红外光谱解析.ppt

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1、徐敏 Tel:13870614468 e-mail:,药物分析,南昌大学科学技术学院生物化学系,1,红外光谱的基本概念,2.1,红外光谱在聚合物分析中的应用,2.2,红外光谱原理,红外光谱与分子结构,2.3,第二章、红外光谱,红外光谱解析,2.4,红外光谱仪及制样技术,2.5,2.6,激光拉曼光谱,2.7,2.1 红外光谱的基本概念,红外光谱属于分子振动光谱。 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并使得这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波长关系的曲线，即为红外光谱，所以又称之为红外吸收光谱,红外光谱英文为 (IR)，样品吸收红外辐射的主要原因是,

2、分子中的化学键的振动,分子振动光谱,红外光谱,拉曼光谱,非对称振动,对称振动,极性基团的鉴定,物质的骨架特征,2.1 红外光谱的基本概念,一般非对称振动产生强的红外吸收，而对称振动则出现显著的拉曼谱带。因此, IR可用于鉴别化合物中的化学键类型，可对分子结构进行推测,红外线属于电磁波。通常电磁波可以用能量来描述，标志电磁波能量的物理量有波长，频率或波数 ，它们之间的关系为,Electromagnetic spectra,2.1 红外光谱的基本概念,不同能量的电磁波将引起物质不同运动状态的变化，促使一定能态的基态跃迁至激发态，在连续的电磁波谱上出现吸收信号,无线电波可引起磁性核的自旋改变（NMR

3、） 红外光将导致分子的振动和转动状态的变化（IR） 紫外-可见光将引起价电子能级跃迁（UV-Vis,2.1 红外光谱的基本概念,考察这些光谱的变化可从不同角度给出分子结构的信息,红外光区介于可见光与微波之间，波长范围约为0.76-1000m，为了便于描述，引入一个新的概念：波数(wave number)，用符号 表示 ，为波长的倒数，即每厘米中波的个数，单位cm-1。 1/(cm) 104/ (m,红外波段的划分,2.1 红外光谱的基本概念,红外光区分三个区段： 近红外区（泛频区，倍频区）： 0.75-2.5 m，13333-4000/cm, 泛频区（用于研究 OH, NH,CH等单键的倍频、

4、组频吸收，基于基频吸收而言） 中红外区（基频区）： 2.5-25 m，4000-400/cm, 基频振动区（各种基团基频振动吸收，分子的振动、转动） 远红外区（转动区）： 25 m以上， 400/cm， 价键转动、晶体的晶格振动和纯转动（金属有机键振动，许多无机键振动，分子纯转动,其中，中红外区是研究的最多、最深的区域，一般所说的红外光谱就是指中红外区的红外吸收光谱,2.1 红外光谱的基本概念,红外吸收产生的条件,A) 振动的频率与红外光波段的某频率相等。 即分子吸收了这一波段的光，可以把自己的能级从基态提高到某一激发态。这是产生红外吸收的必要条件,B）偶极矩的变化： 分子在振动过程中，由于键

5、长和键角的变化，而引起分子的偶极矩的变化，从而产生红外吸收。 而多非极性的双原子分子(H2,N2,O2)，虽然也会振动，但振动中没有偶极矩的变化，因此不吸收红外辐射。称之为非红外活性,2.1 红外光谱的基本概念,2.2 红外光谱原理,红外光谱研究方法,为简单起见，仅讨论分子纯粹振动而无转动的情况，并把复杂的有机物分解成多个双原子基团，用双原子分子振动模型即谐振子来研究分子的振动。 谐振子振动模型是用两个小球代表原子，用一个失重弹簧代表化学键构成的振动体系。它遵循胡克定律,1,胡克定律：振动时恢复到平衡的力F与位移成正比，力的方向与位移方向相反，F= - kx,分子的振动可用Hookes rul

6、e（胡克定律）来描述：分子的近似机械模型-弹簧连接小球,红外光谱中，频率常用波数表示。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。 波数每厘米中振动的次数。波数与波长互为倒数,1cm=104m,2.2 红外光谱原理,k 化学键的力常数；m 成键原子的质量,若将频率采用波数表示，Hookes rule则可表示为,不同分子的结构不同，化学键的力常数不同，成键原子的质量不同，导致振动频率不同。 用红外光照射样品，样品将选择性地吸收那些与其振动频率相匹配的波段，从而产生红外光谱,2.2 红外光谱原理,式中,k 化学键的力常数；m 成键原子的质量,化学键的力常数(k)是键的属性，与键的电子

7、云分布有关，代表键发生振动的难易程度,各种键的伸缩振动力常数k,2.2 红外光谱原理,由频率公式得出两点结论,键越强，力常数k越大，振动频率越高。 成键原子质量越大(越大)，振动频率越低,2.2 红外光谱原理,弯曲振动要比伸缩振动的振动频率小，因为弯曲振动的力常数更小,杂化效应对力常数有影响。键的强度sp sp2 sp3,2.2 红外光谱原理,共轭效应对键能和键长有影响，因此对力常数k也有影响,羰基的伸缩振动频率在1715cm-1。当羰基与C=C产生共轭作用效应时，其振动频率降至16751680cm-1。这是因为共轭效应使C=O键的键长有所增加，双键性降低,2.2 红外光谱原理,倍频峰：指0

8、2的振动吸收带，出现在强的基频峰的大约2倍处(实际比两倍低)。一般为弱吸收峰。 羰基伸缩振动频率在1715cm-1左右，在3400cm-1附近倍频峰，通常与羟基的伸缩振动吸收峰重叠,常见术语,基频峰：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,2.2 红外光谱原理- 振动能级跃迁选律,合频峰：出现在两个或多个基频峰之和(组频1+ 2)或差(1 - 2 )处。合频峰均为弱峰,泛频峰：倍频峰和合频峰统称为泛频峰（近红外区），弱峰，常不能检出,热峰：来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰，弱峰，常被基频峰掩盖,2.2 红外光谱原理- 振动能级跃迁选律,常见术语,2.2 红外光谱原理- 振

9、动能级跃迁选律,由= 0跃迁到=1产生的吸收谱带称为基频，有=0 跃迁到=2，3产生的谱带称为倍频,常见术语,双原子分子仅有一种振动方式，多原子分子则有多种振动方式。对于n个原子组成的多原子分子，有3n个自由度。其中包括3个平动自由度；非线性分子有3个转动自由度，线性分子则只有2个转动自由度，因此非线性分子有3n-6个振动自由度，线性分子有3n-5个振动自由度。这些基本振动称为简正振动，每个简正振动都具有一定的能量，可以在特定的频率发生吸收,4,3,30,振动自由度,2.2 红外光谱原理,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

10、 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,峰数,2.2 红外光谱原理,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,分子的振动类型，有两大类,伸缩振动（）：只改变键长，不改变键角；波数较高。 弯曲振动（）：只改变键角，不改变键长；波数较低,2.2 红外光谱原理,对称伸缩,剪式振动,面外摇摆,摇摆振动,不对称伸缩,扭绞振动,s,as,欧米咖,涛,柔,德尔塔,纽,纽,2.2 红外光谱原理,2.2 红外光谱原理,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

11、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 s s 高频区 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,2.2 红外光谱原理,对称伸缩振动 （vs2872cm-1) 不对称伸缩振动 （vas2962cm-1) 对称变形振动 (s1380cm1) 不对称变形振动 (as1460cm-1,2.2 红外光谱原理,甲基的振动形式,H2O 的振动形式,H2O有3种振动形式，相应的呈现3个吸收谱带,2.2 红外光谱原理,红外吸收峰产生的条件,必要条件：辐射光的频率与分子振动的频率相当。 充分条件：振动过程中能够改变分子偶极矩！ 所以

12、，分子对称性高者，其IR谱图简单；分子对称性低者，其IR谱图复杂,2.2 红外光谱原理,CS2、CCl4等对称分子的IR谱图特别简单，可用 作IR溶剂。 一般情况下，一张红外光谱图有5-30个吸收峰,2.2 红外光谱原理,红外吸收峰产生的条件,CO2的振动形式,CO2应有4种振动自由度。但光谱中只可能出现3个吸收谱带，其中有两种不同方向的变形振动，振动频率相同，它们的振动模式是等效的，称为振动的简并。CO2分子有二重简并，复杂分子可能存在多重简并。实际谱图中只有2个振动吸收峰，因为对称伸缩振动过程中，无偶极矩变化，所以显示红外非活性,3n-5,2.2 红外光谱原理,二氧化碳的IR光谱,2.2

13、红外光谱原理,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 2349cm-1,O=C=O,面内弯曲振动 667cm-1,O=C=O,面外弯曲振动 667cm-1,因此O=C=O的IR光谱只有2349/cm和 667/cm二个吸收峰,面外弯曲振动 667cm-1,苯分子有3N-6=30个简正振动，而苯的红外光谱仅观察到9个吸收谱带，可能存在多重简并和红外非活性振动,苯的红外吸收光谱图,2.2 红外光谱原理,复杂分子的振动形式很多，一个正构烷烃的光谱包含有多种振动形式的谱带。其中亚甲基和甲基各有6种振动形式,正十二烷的红外光谱,2.2 红外光谱原理,反对称伸缩 Asymmet

14、ric Stretch,对称伸缩 Symmetric Stretch,2.2 红外光谱原理,红外光谱的一般表示法,横坐标：吸收波长（m），或吸收频率（波数/cm） 红外谱图有等波长及等波数两种，对照标准谱图时应注意。 纵坐标：吸光度A或透光率T,2.2 红外光谱基本原理 红外吸收强度,IR光谱得到的结构信息,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),表示 3 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰,2.2

15、红外光谱基本原理 红外吸收强度,红外光谱的吸收强度,它是红外吸收光谱性质的主要参考参数之一，是一个振动跃迁几率的量度。振动跃迁几率取决于偶极矩变化的大小。 一般，化学键极性增加，振动时偶极矩变化增加，吸收谱带强度也增加。 红外光谱的吸收强度用百分透过率或摩尔吸光系数来表示,2.2 红外光谱基本原理 红外吸收强度,红外吸收强度及其表示符号,2.2 红外光谱基本原理 红外吸收强度,红外吸收峰的强度和形状常用下列符号表示,2.2 红外光谱基本原理 红外吸收强度,基频吸收谱带的强度取决于振动过程中偶极矩变化的大小。只有极性的键在振动过程中才出现偶极矩的变化。这种振动成为红外活性振动。键的极性越大，吸收

16、谱带强度越高。如OH、C=O、NO2等强极性基团都具有很强的红外吸收谱带。 一些对称性很高的分子，如炔烃RCCR 两边的取代基相同，重键的伸缩振动没有偶极矩的变化，不发生红外吸收，称为红外非活性振动,2.2 红外光谱基本原理 红外吸收强度,2.3 红外光谱与分子结构官能团特征吸收频率,有机分析的对象是多原子分子，而多原子分子具有大量的简正振动数。由于前面提到的原因，真正测得的红外吸收谱峰的数目远小于简正振动数，但一个化合物的红外吸收峰数目仍是较多的。若要将每个红外吸收峰归属于什么样的振动是很困难的。然而，化学家通过大量标准样品的测试，从实践的观点总结出了一定的官能团总对应有一定的特征吸收，归纳

17、出了各种官能团的特征频率表，这对从谱图推测分子结构有重要的意义,2.3 红外光谱与分子结构官能团特征吸收频率,影响红外光谱吸收频率的因素,外在因素：物态变化，折射率、粒度的影响。 内在因素：电子效应：诱导效应、共轭效应； 空间效应：环张力、空间位阻； 氢键效应和溶剂效应； 费米共振； 偶合效应,化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。各种化合物中相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上,2.3 红外光谱与分子结构官能团特征吸收频率,以羰基为例来讨论影响谱带位移的因素,影响谱带位移的因素很多，一部分来自分子内部结构影响，如电子效应、空间效应和振动的偶合等；另一部分则来

18、自分子的外围环境包括溶剂和物态变化等,羰基是极性基团，其氧原子有吸电子的倾向 。若结构上的变化使羰基往 的方向变，双键就朝单键的方向变，这就导致振动频率下降，也就是红外吸收频率将下降,诱导效应,给电子基团将使羰基电子云偏离键的几何中心，移向氧原子，降低羰基的双键性，使羰基伸缩振动频率向低频位移,电子效应- 诱导效应，共轭效应,吸电子基团会使得电子密度向键的几何中心接近，降低了羰基的极性，双键性增加，导致羰基伸缩振动频率移向高频,为共轭体系中电子离域的现象。羰基与别的双键共轭，其电子的离域增大，从而减小了双键的键级，使其双键性降低，振动频率降低，使不饱和键的波数显著降低,共轭效应,电子效应- 诱

19、导效应，共轭效应,电子效应- 诱导效应，共轭效应,诱导效应和共轭效应,在一个分子中诱导效应和共轭效应往往同时存在。如果诱导效应占优势，谱带向高频移动；如果共轭效应占优势，谱带向低频移动,空间效应- 环张力，空间位阻,一般而言，环的张力加大时，环上有关官能团的吸收频率逐渐上升，以脂肪酮羰基为例,环张力对红外吸收波数的影响:环数减小，环的张力增大，环外的双键增强，伸缩振动频率升高。对环烯来说，环外双键加强，吸收频率增大，环内双键减弱，吸收频率减小,空间位阻对谱带吸收位置的影响，共轭体系最为明显。共轭体系具有共平面的性质，当共轭体系的共平面性被偏离或被破坏时，共轭体系亦受到影响或破坏，吸收频率将移向

20、高频（向接近孤立羰基振动频率的方向变化,空间效应- 环张力，空间位阻,空间位阻：一般来说，当共轭体系被妨碍，吸收频率增高,空间效应- 环张力，空间位阻,偶合效应和Fermi共振,偶合效应,偶合效应：两个基团相邻且它们的振动频率又相近时，振动的偶合引起吸收频率偏离于基频，一个移向高频方向，一个移向低频方向,偶合效应,在丙二烯分子中，两个碳-碳双键共用一个碳原子，一般预料在1600cm-1附近可能观察到双键的伸缩振动谱带，然而在其红外光谱中并未见到预料的谱带，却在1960cm-1和1070cm-1出现两个新的吸收，这是两个双键振动机械偶合的结果。高频的谱带相应于两个双键不对称伸缩振动，低频的谱带则

21、相应于对称伸缩振动,实例1,在红外光谱中，谱带间的偶合效应是常见的。丙二烯中由于两个双键关系密切，干扰严重，两个偶合谱带相差约900cm-1之多。对于距离稍远一些或非线性分子，因偶合而产生两个谱带的位差则要小得多。丙酸酐在1845cm-1和1775cm-1出现两个都相当强的谱带，前者是两个羰基反对称振动的偶合谱带，后者是对称的振动偶合谱带,偶合效应,实例2,实例2,偶合效应,前者是两个羰基反对称振动的偶合谱带，后者是对称的振动偶合谱带,Fermi 共振,费米共振,倍频或合频与某基频相近时，由于其相互作用而产生的强吸收带或发生峰的分裂，并且原来强度很弱的倍频或合频谱带的强度显著地增加，这种特殊的

22、偶合效应称为Fermi共振。Fermi共振是个普遍现象，它不仅存在于红外光谱中，也存在于拉曼光谱中,CHO的C-H伸缩振动2830-2695cm-1，与C-H弯曲振动1390cm-1的倍频2780cm-1发生费米共振， 结果产生2820cm-1和2720cm-1二个吸收峰,实例1,大多数醛的红外光谱在2800cm-1和2700cm-1附近出现强度相近的双谱带是Fermi共振典型的例子。如图所示，这两条谱带的产生是醛基的CH伸缩振动与其变形振动1390cm-1的倍频之间发生Fermi共振的结果,Fermi 共振,实例1,实例2,苯甲酰氯红外光谱在羰基伸缩振动频率范围1790cm-1附近的双谱带，

23、是羰基伸缩振动与谱带875cm-1的倍频之间发生Fermi共振引起的,Fermi 共振,氢键和溶剂效应,偶极矩很大的XH 键与带部分负电荷的原子Y充分接近时，产生强烈的静电吸引作用，构成氢键XHY。氢键的形成，使参与形成氢键的基团的振动频率发生变化：伸缩振动向低频位移，谱带变宽，强度增大；而弯曲振动向高频位移，谱带变得更为尖锐,氢键(分子内氢键；分子间氢键)降低了原来化学键的力常数，使伸缩振动频率向低波数位移，并使吸收强度加强，但使峰形变宽,原因,实例1,实例2,氢键和溶剂效应,分子内氢键不受溶剂的影响，而分子间的氢键对溶剂比较敏感。在惰性溶剂的稀溶液中，分子间的氢键可以完全被破坏而恢复游离分

24、子的光谱，使羟基伸缩振动向高频位移。所以，用稀释的方法可以方便地区分是分子内氢键还是分子间的氢键,氢键和溶剂效应,胺类化合物中的胺基(NH或NH2)能产生分子间的缔合，缔合后的胺基吸收频率往低频方向移动，多则降低100cm-1甚至更多。羧酸分子能形成强烈的氢键，使其羟基的吸收频率移至3000cm-1附近并延伸到2500cm-1，形成一个宽谱带，这是羧酸红外谱图的明显特征,氢键和溶剂效应,2.3 红外光谱与分子结构官能团特征吸收频率,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 C C 强。 使基团极性降低的诱导效应使吸收强度减小，使基团

25、极性增大的诱导效应使吸收强度增加。 共轭效应使电子离域程度增大，极化程度增大，吸收强度增加,影响红外光谱吸收强度的因素,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,2.3 红外光谱与分子结构官能团特征吸收频率,影响红外光谱吸收强度的因素,2.4 红外光谱解析-官能团特征吸收,牢记典型或官能团的特征吸收频率。例如，脂肪酮C=O 的特征值为171510cm-1。然后慢慢熟悉其它含C=O 化合物（如羧酸、酯、酰胺、酸酐等）的振动频率,熟悉各种常见官能团伸缩振动吸收的区域图,

26、了解不同因素，如环张力、共轭效应等对特征吸收频率的影响,问题变简单了！因为只有8个键的基础值要记了,2.4 红外光谱解析-官能团特征吸收,当测量光谱时，峰的位置在1300 cm-1以上区域称为官能团区。该区域内的吸收谱带有比较明确的官能团与频率的对应关系且谱带分布稀疏、容易辨认，可以准确地提供某官能团存在的信息,2.4 红外光谱解析-官能团特征吸收,官能团区,在1300cm-1以下的区域称为指纹区。为C-C、C-N、C-O 等单键伸缩振动和各种弯曲振动的吸收峰。特点是谱带密集、难以辨认。在指纹区，也会出现一些属于官能团的吸收带，它们有可能用于鉴定，但这种鉴定只能看作是有辅助作用而不是决定性的,

27、2.4 红外光谱解析-官能团特征吸收,指纹区,4000-2500cm-1: X-H单键的伸缩振动区； 2500-2000cm-1: 叁键和累积双键伸缩振动区； 2000-1550cm-1: 双键伸缩振动区； 1550-600cm-1: 弯曲振动，C-C、C-O、C-N等伸缩振动,2.4 红外光谱解析-官能团特征吸收,2.4 红外光谱解析-官能团特征吸收,常 见 官 能 团 的 特 征 吸 收 频 率,2.4 红外光谱解析-官能团特征吸收,常 见 官 能 团 的 特 征 吸 收 频 率,2.4 红外光谱解析-官能团特征吸收,常 见 官 能 团 的 特 征 吸 收 频 率,2.4 红外光谱解析-官

28、能团特征吸收,常 见 官 能 团 的 特 征 吸 收 频 率,2.4 红外光谱解析-峰形与强度,峰位、峰数与峰强,1）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,例水分子,2）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）瞬间偶极矩变化大，吸收峰强；键两端原子电负 性相差越大（极性越大），吸收峰越强,例2 CO2分子,2.4 红外光谱解析-峰形与强度,4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰； （5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰,2.4 红外光谱解

29、析-峰形与强度,The spectrum exhibits at least two strongly absorbing peaks at about 3000 and 1715 cm-1 for C-H and C=O stretching frequencies, respectively,2.4 红外光谱解析-峰形与强度,2.4 红外光谱解析-峰形与强度,2.4 红外光谱解析-峰形与强度,Therefore, while you study the spectra, take notice of shapes and intensities. They are as important

30、 as the frequency at which an absorption occurs, and the eye must be trained to recognize these features. Often, when reading the literature of organic chemistry, you will find absorption referred to as strong (s), medium (m), weak (w), broad, or sharp,2.4 红外光谱解析-峰形与强度,总而言之，在分析红外谱图时，即要注意观察吸收峰的位置，同时还

31、要注意观察吸收峰的形状和强度。只有综合考虑，才能准确判断吸收峰的归属,红外谱解析要点及注意事项: 1.红外吸收谱的三要素（位置、强度、峰形） 2.同一基团的几种振动的相关峰是否同时存在,2.4 红外光谱解析-峰形与强度,当我们分析一位置化合物谱图时，要重点关注为数不多的几个重要官能团的特征吸收是否存在。C=O, OH, NH, CO, C=C, CC, CN特征吸收峰非常明显，而且能直接给出化合物的结构信息。不要试图去详细分析3000 cm-1附近的CH 吸收峰归属，因为几乎所有的化合物都有这些吸收峰。 分析一个未知化合物的基本步骤如下,2.4 红外光谱解析-峰形与强度,2.4 红外光谱解析-

32、解析步骤,步骤一、不饱和度的计算,不饱和度 (英文名称:Degree of unsaturation)，又称缺氢指数或者环加双键指数是有机物分子不饱和程度的量化标志，用希腊字母表示,烃(CxHy) 的不饱和度计算,试计算C2H6、C3H6 、C6H6的不饱和度,烃的含氧、氮、卤原子衍生物的不饱和度计算,2.4 红外光谱解析-解析步骤,不饱和度的应用,0， 说明分子是饱和链状结构。 =1， 说明分子中含有一个双键或一个环。 =2， 说明分子中含有两个双键或一个三键； 或一个双键和一个环； 或两个环，以此类推 4，说明分子中可能含有苯环,2.4 红外光谱解析-解析步骤,首先，判断是否含有羰基,步骤

33、二、官能团的确定,2.4 红外光谱解析-解析步骤,如果有羰基，再判断羰基所属的化合物类型,2.4 红外光谱解析-解析步骤,如果不存在羰基，则判断是否含有其它官能团,2.4 红外光谱解析-解析步骤,再判断分子中是否存在双键或芳环,2.4 红外光谱解析-解析步骤,判断三键、硝基的存在,Nitro groups（硝基,Triple bonds,2.4 红外光谱解析-解析步骤,红外谱图一般以1300cm-1为界,40001300cm-1：官能团区，用于官能团鉴定； 1300650cm-1：指纹区，用于鉴别两化合物是否相同。 官能团区吸收峰大多由成键原子的伸缩振动而产生，与整个分子的关系不大，不同化合物

34、中的相同官能团的出峰位置相对固定，可用于确定分子中含有哪些官能团。 指纹区吸收峰大多与整个分子的结构密切相关，不同分子的指纹区吸收不同，就象不同的人有不同的指纹，可鉴别两个化合物是否相同。指纹区内的吸收峰不可能一一指认,2.4 红外光谱解析-解析步骤,2.4 红外光谱解析烷烃,饱和烃,C-H伸缩振动：对称伸缩振动（s ）和反对称伸缩振动（as） ，在3000-2800cm-1之间，as较s在较高频率。 C-H弯曲振动：1475-1300 cm-1 ，甲基的对称变形振动出现在1375 cm-1处 ，对于异丙基和叔丁基，吸收峰发生分裂。 C-C平面摇摆：800-720cm-1对判断-(CH2)n-

35、的碳链长度有用， n4 725, n=3 729-726, n=2 743-734, n=1 785-770 C-C伸缩振动：1253-800cm-1 , 对结构发现作用不大,烷烃吸收峰,2.4 红外光谱解析烷烃,烃 类,The infrared（红外） spectrum of decane (neat liquid, KBr plates,The infrared （红外） spectrum of 1-hexene (neat liquid, KBr plates,癸烷,1-已烯,2.4 红外光谱解析烷烃,十二烷(C12H26,2.4 红外光谱解析烷烃,2-甲基戊烷(C6H14,2.4 红外

36、光谱解析烷烃,2甲基已烷,1176cm-1: CH-(CH3)2 弯曲振动; 1370cm-1 ，1390cm-1 : CH-(CH3)2 弯曲振动吸收峰发生分裂,1176cm-1: CH-(CH3)2 弯曲振动; 1370cm-1 ，1390cm-1 : CH-(CH3)2 弯曲振动吸收峰发生分裂,2.4 红外光谱解析烷烃,2.4 红外光谱解析,不饱和烃,烯烃 炔烃 芳香烃,烯烃双键的特征吸收,2.4 红外光谱解析烯烃,影响C=C伸缩振动吸收的因素,对称性：对称性越高，吸收强度越低。 取代基：与吸电子基团相连，振动波数下降。 取代基的质量效应：双键上的氢被氘取代后，波数下降10-20厘米-1

37、。 共轭效应：使波数下降约30厘米-1,C-H的面外弯曲振动: 对判断双键的取代类型有用,2.4 红外光谱解析烯烃,a 顺式CH面外弯曲振动730-650cm-1; b 反式CH面外弯曲振动980-965cm-1,顺式和反式2，2，5，5-四甲基己烯红外光谱,2.4 红外光谱解析烯烃,1-辛烯(C8H16,2.4 红外光谱解析烯烃,1-癸烯(C10H20,2.4 红外光谱解析烯烃,2.4 红外光谱解析-炔烃,炔键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：2150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

38、性强时，该吸收较弱。 腈类化合物，CN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,炔烃化合物,1-己炔(C6H10,2.4 红外光谱解析-炔烃,1-辛炔(C8H14,2.4 红外光谱解析-炔烃,2-辛炔(C8H14,2.4 红外光谱解析-炔烃,3340cm-1:叁键C-H伸缩振动; 3020cm-1: 苯环=CH伸缩振动; 2115cm-1: C=C三键伸缩振动,苯基乙炔,2.4 红外光谱解析-炔烃,2.4 红外光谱解析-腈,正丁腈,2.4 红外光谱解析-丙二烯类,丙二烯类-累积二烯烃,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

39、厘米-1和1100-1000厘米-1附近有不对称和对称伸缩振动，两峰相距900厘米-1，前者为中强峰，后者为弱峰,芳香烃,2.4 红外光谱解析-芳烃,芳 烃,芳香族化合物谱图中在900-690cm-1出现的C-H面外弯曲振动吸收峰和在2000-1667cm-1呈现泛频吸收峰，在分析苯环上的取代类型上具有重要作用,2.4 红外光谱解析-芳烃,取代苯的C-H面外弯曲振动吸收峰位置对判断苯环取代类型有用,2.4 红外光谱解析-芳烃,甲苯（C7H8,2.4 红外光谱解析-芳烃,2.4 红外光谱解析-指纹区确定细节,The infrared spectrum of styrene and toluene

40、 (neat liquid, KBr plates.,苯乙烯,1630cm-1: C=C伸缩振动； 1600，1580，1450cm-1: 苯环骨架振动,2.4 红外光谱解析-芳烃,芳香烃的判断,在3100-3000cm-1及1650-1450cm-1两个区域同时出现吸收峰是苯环存在的依据。 观察900-650cm-1区域，判断苯环的取代形式,邻二甲苯(C8H10,2.4 红外光谱解析-芳烃,间二甲苯(C8H10,2.4 红外光谱解析-芳烃,对二甲苯(C8H10,2.4 红外光谱解析-芳烃,2.4 红外光谱解析-醇、酚和醚,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,

41、醚的特征吸收为C-O-C伸缩振动。 开链醚的C-O-C反对称伸缩振动强吸收大都出现在1275-1010cm-1。 饱和脂肪醚的吸收在1150-1060cm-1,2.4 红外光谱解析-醇、酚和醚,正丁醇,3450cm-1：缔合O-H伸缩振动；1350cm-1：O-H面内弯曲振动,2.4 红外光谱解析-醇、酚和醚,乙醇在CCl4中浓度变化对红外吸收的影响,羟基化合物的缔合现象非常明显。样品浓度越大，羟基伸缩振动越向低频率移动，在34003200cm-1出现一个又宽又强的峰,2.4 红外光谱解析-醇、酚和醚,苄醇（C7H8O,2.4 红外光谱解析-醇、酚和醚,苯酚(C6H6O,2.4 红外光谱解析-

42、醇、酚和醚,2.4 红外光谱解析-指纹区确定细节,酚和醇中C-O和O-H键伸缩振动频率,苯酚,羰基化合物,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,醛酮 羧酸、羧酸盐 酸酐 酯 酰卤 酰胺,羰基化合物的C=O伸缩振动吸收峰位置,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,醛氢伸缩振动：2820-2720厘米-1有尖锐的小吸收峰出现，不易混淆，极易识别。 根据C=O伸缩振动2820厘米-1和2720厘米-1峰可以判断醛基的存在,醛,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,正丁醛,2720cm-1: 醛基CH伸缩振动，特征；1730cm-1：C=O 伸缩振动,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,正辛醛（C8H16O,2.4

43、 红外光谱解析-羰基化合物,苯甲醛,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,讨论,羰基吸收峰的位置对官能团鉴定有特别重要的意义! 不同羰基的大致吸收位置,I效应、环张力等使CO波数升高； 共轭效应使CO波数降低,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,例：2-戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮的IR谱图,2-戊酮（C5H10O,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,2.4 红外光谱解析-指纹区确定细节,酮,苯乙酮,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,苯乙酮(C8H8O,羧酸,2.4 红外光谱解析-指纹区确定细节,羧酸和羧酸盐,C=O的反对称伸缩振动，1650-1540，最强 峰，对称伸缩振动，1420-1300，强峰,2.

44、4 红外光谱解析-羰基化合物,三氯乙酸,由于氯原子吸电子诱导效应的影响，羰基伸缩振动位移到1754厘米-1,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,2-甲基丙酸,3300-2500 cm-1：羧酸二聚体的O-H伸缩振动，峰形宽，散；1710 cm-1：C=O伸缩振动,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,苯甲酸,3300-2500 cm-1：羧酸二聚体的O-H伸缩振动，峰形宽，散； -1695 cm-1：C=O伸缩振动，因与苯环共轭移向低波数； -920cm-1：O-H非平面摇摆振动,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,乙酸铅,1550cm-1：-COO-反对称伸缩振动； -1405cm-1：-COO-对

45、称伸缩振动,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,酯,C=O stretch appears in range 1750 1735 cm-1 for normal aliphatic esters. C-O stretching absorptions appear in the range from 1300 1000 cm-1,The two most characteristic features in the spectrum of a normal ester are,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,酯的特征吸收为羰基伸缩振动和C-O-C对称和反对称伸缩振动，后者是区分酯和其它羰基化合

46、物的主要依据,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,酯,乙酸苯酯（C8H8O2,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,乙酸甲酯,1740cm-1：C=O伸缩振动； -1190cm-1：C-O-C非对称伸缩振动，第一吸收,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,2.4 红外光谱解析-指纹区确定细节,酸酐,特征吸收是有两个羰基的对称1750厘米-1和反对称1800厘米-1伸缩振动，相差50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,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,酸酐,三甲基乙酸酐,2.4 红外光谱解

47、析-羰基化合物,卤素原子直接与羰基相连，强诱导效应使羰基的双键性增加，伸缩振动大大升高。 脂肪族位于1800厘米-1附近。 芳香酰卤此区双峰：1773厘米-1，1736厘米-1，由C=O键的伸缩振动和C-X的弯曲振动产生feimi共振引起,酰卤,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,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。 C-X弯曲振动：1310-1040厘米-1,酰卤,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,金刚烷酰氯,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,酰胺,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,N-H伸缩振动：3540-3125厘米

48、-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。 羰基伸缩振动：1690-1620厘米-1（酰胺I 峰） N-H弯曲振动+C-N伸缩振动：1650-1580厘米-1（酰胺II峰） C-N伸缩振动：1430-1050厘米-1（酰胺III峰,酰胺,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,丙酰胺（C3H7NO,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,吡嗪酰胺（抗结核病药,2.4 红外光谱解析-羰基化合物,2.4 红外光谱解析- 胺、亚胺和胺盐,丁胺(C4H11N,2.4 红外光谱解析- 胺、亚胺和胺盐,丁胺(C4H11N,2.4 红外光谱解析- 胺、亚胺和胺盐,2-戊胺,1590c

49、m-1NH2剪式振动；1185cm-1：C-N伸缩振动,2.4 红外光谱解析- 胺、亚胺和胺盐,二己胺,3310cm-1：弱峰，N-H伸缩振动；1460cm-1：CH2剪式振动+CH3反对称变形振动；1110Cm-1：C-N伸缩振动；715cm-1：N-H非平面摇摆振动,2.4 红外光谱解析- 胺、亚胺和胺盐,三乙胺,叔胺无N-H键，在高频区-3500cm-1无吸收,2.4 红外光谱解析- 胺、亚胺和胺盐,2.4 红外光谱解析-腈,环戊基腈(C6H9N,2.4 红外光谱解析-硝基化合物,对称伸缩振动 反对称伸缩振动 (13901320cm-1) （16151540cm-1,硝基化合物,高分子化

50、合物,2.4 红外光谱解析-高分子化合物,聚异戊二烯的红外光谱图 1652 cm-1: C=C伸缩振动；1438 cm-1：甲基反对称变形振动和亚甲基剪式振动重叠；1369 cm-1：甲基对称变形振动,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,红外光谱的分区,2.4 红外光谱解析-综述,甲) IR中官能团的吸收位置,3700-3200cm-1: N-H、O-H （N-H波数低于O-H，氢键缔合波数低于游离波