28日第七十二页，共九十七页，2022年，8月28日第七十三页，共九十七页，2022年，8月28日第七十四页，共九十七页，2022年，8月28日分子中-(CH2)n-，且n≥4时，在720-725cm-1处出现C-H面内摇摆振动（中-强），为长链化合物的特征。苷键为β-构型时，在890cm-1处出现糖的端基原子的δC-H吸收。而α-构型在840cm-1有吸收，可作为确定苷键构型的辅助手段。另外:第七十五页，共九十七页，2022年，8月28日芳香族化合物第七十六页，共九十七页，2022年，8月28日第七十七页，共九十七页，2022年，8月28日总结P85单取代苯环（五个相邻氢）：770～730（750）cm-1、710～690（695）cm-1，强峰邻二取代（四个相邻氢）：770～735（750）cm-1，强峰间位二取代：（三个相邻氢）810～750（780）cm-1，强峰

725～680（690）cm-1，中-强（单独的氢）：900～860cm-1，中对二取代（二个相邻氢）：860～800cm-1，强峰五取代（单独的氢）：900～860cm-1，强峰第七十八页，共九十七页，2022年，8月28日第七十九页，共九十七页，2022年，8月28日300020001000X-H伸缩振动(X:C,N,O,S)三键累积双键双键伸缩振动其它伸缩振动，弯曲振动游离OH~3600缔合OH~3300-NH23300~3500-NHR-CC-H~3300C=C-H~2960,CH3~2925,CH2~2870~2850-COH2820,2720-SH2600~2550-C-H~2885-CN~2240-CC-~2220-CC-H~2120>C=O~1715C=C~1630苯环~1600~1580~1500~1460-NO2~1550~1370~1460~1380-CH3~1470-CH2-C-O-C1300~1020C-OH伯仲叔酚苯指纹区COOH~3000第八十页，共九十七页，2022年，8月28日第三节、红外光谱解析要点及注意事项1.IR光谱的三要素——位置、强度、峰形在解析IR谱时，要同时注意红外吸收峰的位置、强度和峰形，吸收峰的位置无疑是红外吸收最重要的特点，但必须同时考虑到强度和峰形。

第八十一页，共九十七页，2022年，8月28日

强度：是指同一谱中各吸收峰的相对强度例：羰基化合物1680－1780cm-1有强吸收，若在该区域仅见到弱吸收峰，则不能说明该化合物含有羰基，而是说明该化合物存在羰基化合物的杂质。第八十二页，共九十七页，2022年，8月28日

吸收峰形：决定于官能团的种类，可辅助判断官能团。例：缔合OH，缔合NH2及≡C-H，它们的吸收峰位置略有差别，其主要差别在于峰形不同，缔合OH峰圆滑而钝，缔合NH2峰有一小或大的分岔，而≡C-H氢峰尖锐。总之，只有同时注意吸收峰的位置，强度，峰形，综合的与已知的谱图比较，才能得出较可靠的结论。第八十三页，共九十七页，2022年，8月28日2.同一基团的几种振动和相关峰是同时存在对任意一官能团而言，同时存在伸缩（as，s）和多种弯曲振动，因此，任何一官能团均会在不同区域显示出几个相关吸收峰，只有当几处位置出现吸收峰的地方都显示吸收峰时，方能得出该官能团存在的结论。第八十四页，共九十七页，2022年，8月28日例：甲基2960，2870，1460，1380cm-1都应有C-H的吸收峰。长链-CH2-2920，2850，1470，720cm-1都应出峰。酯应同时见到羰基吸收峰及C-O-C的吸收（1050－1300cm-1的两个吸收）同时注意各峰的位置，强度，峰形第八十五页，共九十七页，2022年，8月28日

1，根据分子式，计算未知物的不饱和度

2，根据未知物的红外光谱图按由简单到复杂的顺序找出官能团，拼凑结构，推算其合理性。

3，通过标准图谱验证解析结果的正确性

3、图谱解析的一般步骤第八十六页，共九十七页，2022年，8月28日不饱和度：u=1/2(2n4+2+n3-n1)例：计算C8H10O、C10H13NO的不饱和度第八十七页，共九十七页，2022年，8月28日图谱解析的注意事项

1，解析时应兼顾红外光谱的三要素：即峰位、强度、峰形。

2，先官能团区，后指纹区；先强峰后弱峰；先否定后肯定。

3，注意同一基团的几种振动吸收峰的相互映证。第八十八页，共九十七页，2022年，8月28日

4、图谱解析示例

例1.某化合物的分子式为C3H6O,测得IR光谱图如下，试推测其化学结构式?第八十九页，共九十七页，2022年，8月28日解（1）计算C3H6O不饱和度Ω=1，说明该化合物可能有一个双键，或一个环；（2）解析图谱

3325cm-1：强、圆滑而宽阔——ν-OH1026cm-1：νC-O，

1643cm-1：νC=C