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第二章红外光谱原理教材

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第二章_红外光谱(3)

第二章_红外光谱(3)

1第二章红外光谱(3)2第三节：红外光谱仪器简介¾3.1 色散型红外光谱仪¾3.2 Fourier 变换型红外光谱仪¾3.3 红外反射光谱与技术第四节：红外光谱与分子结构¾4.1 红外振动分类¾4.2 常见官能团的吸收频率¾4.3 影响基团频率的常见因素33.3 红外反射光谱与技术3.3.1 镜反射红外光谱对于那些吸收特别强烈或不透明表面上的覆盖物(如油漆和涂料), 可以用镜反射技术获得它们的光谱。

如下页图：第三节红外光谱仪简介4图2-17 镜反射红外光谱的光路图(a) 固定入射角(b) 可变入射角5镜反射又可分为固定入射角，可变入射角和掠角反射三种。

图2-18 掠角反射装置的光路图6下图为典型的反射红外光谱图，入射角越大，吸收越大，反射率越低。

图2-19 铝基质上700埃氧化硅不同入射角时的反射红外光谱73.3.2 衰减全反射红外光谱全称：Attenuated Total Reflectance IR Spectra ，简称ATR ，又叫内反射光谱（Internal Reflection Spectra ）。

什么是全反射？n sφθn p 8根据折射定律，sin θ/sin φ＝n s /n p当n p >n s 时，则有φ>θ, 即由光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角。

当θ增大到一定程度时，折射角达到90o ，则有sin θ＝n s /n p9即入射光束全部被反射，这种现象叫做全反射，发生全反射时的入射角叫临界角(Critical Angle)。

arcsin(/)c s p n n θ=10全反射现象不完全是在两种介质的界面上发生的，部分光要进入到样品介质一段距离后才被反射回来，在样品透光区，反射回来的光的能量与入射光几乎相同，但在样品的吸收区，则有部分光被吸收，使反射回来的光，能量发生衰减。

这就是衰减全反射光谱的来源。

第二章 红外吸收光谱(讲课)

第二章 红外吸收光谱(讲课)

6. IR光谱在化学领域中的应用
1. 分子结构基础研究 应用IR测定分子的键长、键角，以此推断出分子的立 体构型； 根据所得的力常数可以知道化学键的强弱，由简正频 率来计算热力学函数等。
2. 化学组成分析
根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物结构，依 照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。
第二章 红外吸收光谱
第一节 概述
1、 红外吸收光谱与紫外吸收光谱一样是一种分子吸收光谱。
红外光的能量（ E=0.05-1.0ev）较紫外光（ E=1-20ev） 低。红外光照射分子时不足以引起分子中价电子能级的跃迁， 而能引起分子振动能级和转动能级的跃迁，故红外吸收光谱 又称为分子振动光谱或振转光谱。
非线型分子振动自由度数目：3N-6个； 线性分子的振动自由度数目： 3N-5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 谱中的吸收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。
表 化学键的力常数
键 H-F 分子 HF k（×105dyn/cm） 9.7 4.8 4.1 键 H-C H-C C-C 分子 CH≡CH k（×105dyn/cm） 5.9 4.5-5.6 CH2=CH2 5.1
H-Cl HCl H-Br HBr
H-I
H-O H-O H-S H-N H-C
HI
H2 O 游离 H2 S NH3
1. 由虎克定律计算化学键振动频率
振
1 2
k
m

1

第2章红外光谱1

第2章红外光谱1
a . 空间障碍: 大基团或很多基团产生的位阻作用，迫使邻 近基团间的键角变小或共轭体系之间单键键角偏转，使 基团振动频率和峰形发生变化。
1663 cm-1 1686 cm-1 1693 cm-1
b. 环张力: 环的减小导致张力变大，环内键变弱，频率降低，环外的振动频率升高
B：多原子分子振动模型
多原子分子的振动要比双原子复杂，有3n-6（非线性分 子）或3n-5个振动（线性分子）自由度，对应于3n-6或 3n-5个振动，并不是每个振动都会产生红外吸收，只有偶极距 发生变化的振动才会产生红外吸收，这样的振动为红外活性振 动，振动过程中偶极距变化越大，吸收向高频移动，并且强度 增加。偶极距不发生改变的振动为红外非活性振动，不产生红 外吸收。 非极性的同核双原子分子如：O2，N2等无红外吸收
2.3. 红外光谱的吸收频率及其影响因素
化学键的振动频率不仅与其性质有关如成键原子的杂化方式，质量效应等，还受很多外部因素的影响。相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。影响因素有关： 1. 质量效应 2.电子效应 内在因素 3.空间效应 4.氢键 5.振动的偶合 外在因素
近红外区：12820 ~ 5000 cm-1 远红外区:400~33cm-1 中红外区：5000 ~ 400cm-1
2.1.1 红外光谱的产生
一个分子的总能量包括核能（En）、分子的平动能（Et）、电子能（Ee）、振动能（Ev）、和转动能（Er） E≈ En+ Et + Ee + Ev + Er 分子在辐射作用下能量的变化ΔE为 ΔE= ΔEe +ΔE v+ ΔEr
(1). O－H 醇与酚：游离态－－3640～3610cm-1，峰形尖锐中等强度 缔合－－3300cm-1附近，峰形宽而钝

波谱分析教程-第2章-红外光谱(IR)改PPT课件

波谱分析教程-第2章-红外光谱(IR)改PPT课件
第2章 红外光谱（IR）
• 本章内容与要求： • 介绍红外光谱法的原理，红外光谱仪和实验方法。
重点介绍红外吸收峰的位置、强度和形状与有机 物结构的关系及影响谱带位置和强度的因素。 • 掌握各种功能团的特征吸收，影响吸收峰位置的 因素，标准光谱利用中的注意事项，掌握红外光 谱谱图解析方法。了解FT-IR, Raman光谱等.
C=C
1650
CH3CN
C=N
2255
RCOOR
C=O
1735
(C2H5)2C=C(CN)COOC2H5 C=C 1629 , C=N 2224, C=O 1727
.
40
中介效应
R C NHR O
OR C N+HR
.
41
共轭效应:共轭效应使不饱和键的波数显著降低
.
42
• 在许多情况下，诱导效应和共轭效应会同时存 在:
.
21
4、红外光谱的选律
• IR选律：在红外光的作用下，只有偶极矩 ()发生变化的振动，即在振动过程中0 时，才会产生红外吸收。这样的振动称为红 外“活性”振动，其吸收带在红外光谱中可 见。在振动过程中，偶极矩不发生改变(＝ 0)的振动称红外“非活性”振动；这种振动 不吸收红外光，在IR谱中观测不到。如非极 性的同核双原子分子H2,N2，O2等 *偶极矩＝q·d
.
23
.
24
三、IR光谱得到的结构信息
• IR光谱表示法： 横坐标为吸收波长（m），或吸收频率（波数/cm） 纵坐标常用百分透过率T%表示
• 从谱图可得信息： 1 吸收峰的位置（吸收频率） 2 吸收峰的强度 ,常用 vs (very strong), s (strong),
m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) ,sh (sharp),v (variable) 表示 3 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)

第二章 红外光谱

第二章 红外光谱

2 . N-H（吸收强度比-OH弱，峰形较尖锐）
胺类： 游离——3500～3300cm-1 缔合——吸收位置降低约100cm-1 伯胺：3500，3400cm-1 仲胺：3400cm-1 叔胺：无吸收 酰胺：伯酰胺：3350，3150cm-1 附近出现双峰 仲酰胺：3200cm-1 附近出现一条谱带 叔酰胺：无吸收
远红外
25 - 1000
400 - 25
红外光谱是用频率4000~400cm-1(2.5~25m)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。也称振 - 转光谱。
波长和波数
电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：
二、红外光谱图
I T % 100 % I0
O R C R
O R C H
1715 cm-1
O C
C C
O C R
1665-1685
O
H
(CH3)2N
C
H
1730 CH3C≡N
2255
1690
1663 (CH3)2C=CH-C≡N
2221
同一化合物中，如果同时存在I效应和C效应，则影 响较大的效应决定吸收峰的位移方向
1735 -I＞+C
1680
能发生振动能级跃迁，产生吸收光谱。
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。
四、影响特征吸收频率的因素
分为内因（不可变化）和外因（可变）
（一）内部因素 1、电子效应 a. 诱导效应（I 效应）
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.
例：
O R C X
υOH ,υNH

第 二 章 红外光谱(PPT文档)

第 二 章 红外光谱(PPT文档)

O
O
C NH R NH C O R1 O n
异氰酸酯 O=C=N-R-N=C=O
H-O-R1-O-H 多元醇
O
O
CN R NC
+
-O-R1-O-
对反应过程的分析聚氨酯合成
4 对材料二级结构的分析
• 聚氨酯分子内氢键缔合的情况。
Hale Waihona Puke 温度对聚氨酯分子间氢键作用的影 响
ATR全反射光谱的原理
5. ATR（衰减全反射）法在聚合物鉴定中的 应用
-（CH2）nn
分子式为C6H8N2，其红外图如下图所示，试推 其结构。
2.2 红外谱图的制样方法
• 薄膜法 热压成膜 乳液干燥成膜 稀溶液成膜
• 制成（10-30um）的薄膜
薄膜厚度超过30um容易造成红外峰形模糊， 丢失信息
100 90 80 70 60 50 40
%T
30 20 10
• 悬浮法 把50mg样品与石蜡油及全卤代烃 混合、研成糊状，然后放在两片氯化钠晶 片中测量
2.3 红外光谱的应用
• 官能团定性及定量的分析 • 物质的鉴定 • 反应过程的分析 • 官能团的相互作用关系
实例1. 简单化合物鉴定 未知物分子式为C3H6O， 其红外图如下图所示，试推其结构。
1.由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1。
第二章 红外光谱
2.1 红外光谱特点
• 中红外区（基本振动－转动区）：波长 2.5～25μm，波数4000～400 cm-1，研究 应用最多的领域，其吸收主要是由分子的 振动能级和转动能级跃迁引起的。故IR光谱 又叫振转光谱。
分子的基本振动形式为：
对称伸缩振动 γs 伸缩振动
不对称伸缩振动γas 剪式振动δs

第二章：红外光谱R1

第二章：红外光谱R1

近红外光区（0.75 ~ 2.5 µ m）
由低能电子跃迁、含氢原子团（如O—H、N— H、C—H）伸缩振动的倍频吸收等产生的。
中红外光区（2.5 ~ 25 µ m）
绝大多数有机化合物的基频吸收带出现在该光 区。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动， 所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。
远红外光区 （25 ~ 1000 µ m）
1.4.2 电子效应
包括诱导效应和共轭效应，它们都是由于化 学键的电子分布不均匀引起的。
（1）诱导效应（I 效应）
由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导作
用引起分子中电子分布的变化。从而改变了键力常数，
使基团的特征频率发生了位移。
（2）共轭效应 （+ C 效应）
当双键之间以一个单键相连时，双键电子之间 发生共轭而离域，降低了双键的力常数，从而使双 键的伸缩振动频率（波数）降低，但吸收强度提高。
(3) 跨环效应：是一种特殊的空间电子效应。
HClO4
NH NH NH
ClO4
O
O
OH
1675 cm-1
3365 cm-1
（4）环张力：环外双键和环上羰基随着环的张力
增加，其频率（波数）也相应增加。
1.4.4 氢键
(1) 分子内氢键：使谱带大幅度向低频方向移动。
（2）分子间氢键：醇与酚的羟基，在极稀的溶液中 呈游离状态，在3650 ~ 3600cm出现吸收峰，浓度增 大，分子间形成氢键，υOH 向低波数方向移动至3515 cm-1（二聚体）及3350 cm-1（多聚体）。
合频峰：1+2、 21+2、 1+22
组 频
差频峰： 1-2、 21-2、 1-3

红外光谱解析PPT课件

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综上，该化合物为CH2=CHCH2OH.
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
(8)未知物分子式为C6H8N2，其红外图如下图所 示，试推其结构。
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
解：（1）不饱和度Ω=1+6+0.5（2-8）=4 3030.70cm-1，1592.66cm-1，1502.26cm-1的峰 表明含有苯环。
（3）3095cm-1，1649cm-1表明含有碳碳双键。
综上，可能为乙酸乙烯酯或丙烯酸甲酯。
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
(10) 分子式为 C6H14 ，红外光谱如下，试推其结构。
C
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
（1）不饱和度Ω=1+6+0.5（0-14）=0，所以 C6H14 为饱和烃。
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
解：（1）不饱和度Ω=1+4+0.5（0-8）=1 1740cm-1表示含有C=O。高频区没有出现宽的强 吸收峰，表明没有-OH，又因为1740cm-1的峰位 于相对高频峰。因此，该化合物为酯类化合物。
（2）3000~2800cm-1的峰为νCH(-CH3,-CH2-)， 1380cm-1处孤峰表明有孤立-CH3，1460cm-1说 明含有-CH2-。因此，含有孤立-CH3和
根据（2）得苯环结构和817cm-1强峰，表明该物 质为苯的对二取代物。
（4）1380cm-1的单峰和2920cm-1表明含有CH3，则不含有碳碳三键。
根据（4）和2217cm-1处强峰，显示含有碳氮三 键。
综上，该化合物为对甲基苯甲氰。
第二章 红外光谱
（4）推测C4H8O2的结构

第二章红外光谱 (1)

第二章红外光谱 (1)

2. 振动偶合
分子中如果两个基团相邻而且它们的振动频率相近时，会 发生相互作用，导致原有基团振动的频率、吸收强度发生 变化，这种相互作用称为振动偶合。
3. 费米共振
当倍频或组频与某种基频接近时，会发生相互作用而产生强 的吸收带或发生峰的裂分，这种相互作用称为费米共振。
费米共振
C--H C=O
图2.7 正戊醛的红外吸收光谱图
CH3 CH3CCH2CH2CH3 CH3
CH3的弯曲振动
弯曲
伸缩
CH2CH3
CH2
CH3
小结
分析烷烃主要3000-2800，和1460，1380 cm-1 结构类型主要依据1460 cm-1和1380 cm-1两个谱带： 1. 1380 cm-1是单峰且峰高相对较小，可能为直链； 2. 1390 cm-1、1380 cm-1双峰，则有-CH(CH3)2 或-C(CH3)3 结构； 3. 1380 cm-1为强峰与1460 cm-1 相当，结构含支链多；
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 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。 2. 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才 能产生红外吸收光谱。
几个概念
1. 跃迁类型
基态向高能态的跃迁可分为几种类型:
⑴ 基频跃迁
一般情况下分子的振动能级处于基态（＝0），根据跃迁 条件，只有＝0 → ＝1的跃迁才是允许的。这种跃迁称 为基本跃迁，跃迁时相应的吸收频率称为基频。
OO C CCH CH 3 3 CH CH 3 3
C=O (cm-1)
1663
1686
1693
H3C
O
H3C
O CH3

第二章红外吸收光谱法PPT课件

第二章红外吸收光谱法PPT课件

z 2．简谐振动的数目
对于由N个原子组成的分子：
3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度 y
x
振动自由度= 3N-平动自由度-转动自由度
由N个原子组成的分子：平动自由度=3
由N个原子组成的线形分子：转动自由度=2 由N个原子组成的非线形分子：转动自由度=3
线 形 分 子：振动自由度= 3N-5 非线形分子：振动自由度= 3N-6
μ 1.008 35.45 0.98
1.008 35.45
μ相同:
k相近:
C-C 1429 cm-1
C=C k 增大
1667 cm-1 v 增大
C≡C
C-C
C-N
μ增大
2222cm-1
1429 cm-1
第7页/共85页
1330 cm-1 v 减少
C-O 1280cm-1
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量 和键力常数，即取决于分子的结构特征。
一、红外光的分区
红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波称为红外线。
近红外区：0.78~2.5μm （12820----4000cm-1 ） —OH和—NH倍频吸收区
中红外区：2.5~25μm （4000----400cm-1 ） 基团的基频振动、伴随转动光谱
远红外区：25~500μm （400----20cm-1 ） 纯转动光谱
对称性伸缩振动 V S 反对称性伸缩振动 V aS
面内变形振动 剪式振动δ S 平面摇摆ρ
面外变形振动
非平面摇摆ω 扭曲振动τ
伸缩振动的k比变形振动k大；因此伸缩振动出现在红外吸收
光谱的高波数区，变形振动出现在红外吸收光谱的低波数区。

第2章-红外光谱PPT课件

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-
15
2.1.3 红外光谱的吸收强度
红外光谱的吸收强度可用于定量分析，也是化合物定性分析 的重要依据。用于定量分析时，吸收强度在一定浓度范围内 符合朗伯一比尔定律，其定量计算可参考紫外光谱的定量分 析方法。用于定性分析时，根据其摩尔吸光系数可区分吸收子振动过程中偶极矩变化有关，只有在振动中伴
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
7.0 m
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。
-
10
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。
-
5
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：
T% I 100% I0
I：表示透过光的强度； I0：表示入射光的强度。
-
6
横坐标：波数(v )400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
响有关，如果诱导效应使基团极性降低，则吸收强度降低；反之，
则强度增加。
氢键作用大大提高了化学键的极化程度，因此伸缩振动吸收峰
加宽、增强。
分子内有近似相同振动频率且位于相邻部位（两个振动共用一
个原子或振动基团有一个公用键）的振动基团，产生两种以上的基
团参加的混合振动，称为振动偶合。振动偶合有对称和不对称之分。
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变 化时，无红外吸收。

红外吸收光谱

红外吸收光谱

第二章 红外光谱分析(IR)
§二 原 理
双键区：
表2-2 各类双键的特征吸收
C=O
C=C
苯衍 生 物的 泛 频
强峰。是判断酮、醛、酸、酯及酸酐的 1900-1650 特征吸收峰，其中酸酐因振动偶合而具 有双峰。 1600 和 1500 峰较弱（对称性较高）。在 1680- 1620 附近有 2-4 个峰（苯环骨架振动），用于 识别分子中是否有芳环。 2000- 1650 C-H 面外、C=C 面内变形振动，很弱， 但很特征（可用于取代类型的表征） 。
光可见区内外的温度时，发现红色光以外的黑暗部分
温度比可见光部分高，从而认识到在可见光光波长波 方向末端还有一个红外光区。
红外光发现以后，逐步应用到各个方面，例如红
外检测器、红外瞄准镜、红外理疗仪等。而许多化学 家则致力于研究各种物质对各种不同波长红外光的吸 收程度，用于推断物质分子的组成和结构。
第二章 红外光谱分析(IR)
§二 原 理
3、分子振动： （1）、双原子分子振动 （2）、多原子分子
返回
第二章 红外光谱分析(IR)
§二 原 理
（1）、双原子分子振动：
分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）
作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述：
1 (频率) 2
1 .......... .......或 (波数) 2c
子的同一种官能团的振动频率变化不大，即具有明显的特征性。 这是因为连接原子的主要为价键力，处于不同分子中的价键
力受外界因素的影响有限！即各基团有其自已特征的吸收谱带。
通常，基团频率位于4000~400cm-1之间。可分为四个区。
第二章 红外光谱分析(IR)

红外光谱上课用

红外光谱上课用

第一节 红外光谱的基础知识

环内双键的伸缩振动频率随环的张力增大而降低。

双键C上的H被烷基取代，则Vc=c向高波数移动
CH3 H 3C CH3
vc=c
1641cm-1
1685 cm-1
第一节 红外光谱的基础知识
3、氢键效应
⑴ 分子内氢键（与浓度无关）： 使谱带大幅度向低波数方向移动。
第一节 红外光谱的基础知识
第一节 红外光谱的基础知识
4、振动偶合效应 定义：当两个相同基团在分子中靠得很近时，其 相应的特征吸收峰常发生分裂，形成两个峰，这种 现象称振动偶合。 例：嘧啶酮酯
第一节 红外光谱的基础知识
5、费米共振
定义：当倍频峰位于某强的基频峰附近时，弱的 倍频峰的吸收强度被大大强化，这种倍频与基频之 间的振动偶合称为费米共振。 6、试样的物理状态的影响 同一种化合物在固态、液态、气态时IR不相同。
⑵ 百分吸收率 =（100-T）× 100% ⑶ 吸光度 A= lg（I/I0）= lg（T0 /T） ⑷ 摩尔吸光系数
第一节 红外光谱的基础知识
红外光谱的吸收强度
第一节 红外光谱的基础知识
红外吸收强度及其表示符号
摩尔消光系数（ε） ＞200 75~200 强度 很强 强 符号 VS S
25~75
以波长或波数为横坐标，以吸光度或百分透过率为纵坐标
第一节 红外光谱的基础知识
二、多原子分子的振动
（一）振动自由度和峰数
振动自由度（分子自由度）：基本振动数目
第一节 红外光谱的基础知识
分子自由度（3N)=平动自由度+转动自由度+振动自由度
振动自由度 = 分子自由度（3N）－（平动自由度+转动自由度）
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第二章 红外光谱（IR）
Chapter 2 Infrared spectra
基础知识介绍 红外光谱的重要区段 红外光谱在结构分析中的应用
第一节 红外光谱基本原理
一、分子的能级和吸收光谱
世界是运动的。世界上任何物质中的分子都 处于不停的运动中，分子运动总能量可表示为：
能量量子化 E=E激发态-E基态
中红外区：4000-400 cm-1，绝大部分有机化合物在此区域 发生基频振动，属于基本振动区。
远红外区：400-25 cm-1，在此区发生分子的转动光谱和重 原子成键的振动，属于转动区。
二、分子化学键的振动与能级
红外光谱是由于分子的振动能级跃迁产生的，分子的 振动能级与分子的化学键有关。
分子中两个原子之间形成的化学键是有一定弹性的， 可以在一定范围之内振动而不引起化学键的断裂。
9.试样的物理状态
同一化合物在气态、液态和固态时，由于分子间 作用力不同，IR光谱各不相同。
10.各种外部因素
受溶剂的极性和仪器色散元件性能等方面影响。 溶剂极性↑，极性基团的伸缩振动频率↓ 色散元件性能优劣影响相邻峰的分辨率。
总结：
1.质量效应 组成化学键的原子质量愈小，红外吸收频率越大
2.电子效应 诱导效应使振动频率移向高波数区
1225 1328
1425
60
2867
3533
-CH3 -CH2 –CH
40
–CHO –OCH3
3000-2700
2957
20
1024 1076 1116
1245 1270 1378
3424
0
1716
09061701
3800
3600
3400
3200
3000
2800
2600
1）原子电负性
电负性差别↑， 偶极矩变化 ↑，峰↑
如： C=O> C=C ； O-H> C-H > C-C 2）分子的对称性
结构对称，振动对称，偶极矩不变，无吸收峰
红外非活性。 如：CO2的s=0
3）振动形式
H
Cl
CC
Cl
H
s C=C ＝0
as > s； >
（2）能级的跃迁几率
剪式振动（s） 面内摇摆振动（） 面外摇摆振动（） 扭式振动（）
面内弯曲振动（ i.p ）
面外弯曲振动（ o.o.p ）
能量： as s s o.o.p
高频
低频
常见的两种弯曲振动
剪式振动δ s：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
δs CH2
～
1465+20
第二节 红外光谱中的重要吸收区段
一、几个重要的概念
1. 特征区：主要官能团的特征吸收区。
4000-1300 cm-1 （特征峰） 官能团区、基团频率区
包括含H的各种单键、双键和三键的伸缩振动 及部分含单键基团的面内弯曲振动
特点：吸收峰稀疏、较强，易辨认 注意：特征峰常出现在特征谱带区
2. 指纹区：1300-400 cm-1 的低频区。
4）环张力： 环外双键随环的减小，频率增加
环内双键随环的减小，频率降低
O
O
O
O
1716 cm-1
CH2
1745 cm-1
CH2
1775 cm-1 1850 cm-1
CH2
CH2
1650 cm-1 1657 cm-1 1678 cm-1 1781 cm-1
1639 cm-1 1623 cm-1 1566 cm-1 1541 cm-1
C-H 3000 cm-1 C-C 1200 cm -1 C-O 1100 cm -1 C-Cl 800 cm -1 C-Br 550 cm -1 C-I 500 cm -1
2.电子效应
1）诱导效应（吸电子诱导效应，－I） 诱导效应使振动频率移向高波数区
O+ RC
双键性↑，键能↑，力常数K ↑
吸电性 , 双键性 , K , 吸收波数 .
透 光 率 T
a
波数(cm-1)
小
2. IR数据表示法
常见于文献中,一般报道主要吸收波数（cm-1）： IR (KBr): max = 3375, 1754, 1720, 1700, 1365, 1320, 1077, 898 cm-1
（二）红外光的分区
红外光可分为三个区:
近红外区：12500-4000 cm-1，分子中O-H, N-H, C-H键在此 区发生倍频振动，属于泛频区。
基态跃迁到第一激发态几率大，所以基频谱带 强度大。
基态跃迁到第二激发态几率小，所以倍频谱峰 强度弱。
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
1.频率相当：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。
2.偶极矩变化：必须是能引起分子偶极矩变化的 振动才能产生红外吸收光谱。
相同基团分子中靠近，特征吸收峰分裂为两个峰
裂分为两个峰
7. 费米共振
当倍频峰位于某强的基频峰附近时，弱的倍频 峰的吸收强度被强化。这种倍频与基频之间的振动 偶合称为费米共振。
如：苯甲酰氯 羰基：1730cm-1; C-Cl的伸缩振动频率875
cm-1, 其倍频峰与羰基发生费米共振，二者吸收强 度都增强。
3.空间效应
1）场效应（F效应） 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。如－卤代酮；
O
C=O
Br
仅有-I效应
1716cm-1
O Br
同电荷反拨，C=O双键性↑
1728cm-1
2）空间位阻
3）跨环共轭效应
空间电子效应，由于空间位置接近产生跨环共轭效应
（一）双原子分子的振动
相当于一个谐振子：
根据Newton定律和Hoocke定律：
振动方程： 1 K
2πc μ
μ m1m2 m1 m2
谐振子能级跃迁（基频峰）吸收红外光的频率等于 谐振子的振动频率，方程式与上相同：
1 K
2πc μ
μ m1m2 m1 m2
：折合质量
k：力常数，与键长、键能有关：键能↑（大），键 长 ↓(短)，k↑。
4.氢键效应
分子内氢键：
分子内氢键使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽 注意：分子内氢键，不受浓度影响
分子间氢键： 醇酚类
羧酸 分子间氢键使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽
注意：分子间氢键，受浓度影响较大， 浓度稀释，吸收峰位发生变化
乙醇不同浓度下，-OH的伸缩振动吸收峰
5. 分子互变结构
6. 振动偶合效应
cm -1
面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振动
AX 2型分子
ω CH2
～
1300
cm
-1
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。
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。
问题2 : 下列化合物的C=O 吸收波数为什么有 高低之分？
O2N
CH O
A 1708 cm-1
CH O
B 1690 cm-1
H3C N
H3C
CH O
C 1660 cm-1
p－共轭:
O R C OR
羧酸、酯 －I﹥+C；高波数方向
C=O＝1735cm-1
O
R C NR2 酰胺
－I﹤+C；低波数方向 C=O＝1665cm-1
AX 2型分子
υ
～ s
CH2
2850
cm
-1
AX 3型分子
υ
～ s
CH3
2870
cm
-1
反称伸缩振动(asymmetry stretching vibration)： 键长沿键轴方向的运动交替发生
AX 2型分子
υ
～ as
CH2
2925
cm
-1
AX 3型分子
υ
～ as
CH3
2960
cm
-1
(2) 弯曲振动（bending vibration）：表示 只改变键角，不改变键长
ad Win-OIR-H、N-H
3750-3000
120
100
=CH
C CC N
3300-3000
2400--2100
C=O C=C C=N 1900-1650 1680-1500
=C-H Ar-H 弯曲振动
1000-650
C-H弯曲振动 1475-1300
757 1500
80
539 591
911 979948
四、影响峰位的因素
1.质量效应 2.电子效应 3.空间效应 4.氢键效应 5.互变异构
6.振动偶合 7.费米共振 8.化学键强度及原子杂化类型
9.试样的物理状态
10.各种外部因素
1.质量效应
根据Newton定律和Hoocke定律：
1 K
2πc μ
μ m1m2 m1 m2
组成化学键的原子质量愈小，红外吸收频率越大。
＋ E平
平动能
能量非量子化
对分子吸收光谱无意义
当红外线能量与分子振动能级差相当时，发生分 子的振动能级跃迁而获得红外光谱。
因红外光在引起分子振动的同时也能引起分子的转动 能级的跃迁,故红外光谱又叫做振—转光谱.
（一）红外光谱的表示法
1.光谱图
横坐标：波长(m,2.5-25), 或波数(cm-1,4000-400) 纵坐标：可以用A(吸光度),T透光率或透过率表示 吸收强度：A ,吸收强度 ； ,吸收强度 ; T ,吸收强度