15.4 常见有机化合物的红外光谱

各类化合物的红外光谱特征讲解红外光谱是一种广泛应用于化学、生物、材料科学等领域的分析技术，通过检测样品吸收或散射的红外辐射来获取样品的结构信息。

不同类型的化合物在红外光谱中表现出不同的特征，下面将分别讲解有机化合物、无机化合物和生物大分子的红外光谱特征。

1.有机化合物有机化合物在红外光谱中显示出多个特征峰，主要包括C-H伸缩振动和C=O伸缩振动。

C-H伸缩振动出现在2800-3000 cm-1的范围内，不同类型的C-H键有不同的峰位，例如烷基的C-H伸缩振动通常在2850-3000 cm-1之间，而芳香族的C-H伸缩振动在3000-3100 cm-1之间。

C=O伸缩振动出现在1650-1800 cm-1的范围内，不同类型的C=O键有不同的峰位，酮和醛的C=O伸缩振动通常在1700-1750 cm-1之间，羧酸的C=O伸缩振动在1700-1725 cm-1之间。

除了C-H伸缩和C=O伸缩振动，有机化合物还表现出其他特征峰。

N-H伸缩振动通常出现在3100-3500 cm-1之间，-O-H伸缩振动通常出现在3200-3600 cm-1之间。

C-C键伸缩振动和C-C键弯曲振动出现在1200-1700 cm-1之间，其峰位和强度可以提供有关分子结构和取代基的信息。

2.无机化合物无机化合物的红外光谱特征主要来自于它们的晶格振动。

晶体振动通常发生在低频区域，比如300-400 cm-1之间的范围。

晶体振动提供了关于化学键的存在和类型的信息，比如金属-氧化物和金属-氮化物的化学键常常表现出特征峰。

此外，一些无机离子的拉曼活动频率也可以通过红外光谱观察到。

3.生物大分子生物大分子包括蛋白质、核酸和糖类等，它们在红外光谱中显示出独特的特征。

蛋白质和核酸的红外光谱特征主要来自于其各种化学键的振动。

蛋白质中的肽键C=O伸缩振动通常在1650-1675 cm-1之间，背景中峰位较强。

糖类的伸缩振动一般在1000-1200 cm-1之间，不同类型的糖类有不同的峰位和强度。

各类有机化合物红外吸收光谱σ伸缩振动，δ面内弯曲振动，γ面外弯曲振动一、烷烃饱和烷烃IR 光谱主要由C-H 键的骨架振动所引起，而其中以C-H 键的伸缩振动最为有用。

在确定分子结构时，也常借助于C-H 键的变形振动和C-C 键骨架振动吸收。

烷烃有下列四种振动吸收。

1、σC-H 在2975—2845cm -12、δC-H 在1460cm -1和1380cm -1于甲基C-H 的σs 。

1380cm -1峰对结构敏感，1380cm -1-1。

异丙基1380cm -1叔丁基1380cm -1裂分1395cm -1、1370cm -1-1、1200cm -1附近出现两个中等强度的骨架振动。

3、σC-C4、γC-H CH 2 二、烯烃C=C-H 键的变形振动所引起。

烯烃分子主要有1、σC=C-H -1以上，末端双键氢在3075—3090cm -1有强2、σC=C C=C 吸收峰的位置有所不同，强度也发生变化。

3、δC=C-H 烯烃双键上的C-H 键面内弯曲振动在1500—1000cm -1，对结构不敏感，用途较少；而面外摇摆振动吸收最有用，在1000—700cm -1范围内，该振动对结构敏感，其吸收峰特征性明显，强度也较大，易于识别，可借以判断双键取代情况和构型。

RHC=CH 2995~985cm -1（=CH ，S ）915~905cm -1（=CH 2，S ）R 1R 2C=CH 2895~885cm -1（S ）（顺）-R 1CH=CHR 2~690cm -1（反）-R 1CH=CHR 2980~965cm -1（S ）C=CH 2R 1R 2C=CHR 3840~790cm -1（m ） 三、炔烃在IR 光谱中，炔烃基团很容易识别，它主要有三种特征吸收。

1、σ该振动吸收非常特征，吸收峰位置在3300—3310cm -1，中等强度。

σN-H 值与σC-H 值相同，但前者为宽峰、后者为尖峰，易于识别。

各类有机化合物红外吸收光谱σ伸缩振动,δ面内弯曲振动,γ面外弯曲振动一、烷烃饱和烷烃IR光谱主要由C-H键的骨架振动所引起,而其中以C-H键的伸缩振动最为有用;在确定分子结构时,也常借助于C-H键的变形振动和C-C键骨架振动吸收;烷烃有下列四种振动吸收;1、σC-H在2975—2845 cm-1范围,包括甲基、亚甲基和次甲基的对称与不对称伸缩振动2、δC-H在1460 cm-1和1380 cm-1处有特征吸收,前者归因于甲基及亚甲基C-H的σas,后者归因于甲基 C-H的σs;1380 cm-1峰对结构敏感,对于识别甲基很有用;共存基团的电负性对1380 cm-1峰位置有影响,相邻基团电负性愈强,愈移向高波数区,例如,在CH3F中此峰移至1475 cm-1;异丙基 1380 cm-1裂分为两个强度几乎相等的两个峰 1385 cm-1、1375 cm-1叔丁基 1380 cm-1裂分1395 cm-1、1370cm-1两个峰,后者强度差不多是前者的两倍,在1250 cm-1、1200 cm-1附近出现两个中等强度的骨架振动;3、σC-C在1250—800 cm-1范围内,因特征性不强,用处不大;4、γC-H 分子中具有—CH2n—链节,n大于或等于4时,在722 cm-1有一个弱吸收峰,随着CH2个数的减少,吸收峰向高波数方向位移,由此可推断分子链的长短;二、烯烃烯烃中的特征峰由C=C-H键的伸缩振动以及C=C-H键的变形振动所引起;烯烃分子主要有三种特征吸收;1、σC=C-H 烯烃双键上的C-H 键伸缩振动波数在3000 cm -1以上,末端双键氢在3075—3090 cm -1有强峰最易识别;2、σC=C 吸收峰的位置在1670—1620 cm -1;随着取代基的不同,σC=C 吸收峰的位置有所不同,强度也发生变化;3、δC=C-H 烯烃双键上的C-H 键面内弯曲振动在1500—1000 cm -1,对结构不敏感,用途较少；而面外摇摆振动吸收最有用,在1000—700 cm -1范围内,该振动对结构敏感,其吸收峰特征性明显,强度也较大,易于识别,可借以判断双键取代情况和构型; RHC=CH 2 995~985cm -1=CH,S 915~905 cm -1=CH 2,S R 1R 2C=CH 2 895~885 cm -1S顺-R 1CH=CHR 2 ~690 cm -1 反-R 1CH=CHR 2 980~965 cm -1S R 1R 2C=CHR 3 840~790cm -1 m三、炔烃在IR 光谱中,炔烃基团很容易识别,它主要有三种特征吸收;1、σ该振动吸收非常特征,吸收峰位置在3300—3310 cm -1,中等强度;σN-H 值与σC-H值相同,但前者为宽峰、后者为尖峰,易于识别;2、σ一般 键的伸缩振动吸收都较弱;一元取代炔烃 σ 出现在2140—2100 cm -1,二元取代炔烃在2260—2190 cm -1,当两个取代基的性质相差太大时,炔化物极性增强,吸收峰的强度增大;当 处于分子的对称中心时,σ 为红外非活性;C C H C C C C RC CH C C C CC=CH 23、σ炔烃变形振动发生在680—610 cm-1;四、芳烃芳烃的红外吸收主要为苯环上的C-H键及环骨架中的C=C键振动所引起;芳族化合物主要有三种特征吸收;1、σAr-H芳环上C-H吸收频率在3100~3000 cm-1附近,有较弱的三个峰,特征性不强,与烯烃的σC=C-H频率相近,但烯烃的吸收峰只有一个;2、σC=C芳环的骨架伸缩振动正常情况下有四条谱带,约为1600,1585,1500,1450 cm-1,这是鉴定有无苯环的重要标志之一;3、δAr-H 芳烃的C-H变形振动吸收出现在两处;1275—960 cm-1为δAr-H,由于吸收较弱,易受干扰,用处较小;另一处是900—650 cm-1的δAr-H吸收较强,是识别苯环上取代基位置和数目的极重要的特征峰;取代基越多,δAr-H频率越高,见表3-10;若在1600—2000 cm-1之间有锯齿壮倍频吸收C-H面外和C=C面内弯曲振动的倍频或组频吸收,是进一步确定取代苯的重要旁证;苯 670cm-1S 单取代苯 770~730 cm-1VS,710~690 cm-1S1,2-二取代苯 770~735 cm-1VS1,3-二取代苯 810~750 cm-1VS,725~680 cm-1m~S1,4-二取代苯 860~800 cm-1VS五、卤化物随着卤素原子的增加,σC-X 降低;如C-F1100~1000 cm-1；C-Cl750~700 cm-1；CC HC-Br600~500 cm-1；C-I500~200 cm-1;此外,C-X吸收峰的频率容易受到邻近基团的影响,吸收峰位置变化较大,尤其是含氟、含氯的化合物变化更大,而且用溶液法或液膜法测定时,常出现不同构象引起的几个伸缩吸收带;因此IR光谱对含卤素有机化合物的鉴定受到一定限制;六、醇和酚醇和酚类化合物有相同的羟基,其特征吸收是O-H和C-O键的振动频率;1、σO-H一般在3670~3200 cm-1区域;游离羟基吸收出现在3640~3610 cm-1,峰形尖锐,无干扰,极易识别溶剂中微量游离水吸收位于3710 cm-1;OH是个强极性基团,因此羟基化合物的缔合现象非常显着,羟基形成氢键的缔合峰一般出现在3550~3200 cm-1;1,2-环戊二醇顺式异构体 P47L CCl43633 cm-1游离,3572 cm-1分子内氢键;mol/L CCl43633 cm-1游离,3572 cm-1分子内氢键~3500cm-1分子间氢键;2、σC-O 和δO-HC-O键伸缩振动和O-H面内弯曲振动在1410—1100 cm-1处有强吸收,当无其它基团干扰时,可利用σC-O的频率来了解羟基的碳链取代情况伯醇在1050cm-1,仲醇在1125cm-1,叔醇在1200cm-1,酚在1250cm-1;七、醚和其它化合物醚的特征吸收带是C-O-C不对称伸缩振动,出现在1150~1060cm-1处,强度大,C-C骨架振动吸收也出现在此区域,但强度弱,易于识别;醇、酸、酯、内酯的σC-O吸收在此区域,故很难归属;八、醛和酮醛和酮的共同特点是分子结构中都含有C=O,σC=O 在1750~1680cm -1范围内,吸收强度很大,这是鉴别羰基的最明显的依据;临近基团的性质不同,吸收峰的位置也有所不同;羰基化合物存在下列共振结构：A BC=O 键有着双键性 强的A 结构和单键性强的B 结构两种结构;共轭效应将使σC=O 吸收峰向低波数一端移动,吸电子的诱导效应使σC=O 的吸收峰向高波数方向移动;α,β不饱和的羰基化合物,由于不饱和键与C=O 的共轭,因此C=O 键的吸收峰向低波数移动 σC=O 1685~1665cm -1 1745~1725cm -1苯乙酮 对氨基苯乙酮 对硝基苯乙酮 σC=O 1691cm -1 1677cm -1 1700cm -1σ 一般在2700~2900cm -1 区域内,通常在~2820 cm -1、~2720 cm -1附近各有一个中等强度的吸收峰,可以用来区别醛和酮;九、羧酸1、σO-H 游离的O-H 在~3550 cm -1,缔合的O-H 在3300~2500 cm -1,峰形宽而散,强度很大;2、σC=O 游离的C=O 一般在~1760 cm -1附近,吸收强度比酮羰基的吸收强度大,但由于羧酸分子中的双分子缔合,使得C=O 的吸收峰向低波数方向移动,一般在1725~1700 cm -1,如果发生共轭,则C=O 的吸收峰移到1690~1680 cm -1;3、σC-O 一般在1440~1395 cm -1,吸收强度较弱;C OH4、δO-H 一般在1250 cm-1附近,是一强吸收峰,有时会和σC-O重合;十、酯和内酯1、σC=O 1750~1735 cm-1处出现饱和酯σC=O位于1740cm-1处,受相邻基团的影响,吸收峰的位置会发生变化;2、σC-O一般有两个吸收峰,1300~1150 cm-1,1140~1030 cm-1十一、酰卤σC=O由于卤素的吸电子作用,使C=O双键性增强,从而出现在较高波数处,一般在~1800cm-1处,如果有乙烯基或苯环与C=O共轭,,会使σC=O变小,一般在1780~1740cm-1处;十二、酸酐1、σC=O 由于羰基的振动偶合,导致σC=O有两个吸收,分别处在1860~1800 cm-1和1800~1750 cm-1区域,两个峰相距60 cm-1;2、σC-O 为一强吸收峰,开链酸酐的σC-O在1175~1045 cm-1处,环状酸酐1310~1210 cm-1处;十三、酰胺1、σC=O 酰胺的第ⅠⅡⅢ谱带,由于氨基的影响,使得σC=O向低波数位移,伯酰胺1690~1650 cm-1,仲酰胺 1680~1655 cm-1,叔酰胺1670~1630 cm-1;2、σN-H一般位于3500~3100 cm-1,伯酰胺游离位于~3520 cm-1和~3400 cm-1,形成氢键而缔合的位于~3350 cm-1和~3180 cm-1,均呈双峰；仲酰胺游离位于~3440 cm-1,形成氢键而缔合的位于~3100 cm-1,均呈单峰；叔酰胺无此吸收峰;3、δN-H 酰胺的第Ⅱ谱带,伯酰胺δN-H位于1640~1600 cm-1；仲酰胺1500~1530 cm-1,强度大,非常特征；叔酰胺无此吸收峰;4、σC-N酰胺的第Ⅲ谱带,伯酰胺1420~1400 cm-1,仲酰胺 1300~1260 cm-1,叔酰胺无此吸收峰;十四、胺1、σN-H游离位于3500~3300 cm-1处,缔合的位于3500~3100 cm-1处;含有氨基的化合物无论是游离的氨基或缔合的氨基,其峰强都比缔合的OH峰弱,且谱带稍尖锐一些,由于氨基形成的氢键没有羟基的氢键强,因此当氨基缔合时,吸收峰的位置的变化不如OH那样显着,引起向低波数方向位移一般不大于100cm-1;伯胺 3500~3300 cm-1有两个中等强度的吸收峰对称与不对称的伸缩振动吸收,仲胺在此区域只有一个吸收峰,叔胺在此区域内无吸收;2、σC-N脂肪胺位于1230~1030 cm-1处,芳香胺位于1380~1250 cm-1处;3、δN-H 位于1650~1500 cm-1处,伯胺的δN-H吸收强度中等,仲胺的吸收强度较弱;4、γN-H位于900~650 cm-1处,峰形较宽,强度中等只有伯胺有此吸收峰;。

表15.1 典型有机化合物的重要基团频率（/cm-1）化合物基团X—H伸缩振动区叁键区双键伸缩振动区部分单键振动和指纹区烷烃—CH3asCH：2962±10（s）asCH：1450±10（m)sCH:2872±10（s)sCH:1375±5（s）—CH2-asCH：2926±10（s)CH：1465±20(m）sCH:2853±10（s)CH:2890±10(s)CH：～1340(w）烯烃CH:3040～3010（m)C=C:1695～1540(m）CH：1310～1295(m)CH：770～665(s)CH:3040～3010(m）C=C:1695~1540（w)CH:970~960（s)炔烃-C≡C-HCH：≈3300(m）C≡C:2270～2100(w)芳烃CH:3100～3000(变)泛频：2000～1667（w)C=C：1650～1430（m)2～4个峰CH:1250~1000（w) CH:910～665单取代：770～730(vs）≈700（s)邻双取代：770~735（vs)间双取代：810～750（vs）725～680（m)900～860（m)~对双取代:860～790(vs)醇类R-OHOH：3700~3200(变）OH：1410~1260(w）CO：1250～1000(s）OH：750~650(s）酚类Ar-OHOH：3705～3125（s）C=C:1650～1430(m）OH：1390～1315（m）CO:1335～1165(s)脂肪醚R-O—R＇CO:1230～1010（s）酮C=O：≈1715(vs)醛CH：≈2820,≈2720(w）双峰C=O:≈1725（vs）羧酸OH：3400～2500（m）C=O：1740~1690（m)OH:1450～1410（w)CO：1266～1205(m）酸酐C=O：1850～1880(s)C=O :1780～1740(s）CO:1170～1050（s)酯泛频C=O:≈3450(w)C=O:1770～1720(s)COC:1300～1000（s)胺-NH2NH2:3500~3300（m)双峰NH:1650～1590（s,m) CN（脂肪)：1220～1020（m,w)CN(芳香):1340～1250(s)—NHNH:3500～3300(m）NH:1650~1550(vw）CN(脂肪):1220～1020（m,w)CN（芳香)：1350~1280（s）酰胺asNH：≈3350(s）C=O：1680～1650(s)CN:1420~1400(m)sNH:≈3180（s)NH：1650~1250(s)NH2：750~600(m）NH：≈3270（s)C=O:1680～1630（s)NH+CN:1750~1515（m）CN+NH：1310～1200（m)C=O：1670～1630酰卤C=O：1810～1790（s）腈-C≡NC≡N:2260～2240(s)硝基化合物R—N02NO2：1565~1543(s)NO2:1385～1360(s）CN：920～800(m)Ar—NO2NO2：1550～1510(s）NO2:1365～1335(s)CN:860～840(s）不明：≈750(s)吡啶类CH：≈3030（w）C=C及C=N：1667～1430(m)CH：1175～1000（w）CH:910～665(s）嘧啶类CH：3060~3010(w)C=C及C=N：1580～1520(m）CH：1000~960(m）CH：825～775（m）＊表中vs，s,m,w，vw用于定性地表示吸收强度很强，强，中，弱，很弱。

红外--各类有机物的红外吸收峰各类有机化合物红外吸收光谱σ伸缩振动,δ面内弯曲振动,γ面外弯曲振动一、烷烃饱与烷烃ＩR光谱主要由C－H键得骨架振动所引起,而其中以C—Ｈ键得伸缩振动最为有用、在确定分子结构时,也常借助于Ｃ-Ｈ键得变形振动与C －C键骨架振动吸收。

烷烃有下列四种振动吸收。

1、σC－Ｈ在2975—2845cm-１范围,包括甲基、亚甲基与次甲基得对称与不对称伸缩振动2、δC—Ｈ在1460 cm—１与1380ｃm-1处有特征吸收,前者归因于甲基及亚甲基C—Ｈ得σａs,后者归因于甲基C—Ｈ得σｓ。

１380 cｍ—1峰对结构敏感,对于识别甲基很有用。

共存基团得电负性对１38０cm－1峰位置有影响,相邻F中此峰移至147５cm－1。

基团电负性愈强,愈移向高波数区,例如,在CH３异丙基1380 cm—1裂分为两个强度几乎相等得两个峰１３8５ｃm－1、１3７5 ｃm—1叔丁基1３80 cｍ—1裂分13９5 cm－1、1３7０ｃｍ－1两个峰,后者强度差不多就是前者得两倍,在１250 cm-1、１２０0 ｃｍ—1附近出现两个中等强度得骨架振动。

-１范围内,因特征性不强,用处不大。

３、σC-Ｃ在１250—８0０cm4、γC—H分子中具有—(CH2)ｎ—链节,n大于或等于4时,在72２ｃm－1有一个弱吸收峰,随着CH2个数得减少,吸收峰向高波数方向位移,由此可推断分子链得长短。

二、烯烃烯烃中得特征峰由C=C-H键得伸缩振动以及C=Ｃ-H键得变形振动所引起。

烯烃分子主要有三种特征吸收。

1、σC＝C-H烯烃双键上得Ｃ-H键伸缩振动波数在30０0cm-1以上,末端双键氢在３0７5—３0９0 cm-１有强峰最易识别。

2、σC=C 吸收峰得位置在1670—1６２０cm-１。

随着取代基得不同,σC=Ｃ吸收峰得位置有所不同,强度也发生变化。

３、δC烯烃双键上得C-H键面内弯曲振动在１500-100０ｃm—１,对结＝C—H构不敏感,用途较少;而面外摇摆振动吸收最有用,在1000—70０cm—1范围内,该振动对结构敏感,其吸收峰特征性明显,强度也较大,易于识别,可借以判断双键取代情况与构型。