第二章红外光谱原理教材课件

第二章第二章 红外光谱红外光谱（IRIR）Chapter 2 Infrared spectra基础知识介绍基础知识介绍红外光谱的重要区段红外光谱的重要区段红外光谱在结构分析中的应用红外光谱在结构分析中的应用第二章 红外光谱（IR）Chapter 2 Infra E平平平动能平动能能量量子化能量量子化 E=E激发态激发态-E基态基态能量非量子化能量非量子化对分子吸收光谱无意义对分子吸收光谱无意义第一节红外光谱基本原理第一节红外光谱基本原理一、分子的能级和吸收光谱一、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：E平平动能能量量子化能量非量子化对分子吸收光谱无当红外线能量与分子振动能级差相当时，发生分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。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级的跃迁,故红外光谱又叫做故红外光谱又叫做振振转光谱转光谱.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（一）红外光谱的表示法（一）红外光谱的表示法横坐标：波长横坐标：波长(m,2.5-25),或波数或波数(cm-1,4000-400)纵坐标：可以用纵坐标：可以用A(吸光度吸光度),T透光率或透过率表示透光率或透过率表示A ,吸收强度吸收强度 ；,吸收强度吸收强度 ;T ,吸收强度吸收强度 透透光光率率T波数波数(cm-1)小小a吸收强度：吸收强度：1.光谱图（一）红外光谱的表示法横坐标：波长(m,2.5-25),2.IR2.IR数据表示法数据表示法常见于文献中常见于文献中,一般报道主要吸收波数（一般报道主要吸收波数（cm cm）：）：-1IR(KBr):max=3375,1754,1720,1700,1365,1320,1077,898 cm-12.IR数据表示法常见于文献中,一般报道主要吸收波数（cm近红外区：近红外区：12500-4000 cmcm-1-1，分子中，分子中O-H,N-H,C-HO-H,N-H,C-H键在此键在此 区发生倍频振动，属于区发生倍频振动，属于泛频区泛频区。中红外区：中红外区：4000-400 cmcm-1-1，绝大部分有机化合物在此区域，绝大部分有机化合物在此区域 发生基频振动，属于发生基频振动，属于基本振动区基本振动区。远红外区：远红外区：400-25 cmcm-1-1，在此区发生分子的转动光谱和重，在此区发生分子的转动光谱和重原子成键的振动，属于原子成键的振动，属于转动区转动区。红外光可分为三个区红外光可分为三个区:（二）红外光的分区（二）红外光的分区近红外区：12500-4000 cm-1，分子中O-H,N二、分子化学键的振动与能级二、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。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，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。可以在一定范围之内振动而不引起化学键的断裂。（一）双原子分子的振动（一）双原子分子的振动相当于一个谐振子：相当于一个谐振子：二、分子化学键的振动与能级 红外光谱是由于分子的根据根据Newton定律和定律和Hoocke定律：定律：振动方程：振动方程：振动方程：振动方程：折合质量：折合质量k：力常数，：力常数，与与键长键长、键能键能有关：键能有关：键能（大），键（大），键长长(短短)，k。谐振子能级跃迁（基频峰）吸收红外光的频率等于谐振子能级跃迁（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：谐振子的振动频率，方程式与上相同：根据Newton定律和Hoocke定律：振动方程：折合质从基态跃迁到第一激发态，产生的谱带称为从基态跃迁到第一激发态，产生的谱带称为基频基频峰（峰（fundamental bands），特点是峰较强。，特点是峰较强。从基态跃迁到第二激发态，产生的谱带称为从基态跃迁到第二激发态，产生的谱带称为倍频倍频峰（峰（overtone bands），特点是峰较弱。，特点是峰较弱。真实分子的化学键并非理想谐振子，其真实分子的化学键并非理想谐振子，其倍频峰倍频峰频频率稍率稍小于基频峰的小于基频峰的2 2倍倍。红外光谱主要研究化学键的基频峰。红外光谱主要研究化学键的基频峰。从基态跃迁到第一激发态，产生的谱带称为基频峰（fundame1.多原子分子的振动自由度与峰数多原子分子的振动自由度与峰数 双双原原子子分分子子振振动动只只有有伸伸缩缩振振动动一一种种振振动动方方式式，多多原原子子分分子子比比较较复复杂杂，有有不不同同的的振振动动形形式式，简简称称分子自由度。分子自由度。振动自由度振动自由度:指分子独立的振动数目，或基本的指分子独立的振动数目，或基本的振动数目。振动数目。（二）多原子分子的振动（二）多原子分子的振动1.多原子分子的振动自由度与峰数 双原子分子振动只有 分分子子中中每每一一个个原原子子可可以以沿沿X,Y,ZX,Y,Z轴轴方方向向运运动动，有有三三个个自自由由度度。如如果果分分子子由由N N个个原原子子组组成成，应应有有3N3N个自由度。个自由度。振振动动自自由由度度反反映映吸吸收收峰峰数数量量，分分子子振振动动自自由由度度数数目目越越多多，在在红红外外光光谱谱中中出出现现的的峰峰数数就就越越多多，但但吸吸收峰数常少于振动自由度数收峰数常少于振动自由度数。分子中每一个原子可以沿X,Y,Z轴方向运动，有三个自2.2.多原子分子的振动类型多原子分子的振动类型(1)伸缩振动（伸缩振动（stretching vibration）：）：表示表示沿键轴振动，只改变键长，不改变键角沿键轴振动，只改变键长，不改变键角对称伸缩振动（对称伸缩振动（s）不对称伸缩振动（不对称伸缩振动（as）2.多原子分子的振动类型(1)伸缩振动（stretchin对称伸缩振动对称伸缩振动(symmetry stretching vibration)：键长沿键轴方向的运动同时发生键长沿键轴方向的运动同时发生 2850 cm-1sCH2 2870 cm-1sCH3常见的两种伸缩振动对称伸缩振动(symmetry stretching vib反称伸缩振动反称伸缩振动(asymmetry stretching vibration)：键长沿键轴方向的运动交替发生键长沿键轴方向的运动交替发生 2925 cm-1asCH2 2960 cm-1asCH3反称伸缩振动(asymmetry stretching vi(2)弯曲振动（弯曲振动（bending vibration）：）：表示表示 只改变键角，不改变键长只改变键角，不改变键长剪式振动（剪式振动（s）面内摇摆振动（面内摇摆振动（）面外摇摆振动（面外摇摆振动（）扭式振动（扭式振动（）面内弯曲振动（面内弯曲振动（i.p）面外弯曲振动（面外弯曲振动（o.o.p）as s s o.o.p 能量：能量：高频高频低频低频(2)弯曲振动（bending vibration）：表剪式振动剪式振动s s：振动中键角的变化类似剪刀的开闭：振动中键角的变化类似剪刀的开闭面外摇摆面外摇摆：两个：两个X X原子同时向面下或面上的振动原子同时向面下或面上的振动 1465+20 cm-1sCH2 1300 cm-1CH2常见的两种弯曲振动剪式振动s：振动中键角的变化类似剪刀的开闭面外摇摆：两个HCCHHCCH、RCCRRCCR，其，其CCCC（三键）振动（三键）振动 也不能引起红外吸收。也不能引起红外吸收。注意：注意：不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩矩()发生变化的，才能有红外吸收。发生变化的，才能有红外吸收。H H2 2、O O2 2、N N2 2 电荷分布均匀，振动不能引起红外电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。吸收。HCCH、RCCR，其CC（三键）振动 注意：三、峰强及影响因素三、峰强及影响因素1.1.峰强的表示方法峰强的表示方法T%=I/I。X100%很强峰很强峰 100 vs强峰强峰 =20100 s中强峰中强峰 =1020 m弱峰弱峰 =110 w极弱峰极弱峰 C=C；O-H C-H C-C2）分子的对称性）分子的对称性 结构对称，振动对称，偶极矩不变，无吸收峰结构对称，振动对称，偶极矩不变，无吸收峰 红外非活性红外非活性。如：如：CO2的的 s=0 3）振动形式）振动形式 as s；s C=C 0影响偶极矩变化大小的因素：1）原子电负性s C=C 0（2 2）能级的跃迁几率）能级的跃迁几率基态跃迁到第一激发态几率大，所以基频谱带基态跃迁到第一激发态几率大，所以基频谱带强度大。强度大。基态跃迁到第二激发态几率小，所以倍频谱峰基态跃迁到第二激发态几率小，所以倍频谱峰强度弱。强度弱。（2）能级的跃迁几率基态跃迁到第一激发态几率大，所以基频谱带结论：结论：2.偶极矩变化：偶极矩变化：必须是能引起分子偶极矩变化的振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。动才能产生红外吸收光谱。1.频率相当：频率相当：红外辐射光的频率与分子振动的频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，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。而产生吸收光谱。产生红外光谱的必要条件是：产生红外光谱的必要条件是：结论：2.偶极矩变化：必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能1.1.质量效应质量效应3.3.空间效应空间效应4.4.氢键效应氢键效应6.6.振动偶合振动偶合9.9.试样的物理状态试样的物理状态8.8.化学键强度及原子杂化化学键强度及原子杂化类型类型四、影响峰位的因素四、影响峰位的因素7.7.费米共振费米共振10.10.各种各种外部因素外部因素2.2.电子效应电子效应5.5.互变异构互变异构1.质量效应3.空间效应4.氢键效应6.振动偶合9.试样的物1.1.质量效应质量效应组成化学键的原子质量愈小，红外吸收频率越大。C-H 3000 cmC-C 1200 cmC-O 1100 cmC-Cl 800 cmC-Br 550 cmC-I 500 cm-1-1-1-1-1-1根据根据Newton定律和定律和Hoocke定律：定律：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。C-2.2.电子效应电子效应 诱导效应使诱导效应使振动频率振动频率移向移向高波数区高波数区双键性双键性，键能，键能，力常数，力常数K 1）诱导效应（吸电子诱导效应，）诱导效应（吸电子诱导效应，I）2.电子效应 诱导效应使振动频率移向高波数区双键性，问题问题1:下列化合物的下列化合物的C=O吸收波数为什么逐渐变大吸收波数为什么逐渐变大?吸电性吸电性,双键性双键性,K,K,吸收波数吸收波数.问题1:下列化合物的C=O吸收波数为什么逐渐变大?吸电性2）共轭效应）共轭效应（C）共轭共轭使不饱和键使不饱和键振动频率振动频率移向移向低波数区低波数区共轭效应使电子离域共轭效应使电子离域,双键性双键性,K,K,吸收波数吸收波数.2）共轭效应（C）共轭使不饱和键振动频率移向低波数区共问题问题2:下列化合物的下列化合物的C=O吸收波数为什么有吸收波数为什么有 高低之分？高低之分？问题2:下列化合物的C=O吸收波数为什么有p 共轭共轭:羧酸、酯羧酸、酯I+C；高波数方向；高波数方向 C=O1735cm-1酰胺酰胺I+C；低波数方向；低波数方向 C=O1665cm-1p共轭:羧酸、酯酰胺3.3.空间效应空间效应1）场效应（）场效应（F效应）效应）场效应（场效应（Field effect)是通过是通过分子内空间相分子内空间相对位置对位置起作用的，只有在起作用的，只有在立体结构上互相靠近的立体结构上互相靠近的基团基团之间才能产生之间才能产生F效应。如效应。如 卤代酮卤代酮；仅有仅有-I效应效应同电荷反拨，同电荷反拨，C=O双键性双键性1716cm-11728cm-1 C=O3.空间效应1）场效应（F效应）场效应（Fie2）空间位阻）空间位阻2）空间位阻3）跨环共轭效应）跨环共轭效应空间电子效应空间电子效应，由于空间位置接近，由于空间位置接近产生跨环共轭效应产生跨环共轭效应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4）环张力：）环张力：环外环外双键随双键随环的减小环的减小，频率增加频率增加 环内环内双键随双键随环的减小环的减小，频率降低频率降低1716 cm-1 1745 cm-1 1775 cm-1 1850 cm-11650 cm-1 1657 cm-1 1678 cm-1 1781 cm-11639 cm-1 1623 cm-1 1566 cm-1 1541 cm-14）环张力：环外双键随环的减小，频率增加 1716 cm-14.4.氢键效应氢键效应注意：分子内氢键，不受注意：分子内氢键，不受注意：分子内氢键，不受注意：分子内氢键，不受浓度浓度影响影响影响影响分子内氢键分子内氢键使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽分子内氢键：分子内氢键：4.氢键效应注意：分子内氢键，不受浓度影响分子内氢键使伸缩频分子间氢键：分子间氢键：羧酸羧酸醇酚类醇酚类注意：注意：分子间氢键，受浓度影响较大，分子间氢键，受浓度影响较大，浓度稀释，吸收峰位发生变化浓度稀释，吸收峰位发生变化分子间氢键分子间氢键使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽分子间氢键：羧酸醇酚类注意：分子间氢键，受浓度影响较大，分子乙醇不同浓度下，乙醇不同浓度下，-OH的伸缩振动吸收峰的伸缩振动吸收峰乙醇不同浓度下，-OH的伸缩振动吸收峰第二章红外光谱原理教材课件第二章红外光谱原理教材课件5.5.分子互变结构分子互变结构5.分子互变结构6.6.振动偶合效应振动偶合效应裂分为两个峰裂分为两个峰相同基团分子中靠近，特征吸收峰分裂为两个峰相同基团分子中靠近，特征吸收峰分裂为两个峰6.振动偶合效应裂分为两个峰相同基团分子中靠近，特征吸收峰第二章红外光谱原理教材课件7.7.费米共振费米共振 当倍频峰位于某强的基频峰附近时，弱的倍频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。偶合称为费米共振。如：苯甲酰氯如：苯甲酰氯 羰基：羰基：1730cm-1;C-Cl的伸缩振动频率的伸缩振动频率875cm-1,其倍频峰与羰基发生费米共振，二者吸收强其倍频峰与羰基发生费米共振，二者吸收强度都增强。度都增强。7.费米共振 当倍频峰位于某强的基频峰附近时，杂化轨道中杂化轨道中s轨道成分轨道成分，键能，键能，键长，键长，饱和饱和C原子为原子为sp3杂化杂化：C-H小于小于3000cm-1 不饱和不饱和C原子（原子（sp2、sp杂化）：杂化）：C-H大于大于3000cm-1 8.8.化学键强度及原子杂化类型化学键强度及原子杂化类型化学键越强，力常数化学键越强，力常数K K越大，越大，IRIR吸收频率越大。吸收频率越大。2150cm 1650cm 1200cm -1-1-1杂化轨道中s轨道成分，键能，键长，饱和C原子为sp第二章红外光谱原理教材课件10.10.各种外部因素各种外部因素溶剂极性溶剂极性，极性基团的伸缩振动频率，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。色散元件性能优劣影响相邻峰的分辨率。受溶剂的极性和仪器色散元件性能等方面影响。受溶剂的极性和仪器色散元件性能等方面影响。9.9.试样的物理状态试样的物理状态同一化合物在气态、液态和固态时，由于分子间同一化合物在气态、液态和固态时，由于分子间作用力不同，作用力不同，IRIR光谱各不相同。光谱各不相同。10.各种外部因素溶剂极性，极性基团的伸缩振动频率受溶剂总结：总结：2.2.电子效应电子效应 诱导效应使诱导效应使振动频率振动频率移向移向高波数区高波数区 共轭共轭使不饱和键使不饱和键振动频率振动频率移向移向低波数区低波数区1.1.质量效应质量效应 组成化学键的原子质量愈小质量愈小，红外吸收频率越大吸收频率越大总结：2.电子效应 诱导效应使振动频率移向高波数区3.3.空间效应空间效应空间位阻越大，红外吸收频率越小空间位阻越大，红外吸收频率越小环外环外双键随双键随环的减小环的减小，吸收频率增加吸收频率增加 环内环内双键随双键随环的减小环的减小，吸收频率降低吸收频率降低4.4.氢键效应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，谱带变宽使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽分子间氢键分子间氢键使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽5.5.化学键强度及原子杂化化学键强度及原子杂化类型类型杂化轨道中杂化轨道中s轨道成分轨道成分，键能，键能，键长，键长，3.空间效应空间位阻越大，红外吸收频率越小4.氢键效应分子内第二节第二节 红外光谱中的重要吸收区段红外光谱中的重要吸收区段一、几个重要的概念一、几个重要的概念 包括包括含含H的各种单键的各种单键、双键双键和和三键三键的的伸缩振动伸缩振动 及部分及部分含单键基团含单键基团的的面内弯曲振动面内弯曲振动 特点：吸收峰稀疏、较强，易辨认特点：吸收峰稀疏、较强，易辨认注意：注意：特征峰常出现在特征谱带区特征峰常出现在特征谱带区1.特征区：特征区：主要官能团主要官能团的特征吸收区。的特征吸收区。4000-1300 cm-1 （特征峰）（特征峰）官能团区、基团频率区官能团区、基团频率区第二节 红外光谱中的重要吸收区段一、几个重要的概念 包括含H3.相关峰：相关峰：相互依存相互依存而又可以而又可以相互佐证相互佐证的吸收峰。的吸收峰。包含包含CX（X：O，H，N）单键的伸缩振动单键的伸缩振动及各及各 种种面内弯曲振动面内弯曲振动 特点：吸收峰密集、难辨认特点：吸收峰密集、难辨认指纹指纹2.指纹区指纹区：1300-400 cm-1 的低频区。的低频区。如如:分子中有分子中有-CH=CH-时，在时，在1650cm-1左右有左右有C=C的的 振动振动吸收，在吸收，在3000cm-1区也一定有区也一定有=C-H 振动振动吸收。吸收。3.相关峰：相互依存而又可以相互佐证的吸收峰。包含CXO-H、N-H3750-3000 =CH3300-3000-CH3-CH2 CH CHO OCH3 3000-2700 2400-2100 C=O1900-1650C=C C=N1680-1500C-H弯曲振动弯曲振动1475-1300=C-H Ar-H弯曲振动弯曲振动1000-650二、红外光谱中的八个重要区段二、红外光谱中的八个重要区段O-H、N-H =CH-CH3-CH2 CH 2 O-H：3700-3200 cm-1 s游离游离O-H：3700-3500 cm-1 s缔合缔合O-H：3500-3200 cm-1 sCOOH：3000-2500 cm-1 br s判断有无判断有无醇类醇类、酚类酚类、有机酸有机酸类的重要依据类的重要依据1.O-H1.O-H、N-HN-H伸缩振动区（伸缩振动区（3700-3000 cm3700-3000 cm-1-1）O-H：3700-3200 cm-1 s游离O第二章红外光谱原理教材课件 N-H：3500-3100 cm-1 特点：吸收比特点：吸收比 O-H 弱（弱（w），峰形尖锐），峰形尖锐 N-H：3500-3100 cm-1 胺成盐：胺成盐：低频位移低频位移至至32002200cm-1 特点：吸收增强（特点：吸收增强（s），形成），形成宽的谱带宽的谱带 胺成盐：低频位移至32002200cm-13300 cm-1 S3100-3000 cm-1；弱；弱中强中强3100-3000 cm-1；弱；弱中中2.不饱和不饱和C-H伸缩振动区（伸缩振动区（3300-3000 cm-1）3300 cm-1 S3100-3000 cm-1；弱CH3：as、s，2960、2876cm-1，vsCH2：as、s，2930、2850cm-1，vsCH：，2890cm-1，vs正十二烷正十二烷3.饱和饱和C-H伸缩振动区（伸缩振动区（3000-2700 cm-1）CH3：as、s，2960、2876cm-1，vsCH2C-H:2960-2850 cm-1 s-OCH3:2830 cm-1 m-CHO:2820，2720（特征尖锐，）（特征尖锐，）cm-1 m-O-CH2-O:2780-2765 cm-1 w其它饱和其它饱和C-H和醛基和醛基C-H伸缩振动区伸缩振动区C-H:2960-2850 cm-1 第二章红外光谱原理教材课件283028304.三键伸缩振动区（三键伸缩振动区（2400-2100 cm-1）二取代炔二取代炔R-CC-RR-CC-R吸收很弱，对称炔吸收很弱，对称炔R-CC-RR-CC-R无吸无吸收。收。除除CCCC、CNCN外，其它基团在此无吸收，判断三外，其它基团在此无吸收，判断三键存在键存在4.三键伸缩振动区（2400-2100 cm-1）二取代5.羰基羰基C=O伸缩振动区（伸缩振动区（1900-1650 cm-1）诱导效应、共轭效应、氢键等都会影响诱导效应、共轭效应、氢键等都会影响羰基羰基的峰位的峰位峰位排序：酸酐峰位排序：酸酐峰位排序：酸酐峰位排序：酸酐 酰卤酰卤酰卤酰卤 羧酸（游离）羧酸（游离）羧酸（游离）羧酸（游离）酯类酯类酯类酯类 醛醛醛醛 酮酮酮酮 酰胺酰胺酰胺酰胺红外光谱第一强峰，非常特征，判断羰基的依据红外光谱第一强峰，非常特征，判断羰基的依据5.羰基C=O伸缩振动区（1900-1650 cm-1 第二章红外光谱原理教材课件芳香羰基化合物芳香羰基化合物IRIR图比较图比较芳香羰基化合物IR图比较C=C 吸收比羰基弱，分子对称吸收比羰基弱，分子对称，吸收，吸收6.C=C 对称伸缩振动区（对称伸缩振动区（1680-1500 cm-1）C=C 吸收比羰基弱，分子对称，吸收6.C=C 对称伸芳香化合物芳香化合物C=C伸缩振动（伸缩振动（芳环骨架振动芳环骨架振动）：）：1600、1500cm-1左右产生左右产生1或以上个强峰或以上个强峰芳香化合物C=C伸缩振动（芳环骨架振动）：硝基化合物硝基化合物N=O不对称伸缩振动（不对称伸缩振动（as）：）：1600-1500cm-1，s硝基化合物N=O不对称伸缩振动（as）：7.C-H弯曲振动区（面内）弯曲振动区（面内）(1475-1300 cm-1)as（CH3、CH2）：）：14701430cm-1，m s（孤立甲基）：（孤立甲基）：1380cm-1，单峰，中单峰，中强强 s（谐二甲基）：（谐二甲基）：1380cm-1，双峰，强度相等，双峰，强度相等 s（谐三甲基）：（谐三甲基）：1380cm-1，双峰，一强一弱，双峰，一强一弱7.C-H弯曲振动区（面内）(1475-1300 cm-第二章红外光谱原理教材课件C-O伸缩振动：伸缩振动：1300-1000cm-1，强宽强宽吸收吸收 醇、酚、醚、羧酸、酯类化合物的醇、酚、醚、羧酸、酯类化合物的 C-O，鉴定有价值，相关峰鉴定有价值，相关峰1300-1000cm-1:C-O、C-N、C-C伸缩振动伸缩振动=C-H、Ar-H弯曲振动区（面外）弯曲振动区（面外）1000-650 cm-1:8.指纹区（指纹区（1300400cm-1）C-O伸缩振动：1300-1000cm-1，强宽吸收 第二章红外光谱原理教材课件=C-H、Ar-H弯曲振动区（面外）弯曲振动区（面外）根据根据=C-H的面外弯曲，的面外弯曲，可以确定烯烃的取代特征可以确定烯烃的取代特征根据根据Ar-H的面外弯曲，的面外弯曲，可以确定苯环的取代类型可以确定苯环的取代类型注意：并非每一谱带都与化合物中的官能团有注意：并非每一谱带都与化合物中的官能团有 对应关系对应关系 特别是指纹区的吸收谱带特别是指纹区的吸收谱带 1000-650 cm-1:=C-H、Ar-H弯曲振动区（面外）根据=C-H的面外弯曲烯烃烯烃=C-H的面外弯曲振动的面外弯曲振动RCH=CH2 990、910cm-1 强峰强峰RCH=CHR（顺）（顺）690cm-1 中至强中至强RCH=CHR（反）（反）970cm-1 中至强中至强R2C=CH2 890cm-1 中至强中至强R2C=CHR 840-790cm-1 中至强中至强烯烃=C-H的面外弯曲振动RCH=CH2 第二章红外光谱原理教材课件芳烃芳烃Ar=C-H的面外弯曲振动的面外弯曲振动取代类型取代类型C-H面外弯曲振动吸收峰位置（面外弯曲振动吸收峰位置（cm-1）苯苯670单取代单取代770-730（vs），），710-690（s）二取代二取代1，2-770-735（vs）1，3-900-860，810-750(s)，725-6801，4-833-810(vs)三取代三取代1，2，3-780-760，745-7051，2，4-885-870，825-8051，3，5-865-810，730-675四取代四取代1，2，3，4-810-8001，2，3，5-850-8401，2，4，5-870-855五取代五取代870用于判断苯环取代类型用于判断苯环取代类型芳烃Ar=C-H的面外弯曲振动取代类型C-H面外弯曲振动吸收770-730（vs）710-690（s）770-735（vs）900-860810-750(s)725-680833-810(vs)780-760(s)745-705885-870825-805(s)770-730（vs）770-735（vs）900-8608第三节第三节 各类化合物的典型红外光谱各类化合物的典型红外光谱一、脂肪烃类化合物一、脂肪烃类化合物（一）烷烃（一）烷烃 1.C-H伸缩振动伸缩振动C-H(饱和饱和):3000 2700 cm-1 (强强)asCH2 2925 cm (强强)-1sCH2 2850 cm (强强)-1asCH3 2960 cm (很强很强)-1sCH3 2870 cm (很强很强)-1CH 2890 cm (中强中强,易淹没易淹没)-1第三节 各类化合物的典型红外光谱一、脂肪烃类化合物（一）烷2.C-H弯曲振动弯曲振动3.C-C骨架振动骨架振动C-C 1250 1140 cm (弱弱 强强)-1 sC(CH3)3不等强度裂分为不等强度裂分为1395cm 和和1365cm 双峰双峰-1-1 asCH3 1450 cm (中中)-1 sC(CH3)2等强度裂分为等强度裂分为1385cm 和和1375cm 双峰双峰-1-1 sCH2 1465+20 cm (中中)-1 720 cm (n 4)-1CH2 sCH3 1380 cm (中中 强强)-1-平面内弯曲振动平面内弯曲振动)(-平面内摇摆振动平面内摇摆振动)(2.C-H弯曲振动3.C-C骨架振动C-C 1250 第二章红外光谱原理教材课件（二）烯烃（二）烯烃1=C-H振动振动=CH 3100 3000 cm (弱弱 中强中强)RCH=CH2 990、910cm-1 强峰强峰RCH=CHR（顺）（顺）690cm-1 中至强中至强RCH=CHR（反）（反）970cm-1 中至强中至强R2C=CH2 890cm-1 中至强中至强R2C=CHR 840-790cm-1 中至强中至强面外弯曲振动面外弯曲振动（二）烯烃1=C-H振动=CH 3100 3000 2C=C骨架振动骨架振动 C=C 1650 cm-1 (弱弱 不定不定)发生发生-共轭或共轭或n-共轭共轭共轭效应共轭效应 将使吸收峰位移向低波数区将使吸收峰位移向低波数区1030 cm-12C=C骨架振动C=C 1650 cm-1 第二章红外光谱原理教材课件（三）炔烃（三）炔烃1C-H振动振动 CH 630 cm-1 (强强)CH 3300cm-1 (强强)2CC骨架振动骨架振动 注注:取代基完全对称时，峰消失取代基完全对称时，峰消失 CC 2200cm-1 (强强)（三）炔烃1C-H振动CH 630 cm-1 第二章红外光谱原理教材课件第二章红外光谱原理教材课件二、芳香族化合物的特征吸收二、芳香族化合物的特征吸收1芳氢伸缩振动芳氢伸缩振动2 2芳环骨架伸缩振动芳环骨架伸缩振动确定苯环存在确定苯环存在二、芳香族化合物的特征吸收1芳氢伸缩振动2芳环骨架伸缩振取代类型取代类型C-H面外弯曲振动吸收峰位置（面外弯曲振动吸收峰位置（cm-1）苯苯670单取代单取代770-730（vs），），710-690（s）二取代二取代1，2-770-735（vs）1，3-900-860，810-750(s)，725-6801，4-833-810(vs)三取代三取代1，2，3-780-760，745-7051，2，4-885-870，825-8051，3，5-865-810，730-675四取代四取代1，2，3，4-810-8001，2，3，5-850-8401，2，4，5-870-855五取代五取代870芳烃芳烃Ar=C-H的面外弯曲振动的面外弯曲振动取代类型C-H面外弯曲振动吸收峰位置（cm-1）苯670单取第二章红外光谱原理教材课件第二章红外光谱原理教材课件第二章红外光谱原理教材课件三、醇、酚、醚三、醇、酚、醚(一）醇、酚一）醇、酚 1O-H伸缩振动：伸缩振动：2C-O伸缩振动：伸缩振动：注：酚还具有苯环特征注：酚还具有苯环特征注：酚还具有苯环特征注：酚还具有苯环特征1300-1000cm-1，强宽强宽吸收吸收三、醇、酚、醚(一）醇、酚 1O-H伸缩振动：2C-O伸第二章红外光谱原理教材课件第二章红外光谱原理教材课件第二章红外光谱原理教材课件（二）醚（二）醚1链醚和环醚链醚和环醚2芳醚和烯醚芳醚和烯醚（二）醚1链醚和环醚2芳醚和烯醚第二章红外光谱原理教材课件芳甲醚的IR图谱芳甲醚的IR图谱第二章红外光谱原理教材课件四、羰基化合物四、羰基化合物峰位排序：酸酐峰位排序：酸酐峰位排序：酸酐峰位排序：酸酐 酰卤酰卤酰卤酰卤 羧酸羧酸羧酸羧酸（游离）（游离）酯类酯类酯类酯类 醛醛醛醛 酮酮酮酮 酰胺酰胺酰胺酰胺（一）醛、酮、酰氯（一）醛、酮、酰氯1酮酮2醛醛3.酰氯酰氯四、羰基化合物峰位排序：酸酐 酰卤 羧酸（游离）第二章红外光谱原理教材课件（二）羧酸、酯、酸酐（二）羧酸、酯、酸酐1羧酸羧酸2酯酯3酸酐酸酐（二）羧酸、酯、酸酐1羧酸2酯3酸酐第二章红外光谱原理教材课件五、含氮化合物五、含氮化合物（一）胺（一）胺特征区分特征区分特征区分特征区分 五、含氮化合物（一）胺特征区分 伯胺IR图谱伯胺IR图谱仲胺IR图谱仲胺IR图谱叔胺IR图谱叔胺IR图谱第二章红外光谱原理教材课件（二）酰胺（二）酰胺 注注:共轭共轭 诱导诱导 波数波数特征区分特征区分特征区分特征区分（二）酰胺 注:共轭 诱导 波数特征区分伯酰胺IR图谱伯酰胺IR图谱芳香伯酰胺IR图谱芳香伯酰胺IR图谱仲酰胺IR图谱仲酰胺IR图谱（三）硝基（三）硝基（三）硝基第二章红外光谱原理教材课件（四）腈（四）腈（四）腈第二章红外光谱原理教材课件第四节第四节IRIR在有机化合物结构分析中的在有机化合物结构分析中的应用应用一、根据一、根据IR图谱推断结构图谱推断结构1.1.根据根据IRIR图谱推出碳架类型图谱推出碳架类型2.2.根据根据IRIR图谱特征区吸收推出各种官能团图谱特征区吸收推出各种官能团3.3.根据相关峰进一步确定各种官能团及相互关系根据相关峰进一步确定各种官能团及相互关系4.4.结合指纹区吸收峰，将所有信息综合起来，结合指纹区吸收峰，将所有信息综合起来，进一步推出化合物结构进一步推出化合物结构第四节IR在有机化合物结构分析中的应用一、根据IR图谱推断二、鉴别化合物的真伪二、鉴别化合物的真伪1.1.与标准品与标准品IRIR图谱对照图谱对照2.2.与标准图谱对照与标准图谱对照注意：要与标准图谱的测定条件一致（仪器、试注意：要与标准图谱的测定条件一致（仪器、试样状态、溶剂等）样状态、溶剂等）二、鉴别化合物的真伪1.与标准品IR图谱对照2.与标准图谱对 4.4.区别互变异构与同分异构体区别互变异构与同分异构体三、确定立体构型三、确定立体构型2.2.区别顺反异构体区别顺反异构体 1.1.区别固体样品的光学异构体区别固体样品的光学异构体3.3.区别构象异构体区别构象异构体 4.区别互变异构与同分异构体三、确定立体构型2.区别顺反异图谱解析练习图谱解析练习某化合物某化合物C9H10OU=（92210）/2 5如只有如只有C,H,O,不饱和度等于：不饱和度等于：C原子个数加原子个数加1，减去，减去H原子个数原子个数首先根据分子式计算不饱和度首先根据分子式计算不饱和度U=不饱和度大于等于不饱和度大于等于4，可能含有苯环，可能含有苯环图谱解析练习某化合物C9H10OU=（92210）/2例例1 分子式为分子式为C8H8O化合物化合物IR如下，推断其结构？如下，推断其结构？U=（8228）/25，可能有苯环，可能有苯环160015801690700750共轭羰基共轭羰基苯环单取代苯环单取代结构式：结构式：29601380甲基甲基例1 分子式为C8H8O化合物IR如下，推断其结构？U=（8例例2 2 未知物分子式为未知物分子式为C C8 8H H1616，其红外图谱如下图所其红外图谱如下图所示，试推其结构。示，试推其结构。例2 未知物分子式为C8H16，其红外图谱如下图所示，试推其解：由其分子式可计算出该化合物不饱和度为解：由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1 1，即该化合物，即该化合物具有一个烯基或一个环。具有一个烯基或一个环。3079cm3079cm-1-1处有吸收峰，说明存在与不饱和碳相连的氢，因此处有吸收峰，说明存在与不饱和碳相连的氢，因此该化合物肯定为烯，在该化合物肯定为烯，在1642cm1642cm-1-1处还有处还有C=CC=C伸缩振动吸收，更伸缩振动吸收，更进一步证实了烯基的存在。进一步证实了烯基的存在。解：由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1，即该化合物具有一910910、993cm993cm-1-1处的处的C-HC-H弯曲振动吸收说明该化合物有端乙烯基，弯曲振动吸收说明该化合物有端乙烯基，1823cm1823cm-1-1的吸收是的吸收是910910吸收的倍频。吸收的倍频。从从29282928、1462cm1462cm-1-1的较强吸收及的较强吸收及29512951、1379cm 1379cm-1-1的较弱吸收知的较弱吸收知未知物未知物CHCH2 2多，多，CHCH3 3少。少。综上可知，未知物（主体）为正构端取代乙烯，即综上可知，未知物（主体）为正构端取代乙烯，即1-1-辛稀。辛稀。CHCH2 2=CH(CH=CH(CH2 2)5 5CHCH3 3910、993cm-1处的C-H弯曲振动吸收说明该化合物有端例例3 3：未知物分子式为：未知物分子式为C C3 3H H6 6O O，其红外图如下图所，其红外图如下图所示，试推其结构。示，试推其结构。例3：未知物分子式为C3H6O，其红外图如下图所示，试推其结1.1.由其分子式可计算出该化合物不饱和度为由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1 1。2.2.以以30843084、30143014、16471647、993993、919cm919cm-1-1等处的吸收峰，可判断等处的吸收峰，可判断出该化合物具有端取代乙烯。出该化合物具有端取代乙烯。3.3.因分子式含氧，在因分子式含氧，在3338cm3338cm-1-1处又有吸收强、峰形圆而钝的谱处又有吸收强、峰形圆而钝的谱带。因此该未知化合物必为醇类化合物。再结合带。因此该未知化合物必为醇类化合物。再结合1028cm1028cm-1-1的吸的吸收，知其为伯醇。收，知其为伯醇。综合上述信息，未知物结构为：综合上述信息，未知物结构为：CHCH2 2=CH-CH=CH-CH2 2-OH-OH。1.由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1。例例4 4 未知物分子式为未知物分子式为C C1212H H2424O O2 2，其红外图如下图所，其红外图如下图所示，试推其结构。示，试推其结构。例4 未知物分子式为C12H24O2，其红外图如下图所示，试1.1.1 12.1703cm2.1703cm-1-1处的强吸收知该化合物含羰基，与一个不饱和度处的强吸收知该化合物含羰基，与一个不饱和度相符。相符。3.29203.2920、2851cm2851cm-1-1处的吸收很强而处的吸收很强而29562956、2866cm2866cm-1-1处的吸收处的吸收很弱，这说明很弱，这说明CHCH2 2的数目远多于的数目远多于CHCH3 3的数目，的数目，723cm723cm-1-1的显著吸的显著吸收所证实，说明未知物很可能具有一个直链的长碳链。收所证实，说明未知物很可能具有一个直链的长碳链。1.14.29564.2956、2851cm2851cm-1-1的吸收是叠加在另一个宽峰之上的，从其底的吸收是叠加在另一个宽峰之上的，从其底部加宽可明显地看到这点。从分子式含两个氧知此宽峰来自部加宽可明显地看到这点。从分子式含两个氧知此宽峰来自OH,OH,很强的波数位移说明有很强的氢键缔合作用。结合很强的波数位移说明有很强的氢键缔合作用。结合1703cm1703cm-1 1的羰基吸收，可推测未知物含羧酸官能团。的羰基吸收，可推测未知物含羧酸官能团。940940、13051305、1412cm1412cm-1-1等处的吸收进一步说明羧酸官能团的存在。等处的吸收进一步说明羧酸官能团的存在。综上所述，未知物结构为：综上所述，未知物结构为：CHCH3 3（CHCH2 2）1010COOHCOOH4.2956、2851cm-1的吸收是叠加在另一个宽峰之上的例例5 5 未知物分子式为未知物分子式为C C9 9H H7 7ONON，其红外图如下图，其红外图如下图所示，试推其结构。所示，试推其结构。例5 未知物分子式为C9H7ON，其红外图如下图所示，试推第二章红外光谱原理教材课件峰归属如下：峰归属如下：峰归属如下：第二章红外光谱原理教材课件例例6例6第二章红外光谱原理教材课件例例7 分子式为分子式为 C8H7N，红外光谱如下，试推其结构。，红外光谱如下，试推其结构。U=（82+2-7+1）/26，可能有苯环，可能有苯环例7 分子式为 C8H7N，红外光谱如下，试推其结构。U=第二章红外光谱原理教材课件1.U62.可能有苯环可能有苯环，此推测由，此推测由3068、1609、1509的吸收峰所证实，由的吸收峰所证实，由817cm-1的强吸收的强吸收知该化合物含知该化合物含对位取代对位取代苯环。苯环。3.2229 cm-1的吸收是很特征的的吸收是很特征的CN吸收。吸收。4.2926、1460、1380cm-1为甲基的吸收。为甲基的吸收。综合上述信息及分子式，可知该化合物为：综合上述信息及分子式，可知该化合物为：对甲基苯腈对甲基苯腈1.U6练习题练习题1.在红外光谱分析中，用 KBr制作为试样池，这是因为：A KBr 晶体在 4000 400cm-1 范围内不会散射红外光 B KBr 在 4000 400 cm-1 范围内有良好的红外光吸收特性 C KBr 在在 4000 400 cm-1 范围内无红外光吸收范围内无红外光吸收 D 在 4000 400 cm-1 范围内，KBr 对红外无反射 2.并不是所有的分子振动形式其相应的红外谱带都能被观 察到，这是因为：A 分子既有振动运动，又有转动运动，太复杂 B 分子中有些振动能量是简并的分子中有些振动能量是简并的 C 因为分子中有 C、H、O 以外的原子存在 D 分子某些振动能量相互抵消了 3.在以下三种分子式中 CC 双键的红外吸收最强的是：A CH3CH=CH2 B CH3 CH=CHCH3（顺式）C CH3CH=CHCH3（反式）1.在红外光谱分析中，用 KBr制作为试样池，这是因为：4.红外吸收光谱的产生是由于：A 分子外层电子、振动、转动能级的跃迁 B 原子外层电子、振动、转动能级的跃迁 C 分子振动-转动能级的跃迁 D 分子外层电子的能级跃迁 5.一个含氧化合物的红外光谱图在3600 3200cm-1 有吸收峰,下列化合物最可能的是:A CH3CHO B CH3CO-CH3 C CH3CHOH-CH3 D CH3O-CH2-CH3 6.下列关于分子振动的红外活性的叙述中正确的是：A 凡极性分子的各种振动都是红外活性振动B 极性键的伸缩和变形振动都是红外活性振动C 分子的偶极矩在振动时周期地变化即为红外活性振动 D 非极性分子的各种振动都不是红外活性振动4.红外吸收光谱的产生是由于：5.一个含氧化合物的红7.根据下列化合物图谱，推断结构中可能含有哪些官能团根据下列化合物图谱，推断结构中可能含有哪些官能团7.根据下列化合物图谱，推断结构中可能含有哪些官能团8.根据下列化合物图谱，推断结构中是否有炔、烯、苯环根据下列化合物图谱，推断结构中是否有炔、烯、苯环等不饱和键？等不饱和键？8.根据下列化合物图谱，推断结构中是否有炔、烯、苯环等不饱和9.在下列化合物图谱中在下列化合物图谱中3421为宽强峰，试推断其原因。为宽强峰，试推断其原因。9.在下列化合物图谱中3421为宽强峰，试推断其原因。10.分析下面两个图谱，得出什么结论？分析下面两个图谱，得出什么结论？10.分析下面两个图谱，得出什么结论？11.根据下列化合物图谱，推断结构中是否有根据下列化合物图谱，推断结构中是否有CH3CH2等等结构片段？结构片段？11.根据下列化合物图谱，推断结构中是否有CH3CH2等结12.根据下列化合物图谱，推断其结构类型。根据下列化合物图谱，推断其结构类型。12.根据下列化合物图谱，推断其结构类型。13.下列3 3个化合物是同分异构体，怎是同分异构体，怎样利用利用IRIR光光谱进行区行区别？13.下列3个化合物是同分异构体，怎样利用IR光谱进行区别？14.怎样利用IR图谱区别下列3个化合物？可以用HPLC进行定量测定吗？Anilineazobenzenebenzylamine14.怎样利用IR图谱区别下列3个化合物？可以用HPLC进 第二章第二章 红外光谱红外光谱 思考题思考题1.1.在红外光谱中在红外光谱中,分子振动有哪几种类型分子振动有哪几种类型?2.2.何谓基频峰？何谓倍频峰？何谓基频峰？何谓倍频峰？3.3.在红外光谱中在红外光谱中,影响峰位、峰强的因素有影响峰位、峰强的因素有哪些？它们是如何影响的？哪些？它们是如何影响的？4.4.在红外光谱中有哪两个重要区段？分布在在红外光谱中有哪两个重要区段？分布在什么范围？什么范围？5.5.列出红外光谱的列出红外光谱的8 8个重要区段。个重要区段。6.6.列出各类化合物的特征吸收。列出各类化合物的特征吸收。7.7.列出紫外光谱与红外光谱的异同点。列出紫外光谱与红外光谱的异同点。第二章 红外光谱 思考题The EndThe EndThe End