波谱分析教程 第2章 红外光谱(IR)改

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,.,课时安排：,6,学时,红外光谱在化学领域中主要用于分子结构的基础研究、化合物的鉴定以及化学组成的定量、定性分析,:,1,、根据光谱中吸收峰的位置和形状可以推断未知物的化学结构；,2,、根据特征吸收峰的强度可以测定混合物中各组分的含量；,3,、应用红外光谱可以测定分子的键长、键角，从而推断分子的立体构型，判断化学键的强弱等。,其中应用最广泛的还是化合物的鉴定,本章内容,红外光谱的基本原理,红外光谱仪及样品制备技术,红外光谱与分子结构的关系,红外图谱解析,红外光谱的应用,红外光谱的基本概念,21,红外光谱的基本原理,1,、基本概念,光（电磁辐射）与原子或分子相互作用原子或分子吸收一定能量的光子发生能级跃迁就产生了吸收光谱。,E,分子,=E,移,+ E,转,+ E,振,+ E,电子,+ E,电旋,+E,核,+,(,注,:E,移,E,转, E,振, E,电子, E,电旋,Kc=cKc-c,则,ccc=cc-c,2),与,C,成键的其他原子，随其原子质量的递增，,折合质量也,递增，则红外波数递减，,3,）与氢原子相连的,化学键的折合质量都小，红外吸收在高波数区（,XH,）,4,）,弯曲振动比伸缩振动容易，弯曲振动,K,均较小，故弯曲振动吸收在低波数区。,如,C-H,伸缩振动吸收位于,-3000/cm,，弯曲振动吸收位于,-1340/cm,5,）,由量子力学求解得,：,振动量子数,=0,，,1,，,2,，,3,，,E,：体系能量,b,、真实,双原子分子并不是所假设的理想的谐振子，按非谐振子求解得,体系的,振动,能：,E=,（,+,）,hc,-,（,+,）,hc,+,其势能曲线：,P32,r,o,r,E,讨论,：,P,32,原子和分子与电磁波相互作用，从一能量状态跃迁到另一能量状态要服从一定的规律,光谱选律（量子化学）,(1),简,谐振动,光谱选律为,=1,即,跃迁在相邻,振动振动能级之间进行，最主要的红外,跃迁是,0,1,，本征,跃迁，产生,本征吸收带或基频峰。,（,2,）真实,分子的振动为近似的,简,谐振动，不严格遵守,=1,规律，可以产生,=2,或,3,的,跃迁，产生倍,频峰。（其跃迁几率小，弱峰，常不能检出）,（,3,）,多原子分子的振动：振动自由度为,3n-6.,2,、多原子分子振动,P,33,2,、各种振动方式及能量,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,.,3,、振动自由度和峰数,含,n,个原子的分子，自由度为：,线性分子有,3n-5,个,非线性分子有,3n-6,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,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,H,2,N,2,，,O,2,等,*偶极矩,q,d,*,有些分子既有红外,“,活性,”,振动，又有红外,“,非活性,”,振动。,例如：,二氧化碳的,IR,光谱, , ,O=C=O O=C=O O=C=O O=C=O, ,对称伸缩振动 反对称伸缩振动 面内弯曲振动,面外弯曲振动,不产生吸收峰,2349 667 667,因此,O=C=O,的,IR,光谱只有,2349,和,667/cm,二个吸收峰,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,),红外光谱基本峰形示意图,宽峰,尖峰,肩峰,双峰,常见术语,基频峰、倍频峰、合频峰、热峰,基频峰,是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。,V =0, V=1,倍频峰,(2,),是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后，跃迁两个以上能基产生的吸收峰，出现在基频峰波数,n,倍处。,2,为弱吸收。,合频峰,是在两个以上基频峰波数之和,(,组频,1+,2,),或差,(,1 - 2,处出现的吸收峰。合频峰均为弱峰。,热峰,来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰。,返回,有关术语,1.,基频峰和泛频峰,基频峰：,从基态到第一激发态跃迁产生的吸收。,泛频峰：,倍频峰：从基态到第二激发态甚至第三激发态跃迁所产生的吸收。,组频峰：基频及倍频的和或差。,2.,官能团特征吸收：,可作为官能团存在的依据,3.,特征区（官能团区）与指纹区,（,1,）官能团区,40001330cm,-1,（,2,）指纹区,1330667cm,-1,红外光谱的吸收强度,红外吸收强度及其表示符号,摩尔消光系数（,）,强度,符号,200,很强,VS,75200,强,S,2575,中等,M,525,弱,W,05,很弱,VW,T %,愈低，吸光度就愈强，谱带强度就愈大。根据,T,，谱带强度大致分为：很强吸收带,(vs,，,T, ,10),；强吸收带,(s,，,10,T,40),，中强吸收带,(m,，,40,T,90),，弱吸收带,(w,，,T, ,90),，宽吸收带用,b,表示。,讨论：,稀溶液中测得的红外光谱，其谱带的吸光度,(A),可遵守,Beer-Lambert,定律：,A,lc,红外光谱的吸收强度受狭缝宽度、温度、溶剂等因素的影响，强度不易精确测定。,红外光谱的吸收强度与分子振动,偶极矩,(,),变化有关，偶极矩,(,),变化幅度越大，,吸收强度,越大。（基团极性、电效应、振动偶合、,氢键作用等）,各种化学键的红外吸收位置,影响红外光谱吸收频率的因素,外在因素,内部因素,质量效应,电子效应,空间效应,氢键效应,偶极场效应,振动的偶合,返回,外在因素（测定条件）,正己酸在液态和气态的红外光谱,a,蒸气（,134,）,b,液体（室温）,样品所处物态、制备样品的方法、溶剂的性质、氢键、结晶条件、吸收池厚度、色散系统以及测试温度等,质量效应,X-H,键的伸缩振动波数（,cm,-1,）,化学键,波数（,cm,-1,）,化学键,波数（,cm,-1,）,C-H,3000,F-H,Cl-H,4000,2890,C=,C-H,3100-3000,Br-H,I-H,2650,2310,Ar-H,3100-3000,Si-H,Ge-H,2150,2070,C,C-H,3300,Sn-H,1850,质量效应,将（,m,X,+1,）,/,（,m,X,+2,）近似为,1,，则上式可简化为：,电子效应,诱导效应、中介效应、和共轭效应,诱导效应,诱导效应,诱导效应,：,RCOR,中极性基团的取代使,C=O,移向高波数,化合物,RCHO RCOR RCOCl RCOF ClCOCl FCOF,C=O 1713 1715 1800 1920 1828 1928,共轭效应：,使,C=O,移向低波数,R-CH=CH,2,C=C 1650,CH,3,CN,C=N 2255,RCOOR,C=O 1735,(C,2,H,5,),2,C=C(CN)COOC,2,H,5,C=C 1629 ,C=N 2224,C=O 1727,中介效应,共轭效应,:,共轭效应使不饱和键的波数显著降低,在许多情况下，诱导效应和,共轭效应会同时存在,:,RCOOR,R,1,CO-NR,2,RCOS-Ar ArCO-SR R,1,COR,2,C=O,1735 1690 1710 1665 1715,(-I +C) (+C -I) (-I, +C) (+C -I),空间效应：环张力，,环张力对红外吸收波数的影响,:,环数减小，环的张力增大，环外双键加强，吸收频率增大，环内双键减弱，吸收频率减小,环外双键,O,O,O,v,C=O,1716 cm,-1,1745 cm,-1,1775 cm,-1,v,C=C,1566 cm,-1,环内双键,1639 cm,-1,1623 cm,-1,空间位阻,跨环共轭效应,偶极场效应,偶极场效应（,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，例如：,环己酮,4,，,4-,二甲基环己酮,2-,溴,-,环己酮,4,，,4-,二甲基,-2-,溴,-,环己酮,C=O,1712 1712 1716 1728,-,氯代丙酮的三个异构体的,C=O,吸收频率不同,氢键效应,氢键使吸收峰向低波数位移，并使吸收强度加强，例如：,正己酸在液态和气态的红外光谱,a,蒸气（,134,）,b,液体（室温）,（,1,）分子内氢键（,2,）分子间氢键,分子内氢键,O,O,OH,O,O,HO,v,C=O,v,OH,1676 cm,-1,1673 cm,-1,1622 cm,-1,3610 cm,-1,2843 cm,-1,1675 cm,-1,振动耦合效应,当一个化学键的伸缩振动与另一个化学键的振动吸收频率很接近时，就会发生振动偶合。振动偶合的结果是吸收峰发生分裂，强度加强。,费米共振：一个化学键的某一种振动的基频和他自己或另一个连在一起的化学键的某一种振动的倍频或组频很接近时，可以发生偶合，这种偶合成为费米共振。如：,-CHO,的,C-H,伸缩振动,28302695,与,C-H,弯曲振动,1390,的倍频,2780,发生费米共振，,结果产生,2820,和,2720,二个吸收峰。,三、影响红外光谱吸收强度的因素,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，,C,N,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。,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,23,红外光谱仪及样品制备技术,色散型红外光谱仪,傅立叶变换红外光谱仪（,FTIR,）,红外样品的制备,色散型红外光谱仪,傅立叶变换红外光谱仪,迈克逊干涉仪,干涉图,FTIR,光谱仪的优点,扫描速度快（几十次,/,秒），信号累加，信噪比提高（可达,60,：,1,）。,光通量大，所有频率同时测量，检测灵敏度高，样品量减少。,扫描速度快，可跟踪反应历程，作反应动力学研究，并可与,GC,、,LC,联用。,测量频率范围宽，可达到,45006cm,-1,杂散光少，波数精度高，分辨率可达,0.05/cm,对温度、湿度要求不高。,光学部件简单，只有一个动镜在实验中运动，不易磨损。,红外光谱的测定方法,样品要求：干燥无水、浓度适当、多组分样要先分离,固体样品：,溴化钾压片法,糊状法（加石蜡油,Nujol,调成糊状,),溶液法（溶剂,CS,2, CCl,4,CHCl,3,),薄膜法,(,高分子化合物）,液体样品：液膜法,溶液法（水熔液样品可用,AgCl,池子）,气体样品：气体样品槽,红外光谱的分区,4000-2500cm,-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,红外光谱中的八个重要区段,2.7-3.3,um , 3750-3000,cm,-1,3.0-3.3um , 3300-3000,cm,-1,(-CCH-H , -C=C-H , Ar-H),3.3-3.7um , 3000-2700,cm,-1 (-CH,3, -CH,2,- , -C-H, -CH=O),4.2-4.9um , 2400-2100,cm,-1,CN ,-CC-CC-,5.3-6.1um , 1900-1650,cm,-1,C=O,（酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐,6.0-6.7um, 1680-1500cm,-1,C=C,（脂肪族及芳香族）,C=N,6.8-7.7um, 1475-1300cm,-1,-,C-H,(,面内）,10.0-15.4um,1000-650,cm,-1,C=C-H,Ar-H,（面外）,OH,v,NH,CH,CH,CC ,24,各种有机化合物的红外光谱,饱和烃,不饱和烃,醇、酚和醚,含羰基化合物,含氮化合物,其他含杂原子有机化合物,金属有机化合物,高分子化合物,无机化合物,一、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,：,800-720,cm,-1,对判断,-(CH,2,),n,-,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：,1253-800,cm,-1,，,对结构分析作用不大。,烷烃吸收峰,正己烷的红外光谱图,2,，,2,，,4-,三甲基戊烷的红外光谱图,环己烷,二、不饱和烃,烯烃,炔烃,芳香烃,烯烃双键的特征吸收,影响双键碳碳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,。,共轭效应,：使波数下降约,30,厘米,-1,。,图,2-9 1-,己烯的红外光谱图,3060cm,-1,:,烯烃,CH,伸缩振动；,1820:910cm,-1,倍频；,1650cm,-1,: C=C,伸缩振动；,995,，,905cm,-1,: C=CH,2,非平面摇摆振动,图,2-10,顺式和反式,2,，,2,，,5,，,5,四甲基己烯红外光谱,a,顺式,b,反式,烯烃类型,CH,面外弯曲振动吸收位置（,cm,-1,）,R,1,CH=CH,2,995-985,，,910-905,R,1,R,2,C=CH,2,895-885,R,1,CH=CHR,2,(,顺,),730-650,R,1,CH=CHR,2(,反）,980-965,R,1,R,2,C=CHR,3,840-790,=,C-H,的面外弯曲振动,对判断双键的取代类型有用,2,、累积双烯类,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,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。,炔烃化合物,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：,2100,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。分子对称性强时，该吸收较弱。,腈类化合物，,C-N,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。,3340cm,-1,：叁键,CH,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,1-,己炔,正丁腈,芳香烃,振动类型,波数（,cm,-1,）,说明,芳环,C-H,伸缩振动,305050,强度不定,骨架振动,1600,，,1500,，,1580, 1450,（共轭）,1650-1450 cm,-1,峰形尖锐，通常为,4,个峰，但不一定同时出现,C-H,弯曲振动（面外）,910650,随取代情况改变,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,取代类型,C-H,面外弯曲振动吸收峰位置（,cm,-1,）,苯,670,单取代,770-730,，,710-690,二取代,1,，,2-,770-735,1,，,3-,810-750,，,710-690,1,，,4-,833-810,三取代,1,，,2,，,3-,780-760,，,745-705,1,，,2,，,4-,885-870,，,825-805,1,，,3,，,5-,865-810,，,730-675,四取代,1,，,2,，,3,，,4-,810-800,1,，,2,，,3,，,5-,850-840,1,，,2,，,4,，,5-,870-855,五取代,870,各类取代苯的倍频吸收和面外弯曲振动吸收（判断取代类型）,甲苯的红外光谱图,苯乙烯的红外光谱图,1630cm,-1,:C=C,伸缩振动；,1600,，,1580,，,1450cm,-1,:,苯环骨架振动,-905,995,cm,-1,:,CH=CH,2,面外弯曲振动,;,770,695cm,-1,:,单取代,-,甲基萘的红外光谱图,苯环二取代的红外光谱（,a.,邻位,b.,间位,c.,对位）,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。,基团,吸收位置（,cm,-1,）,说明,OH,36503580,（游离）,35503450,（二聚体）,34003200,（多聚体）,3600-2500,（分子内缔合）,尖,中强，较尖,强，宽,宽，散,CO,1050,（伯）,1100,（仲）,1150,（叔）,1200,（酚）,强，酚的吸收峰发生裂分，峰形特别,HO,15001250,650,面内弯曲，强，宽,面外弯曲，宽,正丁醇的红外光谱,3450cm,-1,：缔合,OH,伸缩振动；,1350cm,-1,：,OH,面内弯曲振动,苯酚的红外光谱图,乙醇在,CCl,4,中浓度变化对红外吸收的影响,浓度对羟基吸收峰的影响,醚,(,-C,O,C,伸缩振动,),开链,1275-1060,cm,-1,脂肪醚,1150-1060,cm,-1,芳香醚,1275-1010,cm,-1,烷基乙烯基,1225-1200,cm,-1,对称醚,无对称,伸缩振动,缩醛酮,C,O,CO C,O,C,多醚结构,振动偶合 ，吸收峰分裂为,3,峰：,1190-1160,cm,-1,1143-1125,cm,-1,1090-1063,cm,-1,四、羰基化合物,醛酮,羧酸、羧酸盐,酸酐,酯,酰卤,酰胺,*,含羰基化合物：羰基伸缩振动吸收出现在,1900-1600cm,区，是个强峰，非常特征，在多数情况下是第一吸收。,羰基化合物的,C=O,伸缩振动吸收峰位置,化合物类型,吸收峰位置（,cm,-1,）,醛,1735-1715,酮,1720-1710,酸,1770-1750,酯,1745-1720,酰胺,1700-1680,（酰胺“,I”,峰）,酸酐,1820,和,1760,醛、酮,醛和酮的,C=O,伸缩振动吸收峰位置,差不多,2900-2700,厘米,-1,醛氢伸缩振动：,2820-2720,厘米,-1,有尖锐的小吸收峰出现，该峰往往分叉为双峰，极易识别。根据,C=O,伸缩振动和,2720,厘米,-1,峰就可判断醛的存在。,醛的,羰基比,酮高,10-15,厘米,-1,羰基与双键共轭使,C=C,吸收强度增加，,C=O,吸收位置向低频率方向位移。,正丁醛,2720cm,-1,:,醛基,CH,伸缩振动，特征；,1730cm,-1,：,C=O,伸缩振动,苯甲醛,苯异丙基酮,1694cm,-1,：,C=O,伸缩振动，羰基与苯环共轭，吸收移向低波数；,1580cm,-1,：苯环骨架振动，与羰基共轭，移向低波数,羧酸和羧酸盐,1,、,O-H,C=O,OH(,面外）三个特征振动,2,、在分析谱图时要注意两点：,a,、由于氢键作用，羧酸通常是以二分子缔合体形式存在的，只有测定气体样品或非极性溶剂的稀溶液时，才可看到游离羧酸的特征吸收。,b,、要看羧酸分子是否离解成为羧酸离子。,羧酸盐,-,CO,2,-,的反对称伸缩振动，,1650-1540,cm,-1,，最强峰，,对称伸缩振动，,1420-1300,cm,-1,，强峰,2-,甲基丙酸,33002500 cm,-1,：羧酸二聚体的,OH,伸缩振动，峰形宽，散；,1710 cm,-1,：,C=O,伸缩振动，强,苯甲酸,33002500 cm,-1,：羧酸二聚体的,OH,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,：,OH,非平面摇摆振动，特征,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,乙酸铅,1550cm,-1,：,COO,反对称伸缩振动；,1405cm,-1,：,COO,对称伸缩振动,酯,1,、,C=O,伸缩振动：,1740cm,-1,2,、,-C,O,C-,伸缩振动,：,（,1,）,对称伸缩振动,s,：,1100cm,-1,，弱峰,（,2,）,反对称伸缩振动,as,：,12101160cm,-1,，第一吸收,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,苯甲酸甲酯,酰卤,1,、,卤素原子直接与羰基相连，强诱导效应使羰基伸缩振动大大升高。,(1),脂肪族位于,1800,厘米,-1,附近,(2),不饱和基团与羰基共轭：,1780-1750,厘米,-1,。,(3),芳香酰卤此区双峰：,1773,，,1736,，由,C=O,键的 伸缩振动和,C-X,的弯曲振动产生,feimi,共振引起,2,、,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。,3,、,C-X,弯曲振动：,1310-1040,厘米,-1,金刚烷酰氯,酸酐,1,、有两个羰基伸缩振动，,相差,50,厘米,-1,，反对称伸缩位于高频区（,1800,厘米,-1,），对称伸缩振动位于低频区（,1750,厘米,-1,）。,2,、开链酸酐的高波数峰比低波数峰强，,3,、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，且环越小，两峰的强度差越大。,三甲基乙酸酐,邻苯二甲酸酐,酰胺,N-H,伸缩振动：,3540-3125,厘米,-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）,吡嗪酰胺（抗结核病药）,五、含氮化合物,1,、,胺、亚胺和胺盐,特征吸收,化合物,吸收峰位置,(cm,-1,),吸收峰特征,NH,伸缩振动,伯胺类,3500-3300,两个峰，强度中,仲胺类,3500-3300,一个峰，强度中,亚胺类,3400-3300,一个峰，强度中,NH,弯曲振动,伯胺类,1650-1590,强度强，中,仲胺类,1650-1550,强度极弱,C-N,伸缩振动,芳香胺,伯,1340-1250,强度强,仲,1350-1280,强度强,叔,1360-1310,强度强,脂肪胺,1220-1020,强度中，弱,1410,强度弱,2-,戊胺,3400cm,-1,NH2,反对称伸缩振动；,3340cm,-1,NH2,反对称伸缩振动；,1590cm,-1,NH2,剪式振动；,1185cm,-1,：,CN,伸缩振动,二己胺,3310cm,-1,：弱峰，,NH,伸缩振动；,1460cm,-1,：,CH,2,剪式振动,+CH,3,反对称变形振动；,1110Cm,-1,：,CN,伸缩振动；,715cm,-1,：,NH,非平面摇摆振动,三乙胺,2,、硝基化合物,对称伸缩振动 反对称伸缩振动,(13901320cm,-1,),（,16151540cm,-1,）,脂肪族,：,as,：,1560cm,-1,、,s,：,1370cm,-1,芳香族：,对称伸缩振动,15301500cm,-1,反对称伸缩振动,13701330cm,-1,金属有机化合物,吸收主要由配位基的振动引起的。,三苯基砷的红外光谱图,3078cm,-1,：苯基,C-H,伸缩振动；,1607cm,-1,:,苯基,C=C,伸缩振动；,1488,，,1432 cm,-1,苯环骨架振动；,734,，,694 cm,-1,：单取代苯的,C-H,弯 曲振动,高分子化合物,对应于主要基团的吸收峰,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,无机化合物,谱图比有机化合物要简单得多，其在中红外区的吸收主 要是由阴离子的晶格振动引起的，与阳离子的关系不大，阳离子的质量增加，仅使吸收位置向低频率稍作位移。,25,红外图谱解析,红外光谱的分区,红外标准谱图及检索,萨特勒红外谱图集是较常用的谱图集，数据库，网上资源,红外图谱的解析步骤,红外图谱的解析实例,红外光谱的分区,4000-1300cm,-1,:,官能团区，主要官能团，特征性强。,1300-650cm,-1,:,指纹区，通过峰形、峰强度判断化合物的 结构，特异性强。,（,1,）,4000-2500cm,-1,:,这是,X-H,单键的伸缩振动区。,（,2,）,2500-2000cm,-1,:,此处为叁键和累积双键伸缩振动区。,（,3,）,2000-1500cm,-1,:,此处为双键伸缩振动区。,（,4,）,1500-600cm,-1,:,此区域主要提供,C-H,弯曲振 动的信息 。,红外标准谱图及检索,1,、,萨特勒红外谱图集：,2,、计算机检索：光谱检索、谱峰检索、化合物检索、,3,种结合检索,英特网上的原始图谱：,（,1,）核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、红外光谱在国际化学药品供应商,Aldrich,网站：, 分子中,3,价原子的数目，如,P,，,N,；,b,为分子中,1,价原子的数目，如,H,，,F,，,Cl,，,Br,，,I,。氧和硫的存在对不饱和度没有影响。,注：,1,）,不饱和度,U,：又称缺氢指数、双键等价值；,2,）与饱和烃比较，每缺二个氢为一不饱和度；,3,）,U= 1,，分子可能存在一个双键或一个环状结构；,U4,，分子可能存在苯环或多个双键。,不饱和度,例,1,：某化合物的分子式,C,6,H,14,，红外谱图如下，试推测该化合物的结构。,从谱图看，谱峰少，峰形尖锐，谱图相对简单，可能化合物为对称结构。,从分子式可看出该化合物为烃类，不饱和度的计算：,U=,（,62+2-14,）,/2=0,表明该化合物为饱和烃类。由于,1380cm,-1,的吸收峰为一单峰，表明无偕二甲基存在。,775cm,-1,的峰表明亚甲基基团是独立存在的。因此结构式应为：,由于化合物分子量较小，精细结构较为明显，当化合物的分子量较高时，由于吸收带的相互重叠，其红外吸收带较宽。,解答,谱峰归属,3000-2800cm,-1,：饱和,CH,的反对称和对称伸 缩振动（甲基：,2960,和,2872cm,-1,，亚甲基：,2926,和,2853cm,-1,）。,1461cm,-1,：亚甲基和甲基弯曲振动（分别为,1470,和,1460cm,-1,）。,1380cm,-1,：甲基弯曲振动,(1380cm,-1,),。,775cm,-1,：乙基,CH,2,的平面摇摆振动,（,780cm,-1,）。（,n=1,）,例,2,：试推断化合物,C,4,H,5,N,的结构,解答,不饱和度计算：,U=,（,42+2-5+1,）,/2=3,由不饱和度分析，分子中可能存在一个双键和一个叁键。由于分子中含,N,，可能分子中存在,CN,基团。,由红外谱图看：从谱图的高频区可看到,:2260cm,-1,，氰基的伸缩振动吸收；,1647cm,-1,，乙烯基的,C=C,伸缩振动吸收。可推测分子结构为：,由,1865,，,990,，,935cm,-1,：表明为末端乙烯基。,1418cm,-1,：亚甲基的弯曲振动（,1470cm,-1,，受到两侧不饱和基团的影响，向低波数位移）和末端乙烯基弯曲振动（,1400cm,-1,）。,验证推测正确。,例,3,：试推断化合物,C,7,H,9,N,的结构,解答,不饱和度的计算：,U=,（,72+2-9+1,）,/2=4,不饱和度为,4,，可能分子中有多个双键，或者含有一个苯环。,3520,和,3430cm,-1,：两个中等强度的吸收峰表明为,-NH2,的 反对称和对称伸缩振动吸收（,3500,和,3400cm,-1,）。,1622,，,1588,，,1494,，,1471cm,-1,：苯环的骨架振动（,1600,、,1585,、,1500,及,1450cm,-1,）。证明苯环的存在。,748cm,-1,：苯环取代为邻位（,770-735cm,-1,）。,1442,和,1380cm,-1,：甲基的弯曲振动（,1460,和,1380cm,-1,）。,1268cm,-1,：伯芳胺的,CN,伸缩振动（,1340-1250cm,-1,）。,由以上信息可知该化合物为邻,-,甲苯胺。,例,2.4,试推测化合物,C,8,H,8,O,2,的分子结构,。,解答,不饱和度的计算,U=,（,82+2-8,）,/2=5,不饱和度大于,4,，分子中可能由苯环存在，由于仅含,8,个碳，因此分子应为含一个苯环一个双键。,1610,，,1580,，,1520,，,1430cm,-1,：,苯环的骨架振动（,1600,、,1585,、,1500,及,1450cm,-1,）。证明苯环的存在。,825cm,-1,：,对位取代苯（,833-810cm,-1,）,。,1690cm,-1,：,醛基,C=O,伸缩振动吸收（,1735-1715cm,-1,，由于与 苯环发生共轭向低波数方向位移）。,2820,和,2730cm,-1,：,醛基的,CH,伸缩振动（,2820,和,2720cm,-1,）,。,1465,和,1395 cm,-1,：,甲基的弯曲振动（,1460,和,1380cm,-1,）。,1260,和,1030 cm,-1,：,C-O-C,反对称和对称伸缩振动吸收（,1275,和,1010cm,-1,）,由以上信息可知化合物的结构为：,Analysis:,C,8,H,8,O,解答,IUPAC Name: acetophenone,Analysis:,C,3,H,10,NO,解答,IUPAC Name: N-methylacetamide (N-methylethanamide),Analysis:,C,4,H,8,O,2,红外光谱技术的进展及其应用,红外显微镜,(IR microscope),漫反射傅立叶变换红外光谱技术（,diffuse reflectance spectroscopy, DRS,）,衰减全反射傅立叶变换红外光谱技术（,attenuated total internal reflectance FTIR,ATR-FTIR,）,光声光谱技术（,photoacoustic spectoscopu, PAS,）,红外联用技术：气相色谱,/,红外联用（,GC/IR,）技术、超临界流体色谱与红外光谱联用,图,4-47,人毛发的截面图象,（,a,）可见图象,（,b,）,3300 cm,-1,的,NH,伸缩振动红外成象,红外显微镜,全反射光路图（,n,1,光密物质,n,2,光疏物质,dp,光在光疏物质中入射深度）,光线在样品和棱镜间多次全反射,图中上层为样品，下层为棱镜,衰减全反射傅立叶变换红外光谱技术具有以下优点,不破坏样品，不需要对样品进行分离和制样，对样品的大小、形状没有特殊要求。,2,）可测量含水和潮湿的样品。,3,）检测灵敏度高，测量区域小，检测点可为数微米。,4,）能得到测量位置物质分子的结构信息，某化合物或官能团空间分布的红外光谱图象及微区的可见显微图象。,5,）能进行红外光谱数据库检索以及化学官能团辅助分析，以确定物质的 种类和性质。,6,）操作简便、自动化，用计算机进行选点、定位、聚焦和测量。,红外定性分析,化合物的红外光谱鉴定,未知物化学结构的测定,红外光谱在宝石学上的应用,图 天然翡翠与,B,货翡翠的红外光谱图,I,天然翡翠,II B,货翡翠,