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红外波谱解析

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红外光谱谱图解析完整版

红外光谱谱图解析完整版
双键伸缩振动区 (4)1500 670 cm-1
X—Y伸缩， X—H变形振动区
2020/4/1
2、确定分子官能团和基团的吸收峰
（1） X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） ① —O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；
中红外区： 远红外区：纯转动能 级跃迁，变角、骨架 振动；异构体、金属 有机物、氢键
2020/4/1
一、认识红外光谱图
2020/4/1
1、红外光谱图
峰强：Vs（Very strong）： 很强；s（strong）：强； m（medium）：中强； w（weak）：弱。 峰形：表示形状的为宽峰、尖峰 、肩峰、双峰等类型
变形振动 亚甲基
2020/4/1
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基：
对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1
变形振动 甲基
2020/4/1
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称 υas(CH3) 2960㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
二、解析红外光谱图
2020/4/1
一个未知化合物仅用红外光谱解析结构是十分困难的。一般在光谱解析
前，要做未知物的初步分析 红外光谱谱图的解析更带有经验性、灵活性。 解析主要是在掌握影响振动频率的因素及各类化合物的红外特征吸收谱
带的基础上，按峰区分析，指认某谱带的可能归属，结合其他峰区的相关 峰，确定其归属。
在此基础上，再仔细归属指纹区的有关谱带，综合分析，提出化合物的 可能结构。
必要时查阅标图谱或与其他谱（1H NMR，13C NMR，MS）配合， 确证其结构。
2020/4/1

有机波谱解析-第三章_红外光谱

有机波谱解析-第三章_红外光谱

由于红外光谱吸收强度受狭缝宽度、温度和溶剂等因素影 响，故不易精确测定，在实际分析中，只是通过与羰基等强吸 收峰对比来定性研究。
谱带强度与振动时偶极矩变化有关,偶极矩变化愈 基团极性 大，谱带强度愈大；偶极矩不发生变化，谱带强度为0， 即为红外非活性。 电子效应
红外吸收强度 偶极距变化幅度 振动偶合
伸缩振动（
as
）两种形式。
弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分
它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式。
为面内弯曲振动（）和面外弯曲振动（ ）两种形式，
+和-表示垂直于纸面方向的前后振动。
亚甲基的振动形式
三、分子振动与红外吸收峰的关系
理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相应 频率的红外光，在光谱图对应位臵上出现一个吸收 峰。实际上，因种种原因分子振动的数目与谱图中
纵坐标为： 百分透过率（%） 横坐标为： 波长（µ m）或波 数（cm-1）。
环戊烷
也可用文字形式表示为：2955cm-1(s)为CH2的反对称伸缩振动 (υasCH2),2870cm-1(m)为CH2的对称伸缩振动(υsCH2) 1458cm-1(m) 为CH2的面内弯曲振动(δ面内CH2),895cm-1(m)为CH2的面外弯曲振动 (面外CH2)
诱导效应大于共轭效应， C＝O 蓝移至 1735 cm-1
三、空间效应
（1）空间位阻 破坏共轭体系的共平面性，使共
轭效应减弱，双键的振动频率蓝移（增大）。
CH(CH3)2 O O O
CH3 CH3
CH3 CH(CH3)2
CH3
1663cm-1
1686cm-1
1693cm-1
（2）环的张力：环的大小影响环上有关基 团的频率。

红外光谱解析

红外光谱解析
organochem@
本章重点内容及其课后作业
本章重点内容: 本章重点内容: 1. 分子振动方式与红外光谱产生的条件; 分子振动方式与红外光谱产生的条件; 2. 伸缩振动频率与胡克定律,常见化学键的伸缩振动频 伸缩振动频率与胡克定律, 率的计算; 率的计算; 3. 分子结构与红外光谱的解析,各类有机物的特征红外 分子结构与红外光谱的解析, 吸收. 吸收. 课后作业 1. 阅读教材《有机化合物结构分析》邹建平等编著, 阅读教材《有机化合物结构分析》邹建平等编著, p52～86,熟悉各类有机化合物的特征红外吸收, p52～86,熟悉各类有机化合物的特征红外吸收,对能 说明有机物结构特点的吸收峰进行归属. 说明有机物结构特点的吸收峰进行归属. 2. 教材所附练习1,2,3,4,7,8,10,11,12,13应 教材所附练习1 10,11,12,13应 重点掌握,要求对说明化合物结构的吸收峰进行归属. 重点掌握,要求对说明化合物结构的吸收峰进行归属. 3. 预习核磁共振氢谱的相关内容. 预习核磁共振氢谱的相关内容.
organochem@
有机化合物标准谱图网站
网址:http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi网址:http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi
organochem@
organochem@
红外光谱解析示例
2000～ 2000～1600 cm-1以及789,687 cm-1的吸收峰说明苯 以及789, 环间位二取代; 环间位二取代; 所以分子中含有所以分子中含有-C6H5,-CN,与分子式C8H7N相比, CN,与分子式C 相比, 相差的结构,综上所述,该化合物可能间相差-CH3的结构,综上所述,该化合物可能间-甲基 苯腈. 苯腈. 与标准红外谱图对照可证实该化合物. 与标准红外谱图对照可证实该化合物.

红外IR波谱解析解表

红外IR波谱解析解表
醇和酚
3650~3600 cm-1
自由羟基O-H的伸缩振动，为尖锐的吸收峰
3500~3200 cm-1
分子间氢键O-H伸缩振动
1300~1000 cm-1
C-O伸缩振动
769~659 cm-1
O-H面外弯曲
醚特征吸收：1300~1000 cm-1的伸缩振动
脂肪醚
1150~1060 cm-1一个强的吸收峰
芳香醚
1270~1230 cm-1（为Ar-O伸缩）
1050~1000 cm-1（为R-O伸缩）
醛和酮
1750~1700 cm-1
C=O伸缩
2820，2720 cm-1
醛基C-H伸缩
1715 cm-1
强的C=O伸缩振动
羧酸
3300~2500 cm-1
C=O吸收
1720~1706 cm-1
C-O伸缩
920 cm-1
醛基
2820，2720和1750~1700 cm-1三个峰
烷烃
3000~2850 cm-1
C-H伸缩振动
1465~1340 cm-1
C-H弯曲振动
烯烃
3100~3010 cm-1
芳环上C-H伸缩振动
1675~1640 cm-1
C=C骨架振动
1000~675 cm-1
C-H面外弯曲振动
芳香化合物
在1600，1580，1500和1450 cm-1可能出现强度不等的4个峰。
C-Cl850-550 cm-1
C-Br690-515 cm-1
C-I600-500 cm-1
IR波谱解析
不饱和度＝NC+1+(NN-NH)/2
分析3300~2800 cm-1区域C-H伸缩振动吸收

红外光谱分析

红外光谱分析

(2)、 变形振动，又称变角振动 是指基团键角发生变 化而键长不变的振动 面内变形
H H C
剪式振动δ s
H
H C
变 形 振 动
面外变形
平面摆动ρ
H
H C
非平面摇摆ω
H
H C
扭曲振动τ
产生红外吸收的进一步条件
红外吸收光谱的选择定律 必须满足
– 只有振动过程中，偶极矩发生变化的那种振动方式才能吸收 红外，在红外光谱中出现吸收谱带，这种振动方式成为红外 活性 – 经典力学的解释： 分子吸收电磁波如果能引起振动，则振动自己也能发出电磁波； 因此振动过程必须有周期性的正负电荷分离（机械能-静电势 能转换）。
C C C C (700-1500 cm-1) C (1600-1800 cm-1) C (2000-2500 cm-1)
同一键连接的原子质量愈轻，其振动频率愈高
O-H(3600cm-1), O-D(2630cm-1)
价键振动引起的偶极矩变化愈大，吸收峰的强度愈大
C-C吸收较弱, C =O 吸收较强
各个波段的吸收光谱以及用途
• 红外波段的吸收 - 光子能量（频率）与化学键（机械）振动所需 能量接近(共振) - 分子光谱 （不是电子的跃迁！） • 微波波段的吸收 - 光子能量与分子的转动能量接近 - 也是分子光谱
微波炉，红外加热的原理分别来自于这里。 为什么没有紫外炉？可见光加热炉子？
可见光谱的测量方法
3N=平动自由度 +转动自由度 +振动自由度 振动自由度= 3N -平动自由度 -转动自由度 ）
对于任意形状 分子的平动自 由度示意图(有 3个平动自由度)
z
(a) y
y (b) x z x

红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析

红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析

υC=O 1715 cm-1
υC=O 1780 cm-1 υC=O 1650 cm-1
吸电子效应：高波数移动精；选课推件 电子效应：低波数移动
2.峰强 峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化。 偶极矩的变化越小，谱带强度越弱。
• 极性大的基团，吸收强度大。 C=O 比 C=C 强， CN 比 C C 强 使基团极性降低的诱导效应，吸收强度减小， 使基团极性增大的诱导效应，吸收强度增加。
2、电子效应
a. 诱导效应
b. 诱导效应使基团电荷分布发生变化，从而改变
了键的力常数，使振动频率发生变化.
O 例： R C X
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
精选课件
O
RCX
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
• 推电子基，C=O电荷中心向O移动，C=O极性增强， 双键性降低，低频移动； • 吸电子基， C=O电荷中心向几何中心靠近， C=O极 性降低，双键性增强，高频移动。
精选课件
H2O有3种振动形式，相应的呈现3个吸收谱带。
精选课件
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相等，才 能发生振动能级跃迁，产生吸收吸收光谱。
2. 只有引起分子偶极矩发生变化的振动才能产生 红外吸收光谱。
精选课件
1.6 IR光谱得到的结构信息
1 峰位：吸收峰的位置（吸收频率） 2 峰强： 吸收峰的强度
化学 键
C―C
C＝C
C≡C
键长 （nm）

红外（IR）谱图解析基础知识

红外（IR）谱图解析基础知识

红外谱图解析基础知识(一)、基团频率区和指纹区1、基团频率区中红外光谱区可分成4000 cm-1 ~1300（1800）cm-1和1800 （1300 ）cm-1 ~ 600 cm-1两个区域。

最有分析价值的基团频率在4000 cm-1 ~ 1300 cm-1 之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。

区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。

在1800 cm-1 （1300 cm-1 ）~600 cm-1 区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。

这种振动基团频率和特征吸收峰与整个分子的结构有关。

当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。

这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。

指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。

基团频率区可分为三个区域：（1）4000 ~2500 cm-1 X-H伸缩振动区，X可以是O、N、C或S等原子。

O-H基的伸缩振动出现在3650 ~3200 cm-1 范围内，它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。

当醇和酚溶于非极性溶剂（如CCl4），浓度于0.01mol. dm-3时，在3650 ~3580 cm-1 处出现游离O-H基的伸缩振动吸收，峰形尖锐，且没有其它吸收峰干扰，易于识别。

当试样浓度增加时，羟基化合物产生缔合现象，O-H基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移，在3400 ~3200 cm-1 出现一个宽而强的吸收峰。

胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100 cm-1 ，因此，可能会对O-H伸缩振动有干扰。

C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种。

饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以下，约3000~2800 cm-1 ，取代基对它们影响很小。

如-CH3 基的伸缩吸收出现在2960 cm-1和2876 cm-1附近；R2CH2基的吸收在2930 cm-1 和2850 cm-1附近；R3CH基的吸收基出现在2890 cm-1 附近，但强度很弱。

有机波谱解析红外

有机波谱解析红外
RCH=CHR
1653（中） 顺 1650（中） 反 1675（弱）
895-885强 730-650弱且宽
980-965强
三取代
1680（中-弱）
840-790强
四取代 无
四取代
1670（弱-无）
无
共轭烯烃
与烯烃同
向低波数位移，变宽
与烯烃同
吸收峰 振 动
化合物
炔烃
C-H拉伸（或 伸缩）
3310-3300 较强
有机波谱解析红外
3.1.2 近红外、中红外和远红外
波段名称 近红外 中红外 远红外
波长 μ 0.75—2.5
2.5－25 25－1000
波数（cm-1） 13300－4000
4000－400 400－10
3.1.3 红外光谱的表示方法
红外光谱是研究波数在4000-400cm-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：
1750-1680 2720
1770-1750（缔合时在1710） 气相在3550，液固缔合时在3000-2500 （宽峰）
1800 1860-1800 1800-1750 1735 1690-1650 3520，3380（游离）缔合降低100 2260-2210
说明
3.4 影响峰位置变化的因素
1500-400cm-1区域又叫指纹区. 这一区域主要是： C－C、C－N、C－O 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。
3.3.2 重要官能团的红外特征吸收
吸收 振
峰
动
化合物
烷烃
C-H拉伸（或伸缩） 2960-2850cm-1

波谱解析红外光谱

波谱解析红外光谱
2. 仪器的色散元件: 棱镜与光栅的分辨率不同。
四. 影响峰强的因素
1.峰强的表示方法:
纵坐标为百分透过率(T%), 横坐标为波数(ν, cm-1-); T%越大, 吸收峰越强; 峰强也可用摩 尔吸光系数(εa)表示:
T%=(I/I0 )×100% εa=1/(c×L)lg(T0/T) εa﹥100时, 很强峰(vs); εa=20~100时,强峰(s); εa=10~20时, 中强峰 (m); εa﹤1时,弱峰(w)
O
O
O
R C R' R C
C
1715
1690
1665
共轭效应使 电子离域，双键性 ，K
但在p-π共轭体系中,诱导效应与共轭效应常常同
时存在, 谱带的位移方向取决于哪一个作用占主
导地位, 例如,RCONH2、RCOR、RCOOR、 RCOCl中羰基的伸缩振动频率大小顺序。
共轭与诱导效应共存时的情况
(一). 内部因素
1.电子效应: 通过导致成键原子间电子杂
化状态与电子云分布发生 变化, 因而改变力常数而影 响相应谱带的位置。 (1).诱导效应(-I)一些极性共价键, 随着取代基电 负性的不同,电子密度发生变化, 引起键的振动谱带位移。
F>Cl>Br>I>OCH3>NHCOCH3>C6H6>H>CH3
*分子的能量: E分子=E移+E转+E振+E电子 E光子=hν光=ΔE振
*化学键的偶极矩与分子的偶极矩(μ): *红外光可分为三个区域:
近红外区（泛频区）: 12500-4000 cm-1 (波 数ν-);
中红外区（基本振动区） : 4000-400 cm-1 远红外区（转动区） : 400-25 cm-1

红外光谱的解析

红外光谱的解析

红外光谱解析步骤
准备工作 确定未知物的不饱和度
官能团分析
图谱解析
准备工作
1、了解样品的来源、外观和制样方法。 2、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。
确定未知物的不饱和度
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UN的经验公式 为： UN=1+n4+(n3-n1)/2 式中n4、n3、n1分别为分子中所含的四价 （C、Si）、三价（N、P）和一价（H、F、 Cl、Br、I）元素原子的数目。 二价原子 如S、O等不参加计算。
注： 与标准谱图核对，主要是对指纹区谱带 的核对。在对照标准谱时，红外光谱的测试 条件最好与标准谱图一致。
红外谱图解析实例
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。
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： UN=（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，表明无偕二甲基存在。775cm-1 的峰表明亚甲基基团是独 立存在的。因此结构式应为：
Analysis: C8H8O
解答
IUPAC Name: acetophenone
Analysis: C3H10NO
解答
IUPAC Name: N-methylacetamide (N-methylethanamide)
Analysis: C4H8O2
C8H16O2
C7H6O2
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。
图谱解析
图谱的解析一般程序是先官能团区， 后指纹区；先强峰后弱峰；先否定后肯定。 首先在官能团区搜寻特征伸缩振动， 再根据指纹区的吸收情况，进一步确认该 基团的存在以及与其它基团的结合方式。 最后再结合其它分析资料，综合判断分析 结果，提出最可能的结构式，然后用已知 样品或标准图谱对照，核对判断的结果是 否正确。

红外光谱分析

红外光谱分析

红外光谱分析红外光谱分析是一种重要的分析技术，广泛应用于化学、生物、材料等领域。

通过测量物质在红外光谱范围内的吸收和发射特性，可以得到物质分子的结构信息，实现物质的鉴定、定量分析和质量控制等目的。

本文将从红外光谱的基本原理、仪器设备、样品制备和数据解析等方面介绍红外光谱分析的相关知识。

一、基本原理红外光谱分析基于物质对红外辐射的吸收特性。

红外辐射是电磁波谱中的一部分，波长范围在0.78μm至1000μm之间，对应的频率范围在3000GHz至0.3THz之间。

物质分子由原子组成，原子核围绕电子运动，当受到外界的电磁波激发时，分子内部的键振动和转动将发生改变，导致物质吸收特定波长的红外辐射。

不同物质的分子结构和化学键在红外光谱图上表现出特征性的吸收峰，通过观察这些吸收峰的位置和强度可以确定物质的成分和结构。

二、仪器设备进行红外光谱分析需要使用红外光谱仪。

常见的红外光谱仪包括傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）和光散射式红外光谱仪（IR）。

FTIR光谱仪通过傅立叶变换技术将红外辐射转换为光谱图，具有高灵敏度和快速测量的优点，适用于定性和定量分析。

光散射式红外光谱仪则通过散射光信号进行检测，适用于固态样品和表面分析。

三、样品制备在进行红外光谱分析前，需要对样品进行适当的制备处理。

液态样品可以直接涂覆在透明吸收的样品基底上进行测试，固态样品通常需要将样品捣碎并与适当的载体混合后进行测试。

在取样和制备过程中需要避免空气和水分的干扰，避免发生氧化和水解反应，影响测试结果的准确性。

四、数据解析红外光谱分析得到的数据通常以吸收光谱图的形式呈现。

吸收光谱图的横轴表示波数或波长，纵轴表示吸收强度，吸收峰的位置和形状反映了物质的分子结构。

数据解析是红外光谱分析的关键步骤，需要借助专业的光谱库和软件进行分析和比对，以确定样品的成分和结构信息。

在实际应用中，红外光谱分析可用于鉴定有机化合物、无机物质、生物大分子等多种样品，广泛应用于医药、食品、环境、材料科学等领域。

波谱分析-第二章 (红外光谱)(1)

波谱分析-第二章 (红外光谱)(1)
例如：HCl，k = 5.1N· cm-1
v = 1303
5.1 (1 + 35.5) 1× 35.5
1/2 -1 cm = 2993
C—C C=C
k ~ 5 N· cm-1 k ~ 10 N· cm-1
= 1193 cm-1 = 1687 cm-1
C≡C
C—H
k ~ 15 N· cm-1
1/2
K (m1 + m2) 1 1/2 v = 1303 (K / u ) = m1m2 2πc
K:力常数，m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量数
吸收频率随键的强度的增加而增加，随键连原子的质 量增加而减少。化学键力常数：单键—4~8 双键— 8~12 叁键—12~18 利用实验得到的键力常数和计算式，可以估算各种类 型的基频峰的波数
四
五 六
λ
10-8
10-6 10
10-4 400 800
10-2
100
102 cm nm um
γ射 线
X射 线
紫 外 光
可 见 光
红外光 IR 微波
无线电波
1 cm = 107nm
1cm = 104um
通常的红外光谱频率在4000～625cm-1之间，正是一般 有机化合物的基频振动频率范围，可以给出丰富的结构信息： 谱图中的特征基团频率可以指出分子中官能团的存在；全部 光谱图则反应整个分子的结构特征。除光学对映体外，任何 两个不同的化合物都具有不同的红外光谱。
（二）简偕振动
分子是由各种原子以化学键相互连接而生成。可以用 不同质量的小球代表原子，以不同强度的弹簧代表各种化
学键，它们以一定的次序互相连接，就成为分子的近似机 械模型。这样就可以根据力学定理来处理分子的振动。

红外光谱谱图解析完整版

红外光谱谱图解析完整版

在判断存在某基团时，要尽可能地找出其各种相关吸收带，切不可仅 根据某一谱带即下该基团存在的结论。
同理，在判断某种基团不存在时也要特别小心，因为某种基团的特征
振动可能是非红外活性的，也可能因为分子结构的原因，其特征吸收变
得极弱。
（五）提出结构式
如果分子中的所有结构碎片都成为已知（分子中的所有原子和不饱和
—CH2—CO—CH2— 1715 cm-1 酮
—CH2பைடு நூலகம்CO—O—
1735 cm-1 酯
—CH2—CO—NH— 1680 cm-1 酰胺
2021/8/3
编辑版pppt
12
（四）从分子中减去己知基团所占用的原子，从分子的总不饱和度中 扣除已知基团占用的不饱和度。根据剩余原子的种类和数目以及剩余的 不饱和度，并结合红外光谱，对剩余部分的结构做适当的估计
2021/8/3
编辑版pppt
3000 cm-1 以上
18
（2） 叁键（C C）伸缩振动区（2500 2000 cm-1 ）
在该区域出现的峰较少； ①RC CH （2100 2140 cm-1 ）
RC CR’ （2190 2260 cm-1 ）
R=R’ 时，无红外活性
②RC N （2100 2140 cm-1 ）
度均已用完），那么就可以推导出分子的结构式。在推导结构式时，应
把各种可能的结构式都推导出来，然后根据样品的各种物理的、化学的
性质以及红外光谱排除不合理的结构。
2021/8/3
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（六）确证解析结果 按以下几种方法验证 1、设法获得纯样品，绘制其光谱图进行对照，但必须考虑 到样品的处理技术与测量条件是否相同。 2、若不能获得纯样品时，可与标准光谱图进行对照。当谱 图上的特征吸收带位置、形状及强度相一致时，可以完全确 证。当然，两图绝对吻合不可能，但各特征吸收带的相对强 度的顺序是不变的。 常见的标准红外光谱图集有Sadtler红外谱图集、Coblentz 学会谱图集、API光谱图集、DMS光谱图集。

红外光谱分析

红外光谱分析

红外光谱分析红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，与其它方法相比较，红外光谱由于对样品没有任何限制，它是公认的一种重要分析工具。

在分子构型和构象研究、化学化工、物理、能源、材料、天文、气象、遥感、环境、地质、生物、医学、药物、农业、食品、法庭鉴定和工业过程控制等多方面的分析测定中都有十分广泛的应用。

红外光谱可以研究分子的结构和化学键，如力常数的测定和分子对称性等，利用红外光谱方法可测定分子的键长和键角，并由此推测分子的立体构型。

根据所得的力常数可推知化学键的强弱，由简正频率计算热力学函数等。

分子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的或只在小波段范围内变化，因此许多有机官能团例如甲基、亚甲基、羰基，氰基，羟基，胺基等等在红外光谱中都有特征吸收，通过红外光谱测定，人们就可以判定未知样品中存在哪些有机官能团，这为最终确定未知物的化学结构奠定了基础。

由于分子内和分子间相互作用，有机官能团的特征频率会由于官能团所处的化学环境不同而发生微细变化，这为研究表征分子内、分子间相互作用创造了条件。

分子在低波数区的许多简正振动往往涉及分子中全部原子，不同的分子的振动方式彼此不同，这使得红外光谱具有像指纹一样高度的特征性，称为指纹区。

利用这一特点，人们采集了成千上万种已知化合物的红外光谱，并把它们存入计算机中，编成红外光谱标准谱图库，人们只需把测得未知物的红外光谱与标准库中的光谱进行比对，就可以迅速判定未知化合物的成份。

下面将对红外光谱分析的基本原理做一个简单的介绍。

红外吸收光谱是物质的分子吸收了红外辐射后，引起分子的振动- 转动能级的跃迁而形成的光谱，因为出现在红外区，所以称之为红外光谱。

利用红外光谱进行定性定量分析的方法称之为红外吸收光谱法。

红外辐射是在1800年由英国的威廉.赫谢(Willian Hersher) 尔发现的。

一直到了1903 年，才有人研究了纯物质的红外吸收光谱。

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各种化学键的红外吸收位置
外在因素（测定条件）
样品所处物态、制备样品的方法、溶剂的性质、氢键、 结晶条件、吸收池厚度、色散系统以及测试温度等
正己酸在液态和气态的红外光谱 a 蒸气（134℃）b 液体（室温）
质量效应
X-H 键的伸缩振动波数（cm-1）
化学键 C-H 波数（cm-1） 3000 化学键 F-H Cl-H Br-H I-H Si-H Ge-H Sn-H 波数（cm-1） 4000 2890 2650 2310 2150 2070 1850
4 10 波数（cm 1） 波长（）
E振
h 2
k


h 2
k (m1 m2 ) m1 m2
1 2c
1 2
k
k (m1 m 2 ) m1 m 2
k
质量效应
1 1 h E hc 2 2 2

常见术语
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
各种有机化合物的红外光谱
• • • • • • • • • 饱和烃 不饱和烃 醇、酚和醚 含羰基化合物 含氮化合物 其他含杂原子有机化合物 金属有机化合物 高分子化合物 无机化合物
υ υ
C=C
-1 1645cm -1 3017cm
-1 1610cm -1 3040cm
-1 1565cm -1 3060cm
=C
H
空间位阻
跨环共轭效应
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偶极场效应
• 偶极场效应（Field effect)是通过分子内空间相对位置 起作用的，只有在立体结构上互相靠近的基团之间才 能产生F效应，例如： • 环己酮 4，4-二甲基环己酮 2-溴-环己酮 4，4-二甲基-2-溴-环己酮
红外光谱
• • • • • 红外光谱的基本概念 红外光谱仪及样品制备技术 红外光谱与分子结构的关系 红外图谱解析 红外光谱的应用
红外光谱的基本概念
红外光谱的基本概念
红外光区分三个区段： 近红外区：0.75~2.5 m，13333~4000/cm, 泛音区（用于研究 单键的倍频、组频吸收） 中红外区：2.5~25 m，4000~400/cm, 基频振动区（各种基团 基频振动吸收） 远红外区：25 m以上， 转动区（价键转动、晶格转动）
• C=O
1712
1712
1716
1728
• -氯代丙酮的三个异构体的C=O 吸收频率不同
氢键效应
• 氢键使吸收峰向低波数位移，并使吸收强度加 强，例如： • - 和-羟基蒽醌 • -二酮 • -酮酯
振动耦合效应
• 当一个化学键的伸缩振动与另一个化学键的振动吸收 频率很接近时，就会发生振动偶合。振动偶合的结果 是吸收峰发生分裂，强度加强。 • 费米共振：一个化学键的某一种振动的基频和他自己 或另一个连在一起的化学键的某一种振动的倍频或组 频很接近时，可以发生偶合，这种偶合成为费米共振。 如： • -CHO的C-H伸缩振动2830~2695 • 与C-H弯曲振动1390的倍频2780 发生费米共振， 结果产生2820和2720二个吸收峰。
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红外光谱的吸收强度
红外吸收强度及其表示符号
摩尔消光系数（ε） 强度 符号
＞200
75~200 25~75 5~25 0~5
很强
强 中等 弱 很弱
VS
S M W VW
影响红外光谱吸收频率的因素
• 外在因素 • 内部因素
•
• • • • •
质量效应 电子效应 空间效应 氢键效应 偶极场效应 振动的偶合
10 （cm ） （m）
1
4
各种振动方式及能量
• 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 >
• •
高频区
s
> s 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.
振动自由度和峰数
• 含n个原子的分子，自由度为： 线性分子有 3n-5 个 非线性分子有 3n-6 个 理论上每个自由度在IR中可产生1个吸收峰，实际上IR 光谱中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 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
• 基频峰、倍频峰、合频峰、热峰
• 基频峰是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。V =0 V=1 • 倍频峰(2)是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后， 跃迁两个以上能基产生的吸收峰，出现在基频峰波数n 倍处。2 为弱吸收。 • 合频峰是在两个以上基频峰波数之和(组频 1+ 2)或 差(1 - 2处出现的吸收峰。合频峰均为弱峰。 • 热峰来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰。
(-I +C)
ArCO-SR 1665
(+C > -I)
R1COR2 1715
(-I > +C) (+C > -I)
共轭效应:共轭效应使不饱和键的波数显著降低
空间效应：环张力，
环张力对红外吸收波数的影响:
环数减小，环的张力增大，环外双键加强，吸收频率增大， 环内双键减弱，吸收频率减小
H H H
X H 2 X D
电子效应
诱导效应、中介效应、和共轭效应
• 诱导效应
诱导效应
诱导效应：RCOR中极性基团的取代使C=O 移向高波数
化合物 RCHO RCOR
1715
RCOCl
1800
RCOF
1920
ClCOCl
1828
FCOF
1928
C=O
1713
共轭效应：使C=O 移向低波数 R-CH=CH2
CH3CN
RCOOR
(C2H5)2C=C(CN)COOC2H5
C=C 1650 C=N 2255 C=O 1735 C=C 1629 , C=N
2224,
C=O
1727
中介效应
OR C NHR O
+ N HR R C
• 在许多情况下，诱导效应和共轭效应会同时存 在:
• C=O RCOOR 1735 R1CO-NR2 1690 RCOS-Ar 1710
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红外光谱仪及样品制备技术
• 色散型红外光谱仪 • 傅立叶变换红外光谱仪（FTIR） • 红外样品的制备
色散型红外光谱仪
傅立叶变换红外光谱仪
迈克逊干涉仪
干涉图
FTIR光谱仪的优点
• 扫描速度快（几十次 / 秒），信号累加，信噪比提高 （可达60：1）。 • 光通量大，所有频率同时测量，检测灵敏度高，样品 量减少。 • 扫描速度快，可跟踪反应历程，作反应动力学研究， 并可与GC、LC联用。 • 测量频率范围宽，可达到4500~6cm-1 • 杂散光少，波数精度高，分辨率可达0.05/cm • 对温度、湿度要求不高。 • 光学部件简单，只有一个动镜在实验中运动，不易磨 损。
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影响红外光谱吸收强度的因素
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。 • 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=0 v=2 比 v=0 v=1 能阶大， 但几率小，吸收峰弱
C=C-H
Ar-H C C-H
3100-3000
3100-3000 3300
X H X D X D X H
m X mD m X mD m X mH m X mH
m X mH mD m X mD mH
2(m X 1) mX 2
将（mX+1）/（mX+2）近似为1，则上式可简化为：
红外光谱的测定方法
• 样品要求：干燥无水、浓度适当、多组分样要先分离 • 固体样品：溴化钾压片法 糊状法（加石蜡油 Nujol调成糊状) 溶液法（溶剂CS2, CCl4 ,CHCl3) 薄膜法 (高分子化合物） 液体样品：液膜法 溶液法（水熔液样品可用AgCl池子） • 气体样品：气体样品槽 返回
• 红外光谱的产生：
用波长2.5~25m,频率4000~400/cm的光波照射样品，引起分子内 振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱。
• 分子振动的类型
• 双原子分子振动
多原子分子振动
中红外区的频率常用波数 ν 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。波长和波数的 关系是：
二氧化碳的IR光谱
• •




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 2349
O=C=O

面内弯曲振动 667
O=C=O
面外弯曲振动 667
因此O=C=O的 IR光谱只有2349 和 667/cm 二个吸收峰
IR光谱得到的结构信息