红外光谱

(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区 (4)1200 670 cm-1 X—Y伸缩， X—H变形振动区
分子结构与吸收峰
1． X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-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；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
1660 cm -1
空间效应
空间效应：场效应；空间位阻；环张力
C H
3060-3030 cm-1 2900-2800 cm-1
1576cm-1 1611cm -1 1644cm - 1
C H2 C H2 C H2 C H2
1781cm -1 1678cm -1 1657cm -1 1651cm
-1
2.振动方程式（Hooke定律）
振
1 2 k

m1 .m2 m1 m2
式中：k — 化学键的力常数，单位为N.cm-1 μ — 折合质量，单位为 g
力常数k：与键长、键能有关：键能↑（大），键长 ↓(短)，k↑。
化学 键 C― C C＝ C C≡ C 键长 （nm） 0.154 0.134 0.116 键能 （KJ mol-1） 347.3 610.9 836.8 力常数 k（N.cm-1） 4.5 9.6 15.6 波数范围 （cm-1） 700～1200 1620～1680 2100～2600
O-C-O键伸缩振动 (1250-1050 cm-1)
基团吸收带数据
伸 缩 振 动
基团吸收 带数据
特 征 吸 收 带 （ 伸 缩 振 动 ） 指 纹 吸 收 带
含 氢 化 学 键
伸 缩 振 动 变 形 振 动
; ;
R-COH C=0 1730cm -1 ； R-COF C=0 1920cm-1 ;
F-COF
C=0 1928cm-1
;
R-CONH2 C=0 1690cm-1
;
ｂ．共轭效应
O O H3C C CH 3 C CH 3
O C CH 3
O C
1715 cm -1 1685 cm -1
1685 cm -1
巯基化合物中S－H伸缩振动 2600－2500 cm-1
2． 叁键（C C）伸缩振动区
（2500 1900 cm-1 ）
在该区域出现的峰较少； （1）RC CH （2100 2140 cm-1 ） RC CR’ （2190 2260 cm-1 ） R=R’ 时，无红外活性 （2）RC N （2100 2140 cm-1 ） 非共轭 2240 2260 cm-1
振动耦合
当两个振动频率相同或相近的基团相邻具有一公共原子时，由于一个 键的振动通过公共原子使另一个键的长度发生改变，产生一个“微扰”， 从而形成了强烈的振动相互作用。其结果是使振动频率发生感变化，一个 向高频移动，另一个向低频移动，谱带分裂。振动耦合常出现在一些二羰 基化合物中，如，羧酸酐。
Fermi共振
共轭 2220 2230 cm-1 仅含C、H、N时：峰较强、尖锐； 有O原子存在时；O越靠近C N，峰越弱；
3． 双键伸缩振动区（ 1900 1200 cm-1 ）
（1） RC=CR’ 1620 1680 cm-1 强度弱， R=R’（对称）时，无红外活性。 （2）单核芳烃 的C=C键伸缩振动（1626 1650 cm-1 ）
4. X—Y，X—H 变形振动区 < 1650 cm-1
指纹区(1350 650 cm-1 ) ,较复杂。
C-H，N-H的变形振动；
C-O，C-X的伸缩振动； C-C骨架振动等。精细结构的区分。 顺、反结构区分；
C-H键弯曲振动区 (1500-1350 cm-1)
C-O键伸缩振动 (1300-1000 cm-1)
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
1
基频峰
分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（=0）跃迁至第一振动激发态 （=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。因为△=1时，L=，所以 基 频峰的位置（L）等于分子的振动频率。
倍频峰
在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态 =0）跃迁至 第二激发态（ =2）、第三激发态（ =3），所产生的吸收峰称为倍频 峰。
电子能
+
Ev
振动能
+
Er
转动能
紫外光谱 可见光谱
红外光谱 所需能量较低，波长较长
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：
I T % 100 % I0
红外光谱
(infrared spectroscopy 缩写为IR)
近红外区: 12500-4000 cm-1 (0.8-2.5 μm) 中红外区: 4000-400 cm-1 (2.5-25 μm)
远红外区: 400-10 cm-1 (25-1000 μm)
分子的总能量由以下几种能量组成：
电子自旋 微波波谱 E总 = Ee
当一振动的倍频与另一振动的基频接近时，由于发生相互作用而产生 很强的吸收峰或发生裂分，这种现象称为Fermi共振。
仪器类型与结构
两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
傅里叶变换红外光谱仪结构框图
干涉仪 样品室 检测器 显示器 光源 计算机
绘图仪
干涉图
FTS
光谱图
傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点
O R F R
O Cl R
O OR' R
O OH R
O H
O R R'
O R R'O
O R
O NH2
丁醛
丁酮
丙酸
丁酰氯
丁酸酐
乙酰胺
对硝基氯苯
脂肪族硝基化合物， 1580－1540 cm-1, 1380-1340 cm-1 芳香族硝基化合物， 1550－1500 cm-1, 1360-1290 cm-1
氢键效应
(分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产生极明显影 响，使伸缩振动频率向低波数方向移动．
O R
H NH R
C=O 伸缩 N-H
游离 氢键
伸缩
N-H 变形
-1 -1 1690 cm 3500 cm 1620-1590
HN H O
H O O C H3C O-H 伸缩
1650 cm-1 3400 cm-11650-1620
化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量 越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数 区。
一些常见化学键的力常数如下表所示：
键型 O H N H
-1
C H 5.9
C H 5.1
C H C N C C C O C C C O C C 4.8 17.7 15.6 12.1 9.6 5.4 4.5
—CH2—CO—O—
—CH2—CO—NH—
1735 cm-1
1680 cm-1
酯
酰胺
红外光谱信息区
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 670 cm-1 依据基团的振动形式，分为四个区： (1)4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S） (2)2500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区
活 泼 氢 不 饱 和 氢 饱 和 氢 三 键 双 键
Ｏ－Ｈ Ｎ－Ｈ Ｐ－Ｈ Ｓ－Ｈ Ｃ－Ｈ Ａr－Ｈ ＝Ｃ－Ｈ －ＣＨ３ ＣＨ２ －ＣＨ Ｃ Ｃ Ｎ Ｃ Ｒ２Ｃ＝Ｏ ＲＨＣ＝Ｏ Ｃ＝Ｃ Ｃ－Ｏ Ｃ－Ｎ Ｃ－Ｃ Ｃ－Ｃ－Ｃ Ｃ－Ｎ－Ｏ Ｈ－Ｃ＝Ｃ－Ｈ Ｒ－Ａr－Ｈ Ｈ－Ｃ－Ｈ
苯衍生物的C=C
苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出现 C-H和C=C键的面内 变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。
2000 1600
（3）C=O （1850 1600 cm-1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。
饱和醛(酮)1740-1720 cm-1 ；强、尖；不饱和向低波移动；
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。
制样方法
1）气体——气体池 2）液体： ①液膜法——难挥发液体（BP》80C）
②溶液法——液体池
C
不对称伸缩振动 (vas) (2926 cm-1)
(2)弯曲振动：
+ + + +
C
剪式振动(δ s) 面 内
C
面内摇摆振动 (ρ )
C
面外摇摆振动 (ω ) 面 外
C
扭式振动 (τ )
弯曲振动只改变键角,不改变键长
值得注意的是：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。 H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动 也不能引起红外吸收。
k /N.cm
7.7 6.4
折合质量μ ：两振动原子只要有一个的质量↓， μ ↓，(v)↑，红外吸收信号将出现在高波数区。
C H 2800-3000cm
-1
N H
O H
-1
3000-3600cm
例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为
9.6, 计算波数值。
1 k k 9.6 1 v 1307 1307 1650cm 2c 12 / 2