伸缩振动亚甲基课件

红外光谱红外光谱基本原理影响红外光谱吸收频率的因素各类化合物的红外特征光谱红外图谱解析一、红外光谱基本原理1、概述2、红外吸收光谱产生的条件3、分子中基团的基本振动形式4、红外吸收峰强度1、概述分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构近红外区14000-4000cm-1中红外区4000-400cm-1远红外区400-10cm-1

物质分子吸收红外线（中红外区、即基本振动-转动区）产生吸收光谱,主要是由于振动和转动能级跃迁引起的，因此红外吸收光谱又称振转光谱。红外光谱的表示方法纵坐标为吸收强度，透过率（T%）或吸光度（A）横坐标为吸收峰的位置。用波长λ（

m）或波数1/λ单位：cm-1可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。红外光谱图：应用：有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度；back2、红外吸收光谱产生的条件

满足两个条件：

a.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。

△E=E激

-E基

=△V×h×v，△V=±1

△V是振动光谱的跃迁选率，IR主要观察的是V=0→V=1的吸收峰，其振动频率等于红外辐射的频率，称为基频峰。势能势能

U=K(r-r0)2/2V=0V=1V=2

b.振动过程中必须是能引起分子偶极矩变化的分子才能产生红外吸收光谱。

对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图。

注意：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。

back3、分子中基团的基本振动形式分子的振动可以分为伸缩振动和弯曲振动两大类。（1）伸缩振动原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动称为伸缩振动，用符号表示。它又可以分为对称伸缩振动（s）和不对称伸缩振动（

as）。对同一基团，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。伸缩振动亚甲基：（2）变形振动（又称弯曲振动或变角振动）

基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动，用符号表示。变形振动又分为面内变形和面外变形振动。面内变形振动又分为剪式（以表示）和平面摇摆振动（以表示）。面外变形振动又分为非平面摇摆（以表示）和扭曲振动（以表示）。由于变形振动的力常数比伸缩振动的小，因此，同一基团的变形振动都在其伸缩振动的低频端出现。变形振动亚甲基：back4、红外吸收峰强度

a、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（非对称分子）b、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、峰强瞬间偶基距变化大，吸收峰强红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。一般地，极性较强的基团（如C=0，C-X等）振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）振动，吸收较弱。红外光谱的吸收强度一般定性地用很强（VS）、强（s）、中（m）、弱（w）和很弱（vw）等表示。按摩尔吸光系数的大小划分吸收峰的强弱等级，具体如下：非常强峰（vs）>100

强峰（s）20<<100

中强峰（m）10<<20

弱峰（w）1<<10

键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；GO二、影响红外光谱吸收频率的因素1）极性大的基团，吸收强度大2）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。3）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。4）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。5）氢键使参与形成氢键的化学键伸缩振动吸收显著增加。GO三、各类化合物的红外特征光谱饱和烃a)由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。b)C—C骨架振动明显c)CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在。n=1770~785cm-1（中）n=2740~750cm-1（中）n=3730~740cm-1（中）n≥722cm-1（中强）d)CH2和CH3的相对含量也可以由1460cm-1和1380cm-1的峰强度估算强度不饱和烃伸缩振动变形振动a)C-H伸缩振动(>3000cm-1)b)C=C伸缩振动(1680-1630cm-1)c)C-H变形振动(1000-700cm-1)面内变形（=C-H）1400-1420cm-1（弱）面外变形（=C-H）1000-700cm-1（有价值）炔烃化合物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：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。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。丙二烯类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身下厮守，两峰相距900厘米-1，前者为中强峰，后者为弱峰。芳香烃

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1650~1450峰形尖锐，通常为4个峰，但不一定同时出现C-H弯曲振动（面外）910~650随取代情况改变1600~2000cm-1倍频吸收，确定取代苯的重要旁证。1600~2000cm-1倍频吸收，确定取代苯的重要旁证。1600~2000cm-1倍频吸收，确定取代苯的重要旁证。1600~2000cm-1倍频吸收，确定取代苯的重要旁证。1600~2000cm-1倍频吸收，确定取代苯的重要旁证。取代苯的C-H面外弯曲振动吸收峰位置取代类型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870卤代烃（C-X）

随卤素原子量增加，C-X伸缩振动逐渐降低:

C-F1400~1100cm-1;C-Cl785~540cm-1;

C-Br650~510cm-1;C-I600~485cm-1

易受邻近基团影响，IR鉴定受到限制。醇、酚和醚基团吸收位置（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，有时发生裂分δH—O1500~1250650面内弯曲，强，宽面外弯曲，宽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。

羧酸及其衍生物1.O—H伸缩振动吸收峰：二聚体3000～2500cm-1；

2.C—H伸缩振动吸收峰：

3.C＝O伸缩振动吸收峰：1725～1700cm-1（脂肪族羧酸），1700～1680cm-1（芳香族羧酸）。

羧酸和羧酸盐CO2-的对称伸缩振动，1650-1540，最强峰，反对称伸缩振动，1420-1300，强峰CO2-的对称伸缩振动，1650-1540，最强峰，反对称伸缩振动，1420-1300，强峰酸酐1.C＝O伸缩振动：在1850～1780cm-1、1790～1740cm-1两处同时出现。

2.C—O—C伸缩振动：1300～1050cm-1（强吸收）。有两个羰基伸缩振动，相差60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。酰卤

1.卤素原子直接与羰基相连，强诱导效应使羰基伸缩振动大大升高。脂肪族位于1800厘米-1附近。2.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。3.C-X弯曲振动：1310-1040厘米-1酰胺1.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。2.羰基伸缩振动：1690-1620厘米-1（酰胺I峰）3.N-H弯曲振动+C-N伸缩振动：1650-1580厘米-1（酰胺II峰）4.C-N伸缩振动：1430-1050（酰胺III峰）不同酰胺吸收峰数据胺、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Back四、红外图谱解析

在定性分析过程中，除了获得清晰可靠的图谱外，最重要的是对谱图作出正确的解析。所谓谱图的解析就是根据实验所测绘的红外光谱图的吸收峰位置、强度和形状，利用基团振动频率与分子结构的关系，确定吸收带的归属，确认分子中所含的基团或键，进而推定分子的结构。简单地说，就是根据红外光谱所提供的信息，正确地把化合物的结构“翻译”出来。往往还需结合其他实验资料，如相对分子质量、物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱及质谱等数据才能正确判断其结构。红外光谱的分区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

红外图谱的解析步骤

1）准备工作在进行未知物光谱解析之前，必须对样品有透彻的了解，例如样品的来源、外观，根据样品存在的形态，选择适当的制样方法；注意视察样品的颜色、气味等，它们住往是判断未知物结构的佐证。还应注意样品的纯度以及样品的元素分析及其它物理常数的测定结果。元素分析是推断未知样品结构的另一依据。样品的相对分子质量、沸点、熔点、折光率、旋光率等物理常数，可作光谱解释的旁证，并有助于缩小化合物的范围。

2）确定未知物的不饱和度由元素分析的结果可求出化合物的经验式，由相对分子质量可求出其化学式，并求出不饱和度。从不饱和度可推出化合物可能的范围。不饱和度是表示有机分子中碳原子的不饱和程度。计算不饱和度的经验公式为：=1+n4+(n3-n1)/2式中n4、n3、n1分别为分子中所含的四价、三价和一价元素原子的数目。二价原子如S、O等不参加计算。

当计算得：当