红外光谱原理及解析课件

【基本内容】红外光谱的基本知识、重要吸收区段以及在结构研红外光谱的基本知识、重要吸收区段以及在结构研究中的应用。究中的应用。【基本要求】掌握：掌握：掌握：掌握：红外光谱提供的信息与化合物结构间的相红外光谱提供的信息与化合物结构间的相互关系以及重要吸收区段。互关系以及重要吸收区段。熟悉：熟悉：熟悉：熟悉：红外光谱在化合物结构解析中的应用。红外光谱在化合物结构解析中的应用。第三章第三章 红外吸收光谱红外吸收光谱2024/7/71有机波谱解析2015-1【基本内容】第三章红外吸收光谱2023/8/131有机1 1）红外吸收只有振）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；转跃迁，能量低；2 2）应应用用范范围围广广：除除单单原原子子分分子子及及单单核核分分子子外外，几几乎乎所所有有有有机机物物均有红外吸收；均有红外吸收；3 3）红红外外光光谱谱特特征征性性强强“分分子子指指纹纹光光谱谱”。分分子子结结构构更更为为精精细细的的表表征征，通通过过IRIR谱谱的的波波数数位位置置、波波峰峰数数目目及及强强度度确确定定分分子子基基团、分子结构；团、分子结构；4 4）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；5 5）分析速度快，快速测量时可达到）分析速度快，快速测量时可达到6060张谱张谱/秒秒6 6）光谱数据积累较多。光谱数据积累较多。1.2.红外光谱法特点红外光谱法特点一、概述1.1.1.1.红外光谱的发展红外光谱的发展1)1)19471947年，第一代双光束红外光谱，棱镜年，第一代双光束红外光谱，棱镜2)2)2020世纪世纪6060年代，第二代，光栅年代，第二代，光栅3)3)7070年代后期，第三代，干涉型傅里叶变换红外光谱仪年代后期，第三代，干涉型傅里叶变换红外光谱仪4)4)近年来，第四代激光红外分光光度计。近年来，第四代激光红外分光光度计。2024/7/72有机波谱解析2015-11）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；1.2.红外光谱法特点1.3.红外光区划分红外光区划分红外光谱红外光谱(0.751000 m)远红外远红外(转动区转动区)(25-1000 m)中红外中红外(振动区振动区)(2.525 m)近红外近红外(泛频）泛频）(0.752.5 m)绝大多数基团的基频振动吸收分子振动转动分子振动转动分子转动分子转动价键转动、晶格转动分区及波长范围分区及波长范围 跃迁类型跃迁类型用于研究单键的倍频、组频吸收,（如0-H,N-H,C-H键。）这个区域的吸收很弱2024/7/73有机波谱解析2015-11.3.红外光区划分红外光谱远红外(转动区)中红外(振动区电子基态电子激发态电子跃迁振动跃迁转动跃迁2341平动能平动能E Et t:能级差小,近似地看成能量变化是连续的连续的转动能转动能E Er r:能级差(3.510-3 510-2eV)振动能振动能E E:能级差(510-2 1eV)电子能电子能E Ee e:能级差(1 20eV)能量变化-量子化2.1.2.1.化学建的振动化学建的振动分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振振-转光谱转光谱二二.化学键的振动化学键的振动2024/7/74有机波谱解析2015-1电子基态电子激发态电子跃迁振动跃迁转动跃迁2341平动能Et2024/7/7有机波谱解析2015-15相对强度1 1有机物分子有机物分子有机物分子有机物分子用频率连续变化的单色光用频率连续变化的单色光照射照射选择性吸收与能级选择性吸收与能级跃迁相对应的跃迁相对应的特定频率的光特定频率的光光谱光谱仪器记录仪器记录2.吸收光谱吸收光谱透过透过吸收吸收2023/8/13有机波谱解析2015-15相对强度1有2.2.振动能级跃迁振动能级跃迁 红外光谱产生的条件红外光谱产生的条件 条件一：条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。根据量子力学原理，分子振动能量根据量子力学原理，分子振动能量E Ev v 是量子化的，是量子化的，即即 E E V V=（V+1/2V+1/2）h h -分子振动频率，V-振动量子数，值取 0，1，2，只有当只有当 E Ea a=E EV V 时，才可能发生振转跃迁。时，才可能发生振转跃迁。2024/7/76有机波谱解析2015-12.2.振动能级跃迁红 红外活性振动：当分子振动时，只有偶极矩发生变化的振红外活性振动：当分子振动时，只有偶极矩发生变化的振动才产生红外吸收，这种振动称为红外活性振动。动才产生红外吸收，这种振动称为红外活性振动。条件二：条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用辐射与物质之间必须有耦合作用 qr物质吸收辐射实质上是外界辐射转移它的能量到分子中去，而这种能量的转移是通过偶极矩的变化来实现的。正、负电荷中心间的距离r和电荷中心所带电量q的乘积，叫做偶极矩=rq。它是一个矢量，方向规定为从负电荷中心指向正电荷中心。偶极矩的单位是D（德拜）。偶极矩变化越大，活性越强，吸收强度越大。偶极矩变化越大，活性越强，吸收强度越大。某些极性键如某些极性键如COCO2 2在振动时可以产生瞬间偶极矩的变化，也在振动时可以产生瞬间偶极矩的变化，也会产生红外吸收。会产生红外吸收。2024/7/77有机波谱解析2015-1红外活性振动：当分子振动时，只有偶极矩发生变化的振动才产2024/7/78有机波谱解析2015-12023/8/138有机波谱解析2015-1CHHCHH剪式振动剪式振动平面摇摆平面摇摆CHH+CHH+非平面摇摆非平面摇摆扭曲振动扭曲振动CHH反对称反对称 伸缩振动伸缩振动(as)对称对称 伸缩振动伸缩振动(s)伸缩振动伸缩振动面内弯曲面内弯曲(面内面内)面外弯曲面外弯曲(面外面外)弯曲振动弯曲振动振动类型振动类型高频区高频区低频区低频区2.3 2.3 分子的振动类型分子的振动类型亚甲基的振动形式亚甲基的振动形式键角不变键角不变,键长改变键长改变键长不变键长不变,键角改变键角改变CHH2024/7/79有机波谱解析2015-1CHHCHH剪式振动平面摇摆CHH+CHH+非平面摇摆扭曲多多原原子子基基团团有有更更多多的的振振动动形形式式，可可以以出出现现一一个个以以上上基基频频振振动吸收带动吸收带,吸收带的数目与分子的自由度有关。吸收带的数目与分子的自由度有关。自自由由度度的的数数目目等等于于分分子子中中所所有有原原子子在在空空间间的的位位置置所所需需要要坐坐标的总数。标的总数。3 3N=N=平动平动+转动转动+振动振动 振动自由度振动自由度=3=3N N 6 6 非线性分子非线性分子 振动自由度振动自由度 =3N=3N 5 -5 -线性分子线性分子 双原子分子双原子分子 N=2N=2，振动自由度振动自由度=32-5=1=32-5=1 三原子分子三原子分子 N=3N=3，振动自由度振动自由度=33-6=3 =33-6=3 非线性非线性 N=3N=3，振动自由度振动自由度=33-5=4 =33-5=4 线性线性分子振动自由度数目越大，红外光谱中峰的数目越多。分子振动自由度数目越大，红外光谱中峰的数目越多。2.4.振动自由度振动自由度2024/7/710有机波谱解析2015-1多原子基团有更多的振动形式，可以出现一个以上基频振动吸收带,2024/7/711有机波谱解析2015-12023/8/1311有机波谱解析2015-12024/7/712有机波谱解析2015-12023/8/1312有机波谱解析2015-12.5 2.5 分子振动方程式分子振动方程式 双原子分子的振动方式双原子分子的振动方式:伸缩振动伸缩振动.如果把双原子分子粗略地如果把双原子分子粗略地看成弹簧谐振子看成弹簧谐振子,那么化学键那么化学键的伸缩振动就是两个原子核在的伸缩振动就是两个原子核在键轴方向上的简谐振动键轴方向上的简谐振动.根据虎克定律K:化学键的力常数,Nm-1:化学键的折合质量,kgm1、m2:化学键连结的两个原子核的质量,kg2024/7/713有机波谱解析2015-12.5分子振动方程式双原子分子的振动方式:伸缩振动.吸收频率用波数（吸收频率用波数（）表示）表示c:光速,31010cm/sK:Nm-1:原子折合质量kg发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端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的力常数，即取决于分子的结构特征原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征2024/7/714有机波谱解析2015-1吸收频率用波数（）表示c:光速,31010cm/s发查表知查表知C=C键键 9.6,计算波数值计算波数值13072111cm16502/126.91307-=m mm mp pl lkkcv正己烯vC=C1652cm-1已知已知C=O键键 k=12,求求 vC=Ov1cm1725121612+161307=键类型键类型:C C C=C C C 力常数力常数:15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位:4.5 m 6.0 m 7.0 m 2024/7/715有机波谱解析2015-1查表知C=C键9.6,计算波数值13072111cm16 影影响响基基本本振振动动跃跃迁迁的的波波数数或或频频率率的的直直接接因因素素为为化化学学键键力力常数常数k k 和原子质量。和原子质量。k k大，化学键的振动波数高，大，化学键的振动波数高，如如k kC C C C(2222cm2222cm-1-1)k)kC=CC=C(1667cm1667cm-1-1)k)kC-CC-C(1429cm1429cm-1-1)（质量相近质量相近）质量质量m m大，化学键的振动波数低，大，化学键的振动波数低，如如m mC-CC-C(1430cm1430cm-1-1)m)mC-NC-N(1330cm1330cm-1-1)m)mC-OC-O(1280cm1280cm-1-1)()(力常数相近力常数相近）经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动能量变化是量子化的，分子中各基团之间、化学键能量变化是量子化的，分子中各基团之间、化学键之间会相互影响，即分子振动的波数与分子结构之间会相互影响，即分子振动的波数与分子结构（内因）和所处的化学环境（外因）（内因）和所处的化学环境（外因）有关。有关。2024/7/716有机波谱解析2015-1经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动能量变化是量子化红外光谱表示方法红外光谱表示方法：常用坐标曲线表示法.横坐标横坐标:表示吸收峰的位置,用波数波数(cm-1,4000400cm-1)或波波 长长(m,2.525m)作量度.纵坐标纵坐标:表示吸收峰的强弱,用百分透过率百分透过率(T%)或吸光度吸光度(A)作量度单位.正己烷的红外光谱正己烷的红外光谱3.IR光谱表示方法光谱表示方法2024/7/717有机波谱解析2015-1红外光谱表示方法：常用坐标曲线表示法.正己烷的红外光谱3.观察谱图：观察谱图：a)峰数：吸收峰的数目b)峰强：峰的强度（强中弱峰）c)峰形：吸收峰的形状d)峰位：吸收峰的位置2024/7/718有机波谱解析2015-13.1.峰位、峰数、峰强度、峰的形状峰位、峰数、峰强度、峰的形状观察谱图：2023/8/1318有机波谱解析2015-13.CO2分子分子 2349667峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变化时，无峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变化时，无红外吸收红外吸收。（3.1.13.1.1）峰数）峰数2024/7/719有机波谱解析2015-1CO2分子2349667峰数与分峰数减少的峰数减少的原因：分子振动过程中如不发生瞬间偶极矩变化则不会引 起红外吸收(对称性的分子)频率相同的振动发生简并强的宽峰将附近弱而窄的吸收峰覆盖 吸收频率在测定区域以外,常用为中红外区域（4000400cm-1）吸收强度太弱，无法显示出吸收峰 2024/7/720有机波谱解析2015-1峰数减少的原因：2023/8/1320有机波谱解析2015-摩尔吸光系数（摩尔吸光系数（）强度强度符号符号200200很强VS7575200200强S25257575中等M5 52525弱W0 05 5很弱VW(一)峰强的表示方法红外光谱中用透光百分率（T）表示吸收峰强度T%=(I/I0)100%I0：入射光强度I：透射光强度T%越小，吸收峰越强红外光谱中吸收峰的绝对强度可用摩尔吸光系数表示：红外光谱中吸收峰的绝对强度可用摩尔吸光系数表示：（3.1.23.1.2）峰强）峰强2024/7/721有机波谱解析2015-1摩尔吸光系数（）强度符号200很强VS75200强S2偶极矩的变化大小主要取决于下列几种因素电负性：化学键两端连接的原子，若它们的电负性相差越大（极性越大），瞬间偶极矩的变化也越大，在伸缩振动时，引起的红外吸收峰也越强 振动形式：振动形式不同对分子的电荷分布影响不同，故吸收峰强度也不同。通常不对称伸缩振动比对称伸缩振动的影响大，而伸缩振动又比弯曲振动影响大。结构对称性：对称分子偶极矩为零；瞬间偶极矩变化越大，吸收峰越强；瞬间偶极矩变化越大，吸收峰越强；能级跃迁的几率越大，吸收峰也越强。能级跃迁的几率越大，吸收峰也越强。基态第一激发态，产生一个强吸收峰（基峰）；基态第二激发态，产生一个弱的吸收峰（倍频峰）2024/7/722有机波谱解析2015-1偶极矩的变化大小主要取决于下列几种因素瞬间偶极矩变化越大，吸宽峰宽峰尖峰尖峰肩峰肩峰双峰双峰3.1.3)峰形峰形吸收峰的形状决定于官能团的种类，可以辅助判断官能团 例如：缔合羟基，和炔氢，它们的吸收峰位置只略有差别，但主要差别在于峰形：-缔合羟基峰宽，圆滑-炔氢则显示尖锐的峰形2024/7/723有机波谱解析2015-1宽峰尖峰肩峰双峰3.1.3)峰形吸收峰的形状决定于官能团的2024/7/724有机波谱解析2015-12023/8/1324有机波谱解析2015-12024/7/725有机波谱解析2015-12023/8/1325有机波谱解析2015-1c:光速,31010cm/sK:Nm-1:原子折合质量影响吸收频率的因素影响吸收频率的因素(1).键的力常数键的力常数K的影响的影响.化学键键能越大力常数越大 振动频率键类型键类型力常数力常数/cm/cm-1-1 2150 1650 1200a:a:成键方式的影响成键方式的影响3.1.4)3.1.4)影响吸收频率的因素影响吸收频率的因素(峰位峰位)2024/7/726有机波谱解析2015-1c:光速,31010cm/s影响吸收频率的因素(1).振动类型振动类型C-HC-H伸缩振动伸缩振动 C-HC-H弯曲振动弯曲振动(力常数较大)(力常数较小)/cm/cm-1-1 3000 1340b:b:振动类型的影响振动类型的影响c:c:杂化状态的影响杂化状态的影响键类型键类型杂化状态杂化状态 sp sp2 sp3/cm/cm-1-1 3300 3100 29002024/7/727有机波谱解析2015-1振动类型C-H伸缩振动C-H弯曲振d:d:诱导效应的影响（诱导效应的影响（I I效应）效应）化合物化合物C=O C=O/cm/cm-1-1 1715 1730 1800 1920 1928 电负性原子或基团通过静电诱导作用,引起分子中化学键的电子云分布变化电子云分布变化,而改变力常数强极性键C=OC=O+-X(吸电子基)极性降低双键性 质加强力常数增加吸收向 高波数移动X(推电子基)吸收向 低波数移动2024/7/728有机波谱解析2015-1d:诱导效应的影响（I效应）C=O/cm-1e:e:共轭效应的影响（共轭效应的影响（c c效应）效应）化合物化合物C=C C=C/cm/cm-1-1 1650 1630化合物化合物C=O C=O/cm/cm-1-1 1715 1693 共轭效应使共轭体系中电子云密度平均化,双键的键略变长,单键的键长略变短,从而改变力常数.双键性质减弱双键性质减弱2024/7/729有机波谱解析2015-1e:共轭效应的影响（c效应）C=C/cm-1(2).原子质量的影响原子质量的影响 值,振动频率与碳原子相连的原子质量增加,振动频率相应减小键类型键类型C-H C-C C-O/cm/cm-1-1 3000 1200 1100键类型键类型 C-Cl C-Br C-I/cm/cm-1-1 750 600 5002024/7/730有机波谱解析2015-1与碳原子相连的原子质量增加,振动频率相应减小2.2.外部因素对吸收峰的影响外部因素对吸收峰的影响.（1 1）物态效应）物态效应 同一个化合物在不同聚集状态下红外光谱之间有较大的差异。同一个化合物在不同聚集状态下红外光谱之间有较大的差异。通通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加，常，物质由固态向气态变化，其波数将增加，且强度也有变化。且强度也有变化。丙酮丙酮 液态时，液态时，C=OC=O=1718cm=1718cm-1-1;气态时，气态时，C=OC=O=1742cm=1742cm-1-1，因此在查阅标准红外图谱时，因此在查阅标准红外图谱时，注意试样状态和制样方法。注意试样状态和制样方法。（2 2）晶体状态的影响）晶体状态的影响 固态光谱的吸收带比液态时尖锐而且多。固态光谱的吸收带比液态时尖锐而且多。固体样品在由石蜡油糊状法或压片法测定时，如果晶形不同或粒固体样品在由石蜡油糊状法或压片法测定时，如果晶形不同或粒子大小不同都会产生谱图的差异。子大小不同都会产生谱图的差异。1012024/7/731有机波谱解析2015-12.外部因素对吸收峰的影响.（1）物态效应1012023/3 3.溶剂效应溶剂效应 极性基团的伸缩振动频率通常随溶剂极性增加而降低。极性基团的伸缩振动频率通常随溶剂极性增加而降低。如羧酸中的羰基如羧酸中的羰基C=OC=O：气态时：气态时：C=OC=O=1780cm=1780cm-1-1 非极性溶剂：非极性溶剂：C=OC=O=1760cm=1760cm-1-1 乙醚溶剂：乙醚溶剂：C=OC=O=1735cm=1735cm-1-1 乙醇溶剂：乙醇溶剂：C=OC=O=1720cm=1720cm-1-1因此红外光谱通常需在非极性溶剂中测量。因此红外光谱通常需在非极性溶剂中测量。总之，影响基团频率的因素较多，分析时应综合总之，影响基团频率的因素较多，分析时应综合考虑各种因素考虑各种因素402024/7/732有机波谱解析2015-13.溶剂效应总之，影响基团频率的因素较多，分析时应2024/7/7有机波谱解析2015-1332023/8/13有机波谱解析2015-133一特征谱带区、指纹区及相关峰的概念 (一)特征谱带区 4000-1350cm-1，在这个区域内基团的红外吸收峰比较特征，相对容易辨认，称特征谱带区。(二)指纹区 1350-400cm-1，在这个区域内红外吸收峰比较密集、吸收峰相互影响比较大，特征性弱，不易辨认，但这个区域内的吸收能够反映出分子结构上的微小变化，称指纹区。4.红外光谱中常用术语红外光谱中常用术语2024/7/734有机波谱解析2015-1一特征谱带区、指纹区及相关峰的概念4.红外光谱中常用术语2 (三)相关峰 对一个基团而言，所谓相关峰就是相应于其各种振动形式产生的相应的红外吸收峰。如:对于甲基，其有CH(as)2960cm-1,CH(s)2870cm-1,CH(as)1470cm-1,CH(s)1380cm-1,CH(面外)720cm-1，这些吸收峰之间互称相关峰。2024/7/735有机波谱解析2015-12023/8/1335有机波谱解析2015-1波长(m)波数(cm1)键的振动类型2.73.337503000OH,NH3.03.333003000CH,=CH，CH，ArH)(极少数可到2900cm1)3.33.730002700CH(CH3,CH2，-CHO)4.24.924002100CC,CN,asC=CC=C5.36.119001650CO(酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐)6.06.716801500CC(脂肪族及芳香族),CN6.87.714751300CH(面内),10.015.41000650CCH,ArH(面外).三三 红外光谱的重要吸收区段红外光谱的重要吸收区段不仅要注意特征官能团的不仅要注意特征官能团的位置位置.而且还要注意观察峰的而且还要注意观察峰的形状形状和和强强度度.2024/7/736有机波谱解析2015-1波长(m)波数(cm1)键的振动类型2.73.337(一)O-H、N-H伸缩振动区（37503000cm-1）醇、酚OH：O-H3700-3200cm-1强强游离游离O-H3700-3500 cm-1 较强、尖锐 缔合缔合O-HO-H 3450-3200 cm-1 强、宽羧基中OH：32002500cm-1强而宽强而宽2024/7/737有机波谱解析2015-1(一)O-H、N-H伸缩振动区（37503000g:g:氢键效应的影响氢键效应的影响 氢键的形成,使X-H键变长,键的力常数减小，伸缩振动频率向低波数移动,且吸收强度变大,峰带变宽.C=OC=O(缔合缔合)1622cm)1622cm-1-1C=OC=O(游离游离)1675cm)1675cm-1-1O-HO-H(缔合缔合)2843cm)2843cm-1-1C=OC=O(游离游离)1676cm)1676cm-1-1C=OC=O(游离游离)1673cm)1673cm-1-1O-HO-H(游离游离)3615)36153606cmcm-1-1氢键对氢键给体的影响较大氢键对氢键给体的影响较大,对氢键受体的影响相对较小对氢键受体的影响相对较小.形成分子内氢键形成分子内氢键未形成分子内氢键未形成分子内氢键分子内氢键分子内氢键2024/7/738有机波谱解析2015-1g:氢键效应的影响氢键的形成,使X-H键变长,键的分子间氢键分子间氢键分子间氢键是否能够形成以及缔合程度有多大与该化合物的浓度有密切关系例如:环己醇浓度0.01mol/L的CCl4稀溶液中-不形成分子间氢键 浓度0.1mol/L的CCl4溶液中-形成二聚体和多聚体的吸收 浓度 酮中的C=O，这是由于烃基比氢基的供电子效应大，使酮基中羰基C=O极性增大，双键常数减小，振动频率减小。1)饱和酮(图151）2024/7/752有机波谱解析2015-15.1酮饱和酮羰基伸缩振动吸收在1715cm-1左右5.2醛正常醛中的羰基的伸缩振动C=O发生在1725-1附近，共轭时吸收峰向低频方向移动。醛类化合物中最典型的振动是羰基中的CH伸缩振动（CH），这是其它羰基化合物中所没有的。出现两个特征的吸收峰分别位于2820-1和2720-1处，2720-1峰尖锐，与其它CH伸缩振动互不干扰，很易识别。因此根据C=O1725-1和2720-1峰就可以判断是否有醛基的存在。2024/7/753有机波谱解析2015-15.2醛正常醛中的羰基的伸缩振动C=O发生在1725.3酯酯羰基由于有氧的吸电子诱导应，其红外吸收频率比醛酮要大，通常都能 1730cm1730cm-1-1。可以区区别别酯酯羰羰基基和和醛醛酮酮羰羰基基的的有有133013301030cm1030cm-1-1的的两两个个C-OC-O伸伸缩缩振振动动吸吸收收as（吸收强度大且略宽，比较特征）s，通常二者大约相差130cm-1。1 1）乙酸乙酯）乙酸乙酯）乙酸乙酯）乙酸乙酯IRIR2024/7/754有机波谱解析2015-15.3酯酯羰基由于有氧的吸电子诱导应，其红外5.4.酰氯酰卤分子中，由于卤素分子直接和c=o相连，卤素原子的强吸电子作用，使得c=o的振动频率大幅度上升。1225cm-1处的吸收可以理解为c（0）-0的吸收。2024/7/755有机波谱解析2015-15.4.酰氯酰卤分子中，由于卤素分子直接和c=o相连，卤5.5羧酸游离羧酸羰基的C=O 在在1760cm-1左右；羧酸既有强供电子体，又有强受电子体，所以分子间的氢键作用很强，在固态和液态下，几乎全部以环状二缔合体存在。缔合的C=O 1725-1700cm-1左右，判断羧酸的特征峰羧酸的特征峰为为32002500cm-1的宽峰。（-OH）=938cm-1面外，单体无此谱带2024/7/756有机波谱解析2015-15.5羧酸游离羧酸羰基的C=O在1760c5.6羧酸盐羧酸盐由于负电荷的离域，形成的负离子中C-O吸收频率下降，有两个吸收峰：as1650-1545cm-1，s1420-1300cm-1吸收峰都比较强，特征性很强羧酸一旦成盐，形成的羧酸根负离子，两个C-O键相同，不再有单双键之分，因而反对称和对称伸缩振动两个吸收带。2024/7/757有机波谱解析2015-15.6羧酸盐由于负电荷的离域，形成的负离子中C例 下列化合物在36501650-1区间内红外光谱有何不同？（A）（B）（C）解：（A）、（B）、（C）三者在17001650-1区域内均有强的吸收。（A）在30002500-1区间内应有一宽而强的OH伸缩振动峰。（B）在2720-1和2820-1有两个中等强度的吸收峰2024/7/758有机波谱解析2015-1例下列化合物在36501650-1区间内红外光谱有何2024/7/759有机波谱解析2015-12023/8/1359有机波谱解析2015-1波长(m)波数(cm1)键的振动类型2.73.337503000OH,NH3.03.333003000CH,=CH，CH，ArH)(极少数可到2900cm1)3.33.730002700CH(CH3,CH2，-CHO)4.24.924002100CC,CN,asC=CC=C5.36.119001650CO(酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐)6.06.716801500CC(脂肪族及芳香族),CN6.87.714751300CH(面内),10.015.41000650CCH,ArH(面外).三三 红外光谱的重要吸收区段红外光谱的重要吸收区段不仅要注意特征官能团的不仅要注意特征官能团的位置位置.而且还要注意观察峰的而且还要注意观察峰的形状形状和和强强度度.回顾2024/7/760有机波谱解析2015-1波长(m)波数(cm1)键的振动类型2.73.337(六)双键的对称伸缩振动区（16801500cm-1）碳碳、碳氮、氮氮双键振动频率低于碳氧双键，而且多数强度也比较低。2024/7/761有机波谱解析2015-1(六)双键的对称伸缩振动区（16801500cm-(七)C-H弯曲振动区（面内）（14751300cm-1）在此区域内的C-H面内弯曲振动：2024/7/762有机波谱解析2015-1(七)C-H弯曲振动区（面内）（14751300c对于偕二甲基1380cm-1处裂分成两条强度差别不是很大的谱带，裂距为15-30cm-12024/7/763有机波谱解析2015-1对于偕二甲基1380cm-1处裂分成两条强度差别不对于偕三甲基1380cm-1处裂分为两条强度差别较大的谱带，裂距在30cm-1以上。叔叔2024/7/764有机波谱解析2015-1对于偕三甲基1380cm-1处裂分为两条强度差别较(八)C-H弯曲振动区（面外）（1000650cm-1）【例2.16、例2.17】905935和和995985895885730665中960980中或弱强2024/7/765有机波谱解析2015-1(八)C-H弯曲振动区（面外）（1000650cm1）单取代末端双键：2024/7/766有机波谱解析2015-11）单取代末端双键：2023/8/1366有机波谱2）双取代末端双键：R2C=CH22024/7/767有机波谱解析2015-12）双取代末端双键：2023/8/1367有机波谱解析2Z Z-2-2-戊烯的红外光谱图戊烯的红外光谱图(KBr(KBr压片法压片法)E E-2-2-戊烯的红外光谱图戊烯的红外光谱图(KBr(KBr压片法压片法)730665弱960980强2024/7/768有机波谱解析2015-1Z-2-戊烯的红外光谱图(KBr压片法)E-2-戊烯的红外光芳烃芳烃基团基团振动方式振动方式吸收范围吸收范围 说明说明=C-H伸缩振动3100-3000cm-1 (m)强度不定强度不定C=C伸缩振动1600cm-11585cm-11500cm-11450cm-116001600和和1500cm1500cm-1-1为芳环的特征吸收为芳环的特征吸收1 1450cm450cm-1-1烷基亦有吸收烷基亦有吸收,有干扰有干扰.=C-H面外弯曲振动泛频峰20001660 cm-1吸收带比较弱吸收带比较弱,有时有干扰少有时有干扰少,根据谱带的形状根据谱带的形状,虽然对确定苯环的取代类型有一些帮虽然对确定苯环的取代类型有一些帮助助,但意义不大但意义不大.但单取代苯的一组谱带特征性很强但单取代苯的一组谱带特征性很强,对确认单取代苯很有帮助对确认单取代苯很有帮助.面外弯曲振动910-650cm-1取代基的多少与取代位置不同取代基的多少与取代位置不同,使得谱带的数目与位置也不同使得谱带的数目与位置也不同,可用于确定苯环的取代类型可用于确定苯环的取代类型2024/7/769有机波谱解析2015-1芳烃基团振动方式吸收范围说明3100-3000cm苯环不同取代类型在苯环不同取代类型在20001660cm-1 和和900650cm-1区域内吸收峰图象区域内吸收峰图象2024/7/770有机波谱解析2015-1苯环不同取代类型在20001660cm-1和90065苯环不同取代类型在苯环不同取代类型在900650cm-1区域内特征吸收峰区域内特征吸收峰2024/7/771有机波谱解析2015-1苯环不同取代类型在900650cm-1区域内特征吸收峰20 本表只适用于本表只适用于-R,-X,-OR,-SH,-SR,-NH2,-NH-OCR,-CN,O=C=N-,NC-S-,NN-等基团的取代等基团的取代.当取代基为当取代基为-OH,-NO2,-COOH,-COR,-SO2R等强电子效应基团时等强电子效应基团时,没有特征没有特征性性.2024/7/772有机波谱解析2015-1本表只适用于-R,-X,-OR,-SH,-SR,例例1:1:甲苯的红外光谱图甲苯的红外光谱图(KBr(KBr压片法压片法)例例2:2:邻二乙苯的红外光谱图邻二乙苯的红外光谱图(KBr(KBr压片法压片法)7306907502024/7/773有机波谱解析2015-1例1:甲苯的红外光谱图(KBr压片法)例2:邻二乙苯的红例例3:3:间二乙苯的红外光谱图间二乙苯的红外光谱图(KBr(KBr压片法压片法)例例4:4:对二乙苯的红外光谱图对二乙苯的红外光谱图(KBr(KBr压片法压片法)900H1800H3830H22024/7/774有机波谱解析2015-1例3:间二乙苯的红外光谱图(KBr压片法)例4:对二乙苯的红例例 5.C8H7N，确定结构，确定结构解：解：1）计算不饱和度计算不饱和度 2）峰归属）峰归属 3）可能的结构）可能的结构2024/7/775有机波谱解析2015-1例5.C8H7N，确定结构解：1）计算不饱和度2023例6:根据分子式和红外光谱确定结构式解：1.计算不饱和度=1+7+（1-9）/2=42.峰归属：1600cm-1、1500cm-1：芳烃,3350cm-1：伯胺，低频的小尖峰是芳胺的特征690cm-1,770cm-1，870cm-1:芳烃间二取代3.结构式：2024/7/776有机波谱解析2015-1例6:根据分子式和红外光谱确定结构式解：1.计算不饱和度=1.饱和烃饱和烃官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)-CH3-CH2-146013801470与与O,N相连相连移向低波数移向低波数偕二甲基偕二甲基双峰双峰2960(尖尖,)2870(尖尖,)2930(尖尖,)2850(尖尖,)2024/7/777有机波谱解析2015-11.饱和烃官能团特征峰(cm-1)-CH3-CH2-14602024/7/778有机波谱解析2015-12023/8/1378有机波谱解析2015-12.不饱和烃不饱和烃-烯烃烯烃官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)共轭体系共轭体系移向低波数移向低波数3080(30)=CH2=CH-C=C指纹峰指纹峰(cm-1)-CH=CH2C=CH2顺式二氢顺式二氢反式二氢反式二氢三取代烯三取代烯990(尖尖)、910(尖尖)890(尖尖)800650970(尖尖)840790(尖尖)3020(中中)16801620(中中-弱弱)2024/7/779有机波谱解析2015-12.不饱和烃-烯烃官能团特征峰(cm-1)共轭体系3080(1-己炔3.不饱和烃：不饱和烃：炔烃炔烃官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)3300(尖尖)CHCC640(强、宽强、宽)指纹峰指纹峰(cm-1)2140210022602190端炔端炔2024/7/780有机波谱解析2015-11-己炔3.不饱和烃：炔烃官能团特征峰(cm-1)33004.苯环苯环官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)一组峰一组峰指纹峰指纹峰(cm-1)单取代苯：单取代苯：770730 720680=CH-C=C1600(尖尖)1580(变变)1500(尖尖)1450(中中)3030(变变)20001600(弱弱)=CH-苯：苯：670邻二取代苯：邻二取代苯：770735间二取代苯：间二取代苯：900860 810750 725680对二取代苯：对二取代苯：8608002024/7/781有机波谱解析2015-14.苯环官能团特征峰(cm-1)一组峰指纹峰(cm-1)单取官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)1050(尖尖)3640(尖尖)5.醇和酚醇和酚 OH CO =CO CH1100(尖尖)1150(尖尖)CH2OHCHOHCOH酚酚1200(尖尖)3630(尖尖)3620(尖尖)3610(尖尖)C-O伸缩伸缩O-H伸缩伸缩氢键缔合：峰加宽氢键缔合：峰加宽2024/7/782有机波谱解析2015-1官能团特征峰(cm-1)1050(尖)3640(尖)5.醇和官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)11501070(强强),6.醚醚 COCC-O-C=C-O-CVas12751200(强强)Vs10751020(强强)112012502024/7/783有机波谱解析2015-1官能团特征峰(cm-1)11501070(强),6.醚乙基丙基醚异丙基乙烯基醚苯乙醚2024/7/784有机波谱解析2015-1乙基丙基醚异丙基乙烯基醚苯乙醚2023/8/1384有官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)17401720(极强、尖极强、尖)7.醛醛 C=O O=C-HC=OO=C-H28202720与双键共轭与双键共轭移向低波数移向低波数2024/7/785有机波谱解析2015-1官能团特征峰(cm-1)17401720(极强、尖)7.醛官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)C=O17251705(极强、尖极强、尖)8.酮酮 与双键共轭与双键共轭移向低波数移向低波数2024/7/786有机波谱解析2015-1官能团特征峰(cm-1)C=O17251705(极强、尖)2-butanone2-丁酮propiophenone丙酰苯2024/7/787有机波谱解析2015-12-butanone2-丁酮propiophenone丙化学键化学键特征峰特征峰(cm-1)33002500(宽宽)9.羧酸及羧酸盐羧酸及羧酸盐 -COOH17251700(极强、尖极强、尖)16501545(强强)14201300(强强)13201210(极强极强)非常典型非常典型O-HC=OC-O羧酸羧酸COO羧酸盐羧酸盐与双键共轭与双键共轭移向低波数移向低波数2024/7/788有机波谱解析2015-1化学键特征峰(cm-1)33002500(宽)9.羧酸及羧官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)10.羧酸酯羧酸酯 -COOR与双键共轭与双键共轭移向低波数移向低波数17501730(极强、尖极强、尖)C=OC-O-C13301030(极强、宽极强、宽)2024/7/789有机波谱解析2015-1官能团特征峰(cm-1)10.羧酸酯-COOR与双键共轭官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)12.酰胺酰胺 -CONH(R)31003500(强、双峰强、双峰)1600(伯、强伯、强)1530(仲、强仲、强)N-HC-NC=O1650 1690(极强极强)与双键共轭与双键共轭移向低波数移向低波数酰胺酰胺带带酰胺酰胺带带14001420(伯、变化伯、变化)1260(仲仲)缔合时移向缔合时移向低波数低波数2024/7/790有机波谱解析2015-1官能团特征峰(cm-1)12.酰胺-CONH(R)310acetamide乙酰胺N-乙基乙酰胺 N-ethylacetamideN,N-二甲基乙酰胺N,N-dimethylacetamide带带带带2024/7/791有机波谱解析2015-1acetamide乙酰胺N-乙基乙酰胺N,N-二甲基乙酰官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)13.胺和铵盐胺和铵盐-NH(R)33003500伯胺双峰伯胺双峰仲胺单峰仲胺单峰叔胺叔胺 无无12301030(强、中强、中)数个峰数个峰N-HC-N胺胺胺盐胺盐N-H3000 2000(宽、强、宽、强、散散)1500 1600(强强)弯曲振动弯曲振动NH3+:双峰双峰缔合时移向缔合时移向低波数低波数共轭移向共轭移向高波数高波数2024/7/792有机波谱解析2015-1官能团特征峰(cm-1)13.胺和铵盐-NH(R)3300官能团官能团特征峰特征峰(cm-1)14.其它其它14001000腈腈CNC-F卤代烃卤代烃C-ClC-BrC-I50060050080060022602240共轭移向共轭移向低波数低波数NO2硝基硝基1550(尖、极强尖、极强)1370(尖、极强尖、极强)共轭移向共轭移向低波数低波数2024/7/793有机波谱解析2015-1官能团特征峰(cm-1)14.其它14001000腈CN各类化合物特征吸收区间对比各类化合物特征吸收区间对比烷烃烷烃28003000；1460，1350；720725烯烃烯烃芳烃芳烃30003100；16001700；600100030003100；1500,1600；650900炔烃炔烃腈腈3300；21002200 22002300醇醇酚酚醚醚36003650（3300宽）；宽）；1050120036003650（3300宽）；宽）；10501200 10501200胺胺33003500；10301230（芳胺更高）（芳胺更高）硝基化合物硝基化合物1550；13502024/7/794有机波谱解析2015-1各类化合物特征吸收区间对比烷烃28003000；1460，各类化合物特征吸收区间对比各类化合物特征吸收区间对比酮酮 1700（强）（强）醛醛27002800；1700（强）（强）羧酸羧酸25003300；1700（强）；（强）；12001320酸酸酯酸酸酯 1700（强）；（强）；10501300酰胺酰胺33003500；16501700；1400-1300酸酐酸酐 17201820（双）；（双）；10001200酰氯酰氯 17501820羧酸盐羧酸盐 16101550（强）；（强）；14201300（强）（强）2024/7/795有机波谱解析2015-1各类化合物特征吸收区间对比酮第三节 红外光谱在有机化合物结构分析中的应用 2024/7/796有机波谱解析2015-1第三节红外光谱在有机化合物结构分析中的应用2023/1.解析方法解析方法（1）直接法）直接法 用已知物的标准品与试样在相同条件下用已知物的标准品与试样在相同条件下测定测定IR光谱，并进行对照。光谱，并进行对照。注意：注意：样品纯度需大于98%尽可能使用与标准谱图相同分辨率和精度的仪器必需在与标准谱图相同的测量条件下测定指纹区谱带要仔细对照。2024/7/797有机波谱解析2015-11.解析方法样品纯度需大于98%2023/8/1397有一红外光谱解析工作中的注意事项1样品的纯度和物理状态对IR图谱的影响：1）样品纯度：要求能达到98以上，即使5的杂质也可能产生干扰的“假谱带”2024/7/798有机波谱解析2015-1一红外光谱解析工作中的注意事项2023/8/1398有机波2）固体样品的粒度和晶型：在研磨样品时有时会发生晶型的转变2024/7/799有机波谱解析2015-12）固体样品的粒度和晶型：在研磨样品时有时会发生晶型的转变2024/7/7100有机波谱解析2015-12023/8/13100有机波谱解析2015-1（2）否定法否定法 谱图中不出现某些吸收峰时，可否定某种谱图中不出现某些吸收峰时，可否定某种基团的存在。基团的存在。（3）肯定法）肯定法 借助于特征峰，确定某种基团的存在。借助于特征峰，确定某种基团的存在。实际工作中，三种方法联合使用。实际工作中，三种方法联合使用。2024/7/7101有机波谱解析2015-1（2）否定法谱图中不出现某些吸收峰时，可否定2.解析步骤解析步骤2024/7/7102有机波谱解析2015-12.解析步骤2023/8/13102有机波谱解析2015-12图谱解析的一般程序了解试样的来源、纯度、熔点、沸点等；了解试样的来源、纯度、熔点、沸点等；经元素分析确定实验式；经元素分析确定实验式；有条件时可用有条件时可用MSMS谱测定相对分子量，确定分子式；谱测定相对分子量，确定分子式；根据分子式计算根据分子式计算不饱和度不饱和度，其经验公式为：，其经验公式为：=1+n=1+n4 4+1/2+1/2（n n3 3 n n1 1）式中：式中：代表不饱和度；代表不饱和度；n n1 1、n n3 3、n n4 4分别代表分别代表 分子中一价、三价和四价原子的数目。分子中一价、三价和四价原子的数目。双键和饱和环状结构的双键和饱和环状结构的为为1 1、三键为、三键为2 2、苯环为、苯环为4 4。由由IRIR光谱确定基团及其结构；光谱确定基团及其结构；查阅标准谱图集，查阅标准谱图集，2024/7/7103有机波谱解析2015-12图谱解析的一般程序了解试样的来源、纯度、熔点、沸点例1:根据分子式和红外光谱确定结构式解：1.计算不饱和度=1+5+（0-12）/2=02.峰归属：3300cm-1,1050cm-1:伯醇1375cm-1双峰：偕二甲基3：结构式：红外吸收光谱的应用举例红外吸收光谱的应用举例2024/7/7104有机波谱解析2015-1例1:根据分子式和红外光谱确定结构式解：1.计算不饱和度=例2:根据分子式和红外光谱确定结构式ClCH2CCH解：1.计算不饱和度=1+3+（0-4）/2=22.峰归属：2140cm-1（m）,3300cm-1（s，）-CCH3.结构式：2024/7/7105有机波谱解析2015-1例2:根据分子式和红外光谱确定结构式ClCH2CCH解：1(2).(2).烯烃烯烃基团基团振动方式振动方式吸收范围吸收范围 说明说明=C-H伸缩振动3100-3010cm-1(mw)RCH=CH2 或或 R1R2C=CH2:3095-3075cm-1小环烷烃以及环氧化合物小环烷烃以及环氧化合物,环氮化合物环氮化合物:C-H伸缩振动伸缩振动3000cm-1C=C伸缩振动1680-1620cm-1共轭烯烃共轭烯烃:吸收向低波数移动1030nm,有n个双键,在在1650-1580cm-1能观察到n个吸收带.(共轭二烯一般在1650和1600cm-1出现两个峰).环烯烃环烯烃(63元环元环):环外双键向高波数移动,环内双键向低波数移动累积双烯:as20001915cm-1(m)=C-H弯曲振动1000-650cm-1 R-CH=CH2 995985cm-1(s)915905cm-1(vs)R1R2C=CH2 895885cm-1(vs)R1CH=CHR2(反式反式)980960cm-1(vs)R1CH=CHR2(顺式顺式)730665cm-1(m,宽宽)(特征性弱特征性弱)三取代乙烯三取代乙烯 850790cm-1(m)(特征性弱特征性弱)2024/7/7106有机波谱解析2015-1(2).烯烃基团振动方式吸收范围说明3100-30例3:根据分子式和红外光谱确定结构式解：1.计算不饱和度=1+6+（0-10）/2=22.峰归属：1718cm-1：羰基,3100：烯1650cm-1，910cm-1，990cm-1:烯烃单取代且双键和羰基的吸收峰都没有明显的向低频移动，二者没有共轭。C5H8OCH3COCH2CHCH23.结构式：2024/7/7107有机波谱解析2015-1例3:根据分子式和红外光谱确定结构式解：1.计算不饱和度=例4.判断Z-3-己烯-1-醇（顺），E-3-己烯-1-醇（反）.EZ2024/7/7108有机波谱解析2015-1例4.判断Z-3-己烯-1-醇（顺），E-3-己烯-1-醇苯环不同取代类型在苯环不同取代类型在900650cm-1区域内特征吸收峰区域内特征吸收峰2024/7/7109有机波谱解析2015-1苯环不同取代类型在900650cm-1区域内特征吸收峰20例例 5.C8H7N，确定结构，确定结构解：解：1）计算不饱和度计算不饱和度 2）峰归属）峰归属 3）可能的结构）可能的结构2024/7/7110有机波谱解析2015-1例5.C8H7N，确定结构解：1）计算不饱和度2023解：(1)计算该化合物的不饱和度(2)确定官能团结构3030、1607、1508和1450 cm-12920 cm-1-CH32217 cm-1-CN817 cm-1 =1+8+(1-7)/2=62024/7/7111有机波谱解析2015-1解：(1)计算该化合物的不饱和度(2)确定官能团结构30例6:根据分子式和红外光谱确定结构式解：1.计算不饱和度=1+7+（1-9）/2=42.峰归属：1600cm-1、1500cm-1：芳烃,3350cm-1：伯胺，低频的小尖峰是芳胺的特征690cm-1,770cm-1，870cm-1:芳烃间二取代3.结构式：2024/7/7112有机波谱解析2015-1例6:根据分子式和红外光谱确定结构式解：1.计算不饱和度=例72024/7/7113有机波谱解析2015-1例72023/8/13113有机波谱解析2015-1例8:根据分子式和红外光谱确定结构式解：1.计算不饱和度=1+8+（1-11）/2=42.峰归属：1600cm-1（s）,1500cm-1（s）3050cm-1，680720单取代的特征2024/7/7114有机波谱解析2015-1例8:根据分子式和红外光谱确定结构式解：1.计算不饱和度=例9.选择正确答案2024/7/7115有机波谱解析2015-1例9.选择正确答案2023/8/13115有机波谱解析202 2未知物的结构测定未知物的结构测定(1).先观察是否存在C=O(18201660cm-1,s)(2).如果有C=O,确定下列状况.羧酸羧酸是否存在O-H(34002400cm-1,宽峰,往往与C-H重叠)酰胺酰胺是否存在N-H(3400cm-1附近有中等强度吸收;有时是同等强度的两个吸收峰酯酯是否存在C-O(13001000cm-1有强吸收)酸酐酸酐1810和1760cm-1附近有两个强的C=O吸收醛醛是否存在O=C-H(2850和2750附近有两个弱的吸收)酮酮没有前面所提的吸收峰2024/7/7116有机波谱解析2015-12未知物的结构测定(1).先观察是否存在C=O(182(3).如果没有C=O,确定下列状况.醇、酚醇、酚是否存在O-H(34003300cm-1,宽峰;13001000附近的C-O吸收)胺胺是否存在N-H(3400cm-1附近有中等强度吸收;有时是同等强度的两个吸收醚醚是否存在C-O(13001000cm-1有强吸收,并确认34003300cm-1附近是否有O-H吸收峰)(4).观察是否有C=C或芳环C=C:1650cm-1附近有弱的吸收芳环