第2章红外光谱讲义
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红外光谱_2
大
振动能 小
能级差 (eV) 1－20
0.05-1
吸收的辐射能 光谱
可见光和紫外 电子光 谱
11 中红外区
振动光
三、红外吸收产生的原理
辐射 分子振动能级跃迁 红外光谱 官能团 分子结构 分子的振动所需的能量远大于分子的转动所需的 能量，因此对应的红外吸收频率也有差异：
远红外区：波长长，能量低，对应分子的转动吸收
一个整体,其运动状态可分为平动、 f总＝f振+f平+f转＝3N
转动、振动三类。分子总自由度应
该等于平动、转动和振动自由度的 f振＝3N －f平－f转
总和，即:
26
三、红外吸收产生的原理
每一种振动形式都会产生一个基频峰，即一个 多原子分子所产生的基频峰的数目应该等于分子所 具有的振动形式的数目。无论是线形分子还是非线 形分子其平动的自由度都等于3。
2
dx 则 m d t2 = - kx（1）
c c
1k
v = 2π m
（3）
x = A cos (2π v t + Ф) （2） 1k
用波数表示 = 2πc m
（波数）与K成 正比； 与原子质量成反比
对双原子分子来说，约合质量
m1 m2 μ=
代替m： =
m1+m2
1 2πc
k μ
发生振动能级跃迁需要的能量的大小取决于键两端原
样品吸收红外辐射的主要原因是： 分子中的化学键
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。既适用于结晶质物质，也 适用于非晶质物质。 应用：有机化合物的结构解析 定性：基团的特征吸收频率 定理：特征峰的强度
6
二、红外光区的划分
波谱解析第2 章 红外光谱
1 K 2c
2015-7-8
药物分析学科组
药学院
双原子分子的实际势能 曲线并非抛物线，在经 韦 Morse修正后，表现为如 国 兵 图2-2所示的实线部分 (化学键)。 由图2-3可知：
(1)振动能(势能)是 原子间距离的函数。振 动时振幅加大，则振动 能也相应增加。
2015-7-8
药物分析学科组
药学院
韦 国 兵
2015-7-8
药物分析学科组
药学院
（2)在常温下，分子处于最低的振动能级，化
韦 国 兵
学键振动与简谐振动模型非常近似(仅当振动量 子数V＝3或4时，势能曲线才显著偏离简谐振动 曲线)。由于通常的红外吸收光谱主要讨论从基 态跃迁到第一激发态(V0V1)，以及从基态直接 跃迁到第二激发态(V0 V2)引起的吸收。因此，
2
2015-7-8
药物分析学科组
药学院
（一）量子力学处理的振动能量
韦 国 兵 • 因 • 有
v
1
c
K m
v 1307
• 所以：
1 K v 2c u
• 结论：双原子基团的基本振动频率的大小与化学键两 端原子的折合相对原子质量和化学键的力常数K的大小 有关；化学键力常数K越大，折合相对原子质量m越小， 则谐振子的振动频率越大，即振动吸收峰的波数越大。
如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2、 Cl2、H2 等。 没有红外活性 。
2015-7-8
药物分析学科组
药学院
一、红外吸收产生的条件
韦 国 兵
• 红外辐射的能量必须与分子发生跃迁的 两振动能级间的能量差别相等，即： E L V h 或 L V • 分子在振动过程中其偶极矩必须发生变 化，即Δμ≠0，即只有红外活性振动才能 产生吸收峰。两个条件缺一不可。 • 红外非活性振动是造成基频峰数小于基 本振动自由度的另一个原因
第二章红外光谱原理教材
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
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
波谱分析课件—红外光谱
用“η”表示
基团的键角不 发生变化，基 基团的键角交替 团只是作为一 发生变化 个整体在分子 的对称平面内 左右摇摆
两个H原子核 在垂直于纸面 的方向上振动， 两个H原子核 且运动方向相 运动方向相反 同---同时向纸 面的同一侧运 动
3
骨架 振 动
定义
多原子分子的骨架振动产生，
如苯环的骨架振动。
晶格振动。
振动频率
以双原子为例，在双原子作伸缩振动时，可以 将其视为一个简单的谐振子。根据经典力学原理， 简谐振动遵循胡克定律：
m1
m2
1 2
K m
式中： ν ----振动频率 K ----化学键的力常数（N· -1） m
对于双原子分子来讲，可
用折合质量 μ（Kg）代替 m：
1 2
红外光谱的发展历史
在十九世纪初就发现了红外线,到1892年有人利 用岩盐棱镜和测热幅射计(电阻温度计)测定了20多 种有机化合物的红外光谱 1905年科伯伦茨发表了128种有机和无机化合物 的红外光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被 确认。 到1930年前后，随着量子理论的提出和发展，红 外光谱的研究得到了全面深入的开展，并且测得大量 物质的红外光谱。 1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光 度计问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外 分光光度计。
产生红外吸收峰。而
， C
O
， N C
，H O
NH2 等强极性基团的伸缩振动吸收均为强吸收。
2
诱导效应
使基团极性降低的诱导效应导致基团的吸收
强度减小； 使基团极性升高的诱导效应导致基团的吸收 强度增加。 例如：
C N 为强极性基团，其
C N 吸收带尖
基团的键角不 发生变化，基 基团的键角交替 团只是作为一 发生变化 个整体在分子 的对称平面内 左右摇摆
两个H原子核 在垂直于纸面 的方向上振动， 两个H原子核 且运动方向相 运动方向相反 同---同时向纸 面的同一侧运 动
3
骨架 振 动
定义
多原子分子的骨架振动产生，
如苯环的骨架振动。
晶格振动。
振动频率
以双原子为例，在双原子作伸缩振动时，可以 将其视为一个简单的谐振子。根据经典力学原理， 简谐振动遵循胡克定律：
m1
m2
1 2
K m
式中： ν ----振动频率 K ----化学键的力常数（N· -1） m
对于双原子分子来讲，可
用折合质量 μ（Kg）代替 m：
1 2
红外光谱的发展历史
在十九世纪初就发现了红外线,到1892年有人利 用岩盐棱镜和测热幅射计(电阻温度计)测定了20多 种有机化合物的红外光谱 1905年科伯伦茨发表了128种有机和无机化合物 的红外光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被 确认。 到1930年前后，随着量子理论的提出和发展，红 外光谱的研究得到了全面深入的开展，并且测得大量 物质的红外光谱。 1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光 度计问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外 分光光度计。
产生红外吸收峰。而
， C
O
， N C
，H O
NH2 等强极性基团的伸缩振动吸收均为强吸收。
2
诱导效应
使基团极性降低的诱导效应导致基团的吸收
强度减小； 使基团极性升高的诱导效应导致基团的吸收 强度增加。 例如：
C N 为强极性基团，其
C N 吸收带尖
2红外光谱
C-H (2000－1667cm-1)
-(CH2)n- (900－600cm-1)
一、红外光的区划
红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波
近红外区：0.76~2.5μm 主要用于研究O-H、N-H、C-H键的倍频吸收或组
频吸收，此区域吸收峰强度较弱。
中红外区：2.5~25μm （400-5000cm-1） 振动、伴随转动光谱主要研究
基本形式 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。 变形振动：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称 弯曲振动或变 角振动。 下图给出了各种可能的振动形式（以甲基和亚甲基为例）。
HH C
对称伸缩振动 s
symmetric stretching
HH C
面内弯曲振动或剪切振动 s
红外吸收强度
红外吸收强度由振动时偶极矩变化的大小决定。 分子中含有杂原子时，其红外谱峰一般都较强。
如C=C，C-C因对称度高，其振动峰强度小；而C=X，C-X，因对
称性低，其振动峰强度就大。峰强度可用很强（vs）、强（s）、 中（m）、弱（w）、很弱（vw）等来表示。
五 、红外谱图解析
红外吸收波段
面内弯曲振动 ✓ 特点：吸收峰密集、难辨认→指纹 ✓ 注：相关峰常出现在指纹区
• 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）有关。
六、影响吸收峰位的因素
1．内部因素：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。相同基团的特 征吸收并不总在一个固定频率上。 （1）诱导效应（吸电效应）： 使振动频率移向高波数区
红外光谱讲义
能级 v2 v1 转动能级跃迁 5 4 3 2 1 0 v0 v2 v1 振动能级跃迁 v0 E1
电子能级跃迁
E0
E = hn 其中 h 为普朗克常数 (6.626 × 10-34 焦耳· 秒） n 为频率
Polarizability——极化率 Polarity——极性 (related to dipole moment) 红外非活性 拉曼活性 Polarizability change 红外活性 拉曼非活性
可拆液体池，用 于非挥发性样品
密封液体池，用 于挥发性样品
气体样品制样
• 气体样品的测定：气体池
气体池：5cm光程（左）；10cm光程（右）
• 傅立叶变换红外光谱仪(Fourier Transform IR Spectrometer）：用干涉仪代替色散装置
– 70年代傅立叶变换光谱仪
2.2.1 傅立叶变换红外谱仪的结构
干涉仪 He-Ne 准直激光 光源
检测器
样品室
检测器检测到的干涉图
v1
v2 v3
A’(v2)
A(v1)
强度
红外光谱
瑞利散射
反斯托克斯
斯托克斯
瑞利散射：比入射光强弱 1000到10000倍 拉曼散射：比瑞利散射弱 10000到100000倍
n0 拉曼频移
n
H H H
H O O H H
芳香环的取代类型——弯曲振动区
羧酸
官能团区
指纹区
芳环上C—H伸缩振动 羧基上O—H伸缩振动 可能的氢键作用
波长 (mm)
0.15
波数 (cm-1)
0
12,800 4000
4000 3750 3500 3250 3000 2750 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 Polyethylene
电子能级跃迁
E0
E = hn 其中 h 为普朗克常数 (6.626 × 10-34 焦耳· 秒） n 为频率
Polarizability——极化率 Polarity——极性 (related to dipole moment) 红外非活性 拉曼活性 Polarizability change 红外活性 拉曼非活性
可拆液体池，用 于非挥发性样品
密封液体池，用 于挥发性样品
气体样品制样
• 气体样品的测定：气体池
气体池：5cm光程（左）；10cm光程（右）
• 傅立叶变换红外光谱仪(Fourier Transform IR Spectrometer）：用干涉仪代替色散装置
– 70年代傅立叶变换光谱仪
2.2.1 傅立叶变换红外谱仪的结构
干涉仪 He-Ne 准直激光 光源
检测器
样品室
检测器检测到的干涉图
v1
v2 v3
A’(v2)
A(v1)
强度
红外光谱
瑞利散射
反斯托克斯
斯托克斯
瑞利散射：比入射光强弱 1000到10000倍 拉曼散射：比瑞利散射弱 10000到100000倍
n0 拉曼频移
n
H H H
H O O H H
芳香环的取代类型——弯曲振动区
羧酸
官能团区
指纹区
芳环上C—H伸缩振动 羧基上O—H伸缩振动 可能的氢键作用
波长 (mm)
0.15
波数 (cm-1)
0
12,800 4000
4000 3750 3500 3250 3000 2750 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 Polyethylene
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)
• 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)
有机波谱第二章红外光谱解读
1.3 分子偶极变化与峰强
1.3.1 峰强度表示方法 谱带强度单位为透射率（T）或吸收强度（A）。它们
可以用透过样品的出射光强度I与入射光强度I0表示：
T = I / I0 A = lg(I0 / I) = lg(1 / T)
在单色光和溶液的实验条件下，溶液的吸收可遵从BeerLambert定律：吸收度与溶液c和吸收池的厚度l成正比，即：
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。
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。
吸收频率随键的强度的增加而增加，随键连原子的质量增 加而减少。化学键力常数：单键—4~8 双键—8~12 叁 键—12~18
1.3.2决定峰强的因素
（1）振动过程中偶极矩的变化
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。只有具有极性的键在振动过程中才出现偶极矩的变 化，在键周围产生稳定的交变电场才能与频率相同的辐射 电磁波作用，从而吸收相应能量使振动跃迁到激发态，得 到振动光谱。这种振动称为红外活性振动。
高极性键的振动，产生强度大的吸收谱带，如羟基、羰 基、硝基等强极性基团都具有很强的红外吸收谱带。
K为 化学键的力常数， 与键能和键长有关； m 为双原子的折合质 量.
2、质量和力常数的影响
有机化合物中个别的化学键可以近似地看作是双原子 分子，这样就可以利用双原子分子的振动公式来理解化学
键的振动：
v
=
1 2πc
(K / u)1/2 = 1303
K (m1 + m2) 1 / 2 m1m2
K:力常数，m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量数。
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➢ 费米振动：弱倍频带与强基频带相近，它们 之间发生偶合，产生共振。
23
第二节 红外光谱基本原理
（二）影响吸收带强度的因素
（1） 偶极矩变化的影响
➢ 原子的电负性：电负性相差越大， Δμ越大 ➢ 振动形式 ➢ 分子的对称性：对称性越高， Δμ越小
（2） 能级跃迁概率的影响
V0 →V 1 V0 →V 2 V0 →V 3
第二节 红外光谱基本原理
2.2 双原子分子振动模型
1 K 2
m1 • m2
m1 m2
v 1 v 1 K 1 K / m1m2
c 2c 2c m1 m2
v(cm1) 1307 K /
7
第二节 红外光谱基本原理
v(cm1) 1307 K /
vCC 1307
5 / 1212 1212
9
第二节 红外光谱基本原理 弯曲振动（δ）：（变形振动，变角振动）：指键 角发生周期性变化、而键长不变的振动
as s 10
第二节 红外光谱基本原理 AX3型分子或基团
11
第二节 红外光谱基本原理 （二）分子振动自由度
振动自由度：
➢ 指分子独立的振动数目，或基本的振动数目 ✓ N个原子组成分子，每个原子具三个自由度
两个或多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裂分，形成双峰。
➢ 酸酐，丙二酸，丁二酸及酯类，两个羰基 ➢ -CH(CH3)2（异丙基）或-C(CH3)3（叔丁基）
CH3 1380cm-1
C
CH3 1370cm-1
O 889cm-1
1746cm-1 1728cm-1
➢ 伯胺或伯酰胺，胺基中的两个N-H
vC=O(cm-1): 1650 1646 1611 1566 1641
20
第二节 红外光谱基本原理 （5） 氢键效应（hydrogen bond effects） ➢ 分子内氢键（intramolecular hydrogen bond）
➢ 分子间氢键（intermolecular hydrogen bond）
vC=O 1760cm-1
vC=O 1700cm-1 21
第二节 红外光谱基本原理 （6） 互变异构（tautomerism）
νc=o 1738 1717 cm-1
νC=O 1650 cm-1 νOH 3000 cm-1
22
第二节 红外光谱基本原理
（7） 振动偶合效应（vibrational coupling effect）
1190(cm1)
vCC 1307
10
/
1212 1212
1690(cm1)
vCC 1307
15
/
1212 1212
2060(cm1)
• 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。
8
第二节 红外光谱基本原理
2.5 基本振动方式
（一）基本振动形式 伸缩振动（υ）：沿键轴方向发生周期性变化的振动
基频带 较强 一级泛频带 弱 二级泛频带 更弱
24
第三节 特征基团与吸收频率
特征区(functional region)
分子自由度 平动自由度 转动自由度 振动自由度 3N 分子振动自由度 3N （平动自由度 转动自由度）
非线性分子：F 3N 6 线性分子：F 3N 5
12
第二节 红外光谱基本原理
F 3N 5
F 3N 6
13
第二节 红外光谱基本原理
➢ 吸收峰数少于振动自由度的原因： • 发生了谱带简并——即振动频率相同的峰重叠 • 红外非活性振动 • 吸收峰太弱或被强峰掩盖
3
第一节 概述
红外光波波长范围
• 0.75~300 μｍ （1μｍ=10-4cm）
❖ 近红外区：0.75～2.5μｍ ❖中红外区：2.5～25μｍ （最常用） ❖ 远红外区：25～300μｍ
(cm1) 10 4
10 4 4000
(m) 2.5
• 2.5~25μｍ 波长对应于4000~400cm-1
14
第二节 红外光谱基本原理
2.6 影响吸收峰的因素
（一）影响吸收谱带位置的因素 （1） 电子效应: 诱导效应和共轭效应
➢ 诱导效应（induction effect, I）
O
-I> p-π
RC X
+I
-I -I
X基： R’ H OR’ Cl F
vC=O(cm-1) :1715 1730 1735 1800
波谱解析
第二章 红外光谱
1
第二章 红外光谱
主要内容
第一节 概述 第二节 红外光谱基本原理 第三节 特征基团与吸收频率 第四节 红外光谱的解析应用
2
第一节 概述
➢ 红外光谱(infrared spectroscopy, IR)是分子光谱， 用于研究分子的振动能级跃迁。
➢ 有机官能团鉴定及结构研究的常用方法之一
18
第二节 红外光谱基本原理 （3） 跨环共轭效应（transannular effect）
vC=O 1675cm-1
3365cm-1
19
第二节 红外光谱基本原理 （4） 环张力（ring strain）
vC=O(cm-1): 1715 1745 1780 1728
vC=O(cm-1): 1651 1657 1678 1781
4
第一节概述
红外光谱图
• T%↓，谱带强度↑。
• vs, T%<10; s, 10<T%<40; m, 40<T%<90;
• w, T%>90 ；b 宽吸收带
5
第二节 红外光谱基本原理
2.1 红外吸收产生的条件
➢红外吸收
E2
E1
V1 hv
V0
E E2 E1 hv
➢偶极矩的净变化Δμ≠0
6
vC=O(cm-1): 1710
O
C H (CH3)2N
1690
1663
O CH
17
第二节 红外光谱基本原理 （2） 空间效应（steric effect） ➢ 场效应（field effect，F）
vC=O(cm-1): 1716
1728
➢ 空间位阻（steric hindrance effect）
1870
使振动频率移向高波数区
15
第二节 红外光谱基本原理
➢ 共轭效应（conjugation effect，C）
O
O
R C S R'
vC=O(cm-1): 1690(C>-I)
R C NR'R''
1680 (C>-I)
vC=O(cm-1): 1715
1690
16
第二节 红外光谱基本原理 ➢ 共轭效应（conjugation effect，C）
23
第二节 红外光谱基本原理
（二）影响吸收带强度的因素
（1） 偶极矩变化的影响
➢ 原子的电负性：电负性相差越大， Δμ越大 ➢ 振动形式 ➢ 分子的对称性：对称性越高， Δμ越小
（2） 能级跃迁概率的影响
V0 →V 1 V0 →V 2 V0 →V 3
第二节 红外光谱基本原理
2.2 双原子分子振动模型
1 K 2
m1 • m2
m1 m2
v 1 v 1 K 1 K / m1m2
c 2c 2c m1 m2
v(cm1) 1307 K /
7
第二节 红外光谱基本原理
v(cm1) 1307 K /
vCC 1307
5 / 1212 1212
9
第二节 红外光谱基本原理 弯曲振动（δ）：（变形振动，变角振动）：指键 角发生周期性变化、而键长不变的振动
as s 10
第二节 红外光谱基本原理 AX3型分子或基团
11
第二节 红外光谱基本原理 （二）分子振动自由度
振动自由度：
➢ 指分子独立的振动数目，或基本的振动数目 ✓ N个原子组成分子，每个原子具三个自由度
两个或多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裂分，形成双峰。
➢ 酸酐，丙二酸，丁二酸及酯类，两个羰基 ➢ -CH(CH3)2（异丙基）或-C(CH3)3（叔丁基）
CH3 1380cm-1
C
CH3 1370cm-1
O 889cm-1
1746cm-1 1728cm-1
➢ 伯胺或伯酰胺，胺基中的两个N-H
vC=O(cm-1): 1650 1646 1611 1566 1641
20
第二节 红外光谱基本原理 （5） 氢键效应（hydrogen bond effects） ➢ 分子内氢键（intramolecular hydrogen bond）
➢ 分子间氢键（intermolecular hydrogen bond）
vC=O 1760cm-1
vC=O 1700cm-1 21
第二节 红外光谱基本原理 （6） 互变异构（tautomerism）
νc=o 1738 1717 cm-1
νC=O 1650 cm-1 νOH 3000 cm-1
22
第二节 红外光谱基本原理
（7） 振动偶合效应（vibrational coupling effect）
1190(cm1)
vCC 1307
10
/
1212 1212
1690(cm1)
vCC 1307
15
/
1212 1212
2060(cm1)
• 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。
8
第二节 红外光谱基本原理
2.5 基本振动方式
（一）基本振动形式 伸缩振动（υ）：沿键轴方向发生周期性变化的振动
基频带 较强 一级泛频带 弱 二级泛频带 更弱
24
第三节 特征基团与吸收频率
特征区(functional region)
分子自由度 平动自由度 转动自由度 振动自由度 3N 分子振动自由度 3N （平动自由度 转动自由度）
非线性分子：F 3N 6 线性分子：F 3N 5
12
第二节 红外光谱基本原理
F 3N 5
F 3N 6
13
第二节 红外光谱基本原理
➢ 吸收峰数少于振动自由度的原因： • 发生了谱带简并——即振动频率相同的峰重叠 • 红外非活性振动 • 吸收峰太弱或被强峰掩盖
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第一节 概述
红外光波波长范围
• 0.75~300 μｍ （1μｍ=10-4cm）
❖ 近红外区：0.75～2.5μｍ ❖中红外区：2.5～25μｍ （最常用） ❖ 远红外区：25～300μｍ
(cm1) 10 4
10 4 4000
(m) 2.5
• 2.5~25μｍ 波长对应于4000~400cm-1
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第二节 红外光谱基本原理
2.6 影响吸收峰的因素
（一）影响吸收谱带位置的因素 （1） 电子效应: 诱导效应和共轭效应
➢ 诱导效应（induction effect, I）
O
-I> p-π
RC X
+I
-I -I
X基： R’ H OR’ Cl F
vC=O(cm-1) :1715 1730 1735 1800
波谱解析
第二章 红外光谱
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第二章 红外光谱
主要内容
第一节 概述 第二节 红外光谱基本原理 第三节 特征基团与吸收频率 第四节 红外光谱的解析应用
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第一节 概述
➢ 红外光谱(infrared spectroscopy, IR)是分子光谱， 用于研究分子的振动能级跃迁。
➢ 有机官能团鉴定及结构研究的常用方法之一
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第二节 红外光谱基本原理 （3） 跨环共轭效应（transannular effect）
vC=O 1675cm-1
3365cm-1
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第二节 红外光谱基本原理 （4） 环张力（ring strain）
vC=O(cm-1): 1715 1745 1780 1728
vC=O(cm-1): 1651 1657 1678 1781
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第一节概述
红外光谱图
• T%↓，谱带强度↑。
• vs, T%<10; s, 10<T%<40; m, 40<T%<90;
• w, T%>90 ；b 宽吸收带
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第二节 红外光谱基本原理
2.1 红外吸收产生的条件
➢红外吸收
E2
E1
V1 hv
V0
E E2 E1 hv
➢偶极矩的净变化Δμ≠0
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vC=O(cm-1): 1710
O
C H (CH3)2N
1690
1663
O CH
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第二节 红外光谱基本原理 （2） 空间效应（steric effect） ➢ 场效应（field effect，F）
vC=O(cm-1): 1716
1728
➢ 空间位阻（steric hindrance effect）
1870
使振动频率移向高波数区
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第二节 红外光谱基本原理
➢ 共轭效应（conjugation effect，C）
O
O
R C S R'
vC=O(cm-1): 1690(C>-I)
R C NR'R''
1680 (C>-I)
vC=O(cm-1): 1715
1690
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第二节 红外光谱基本原理 ➢ 共轭效应（conjugation effect，C）