红外波谱解析
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红外光谱谱图解析完整版
双键伸缩振动区 (4)1500 670 cm-1
X—Y伸缩， X—H变形振动区
2020/4/1
2、确定分子官能团和基团的吸收峰
（1） X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） ① —O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；
中红外区： 远红外区：纯转动能 级跃迁，变角、骨架 振动；异构体、金属 有机物、氢键
2020/4/1
一、认识红外光谱图
2020/4/1
1、红外光谱图
峰强：Vs（Very strong）： 很强；s（strong）：强； m（medium）：中强； w（weak）：弱。 峰形：表示形状的为宽峰、尖峰 、肩峰、双峰等类型
变形振动 亚甲基
2020/4/1
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基：
对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1
变形振动 甲基
2020/4/1
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称 υas(CH3) 2960㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
二、解析红外光谱图
2020/4/1
一个未知化合物仅用红外光谱解析结构是十分困难的。一般在光谱解析
前，要做未知物的初步分析 红外光谱谱图的解析更带有经验性、灵活性。 解析主要是在掌握影响振动频率的因素及各类化合物的红外特征吸收谱
带的基础上，按峰区分析，指认某谱带的可能归属，结合其他峰区的相关 峰，确定其归属。
在此基础上，再仔细归属指纹区的有关谱带，综合分析，提出化合物的 可能结构。
必要时查阅标图谱或与其他谱（1H NMR，13C NMR，MS）配合， 确证其结构。
2020/4/1
X—Y伸缩， X—H变形振动区
2020/4/1
2、确定分子官能团和基团的吸收峰
（1） X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） ① —O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；
中红外区： 远红外区：纯转动能 级跃迁，变角、骨架 振动；异构体、金属 有机物、氢键
2020/4/1
一、认识红外光谱图
2020/4/1
1、红外光谱图
峰强：Vs（Very strong）： 很强；s（strong）：强； m（medium）：中强； w（weak）：弱。 峰形：表示形状的为宽峰、尖峰 、肩峰、双峰等类型
变形振动 亚甲基
2020/4/1
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基：
对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1
变形振动 甲基
2020/4/1
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称 υas(CH3) 2960㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
二、解析红外光谱图
2020/4/1
一个未知化合物仅用红外光谱解析结构是十分困难的。一般在光谱解析
前，要做未知物的初步分析 红外光谱谱图的解析更带有经验性、灵活性。 解析主要是在掌握影响振动频率的因素及各类化合物的红外特征吸收谱
带的基础上，按峰区分析，指认某谱带的可能归属，结合其他峰区的相关 峰，确定其归属。
在此基础上，再仔细归属指纹区的有关谱带，综合分析，提出化合物的 可能结构。
必要时查阅标图谱或与其他谱（1H NMR，13C NMR，MS）配合， 确证其结构。
2020/4/1
有机波谱解析-第三章_红外光谱
由于红外光谱吸收强度受狭缝宽度、温度和溶剂等因素影 响，故不易精确测定，在实际分析中，只是通过与羰基等强吸 收峰对比来定性研究。
谱带强度与振动时偶极矩变化有关,偶极矩变化愈 基团极性 大，谱带强度愈大；偶极矩不发生变化，谱带强度为0， 即为红外非活性。 电子效应
红外吸收强度 偶极距变化幅度 振动偶合
伸缩振动（
as
）两种形式。
弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分
它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式。
为面内弯曲振动（）和面外弯曲振动（ ）两种形式，
+和-表示垂直于纸面方向的前后振动。
亚甲基的振动形式
三、分子振动与红外吸收峰的关系
理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相应 频率的红外光，在光谱图对应位臵上出现一个吸收 峰。实际上，因种种原因分子振动的数目与谱图中
纵坐标为： 百分透过率（%） 横坐标为： 波长（µ m）或波 数（cm-1）。
环戊烷
也可用文字形式表示为：2955cm-1(s)为CH2的反对称伸缩振动 (υasCH2),2870cm-1(m)为CH2的对称伸缩振动(υsCH2) 1458cm-1(m) 为CH2的面内弯曲振动(δ面内CH2),895cm-1(m)为CH2的面外弯曲振动 (面外CH2)
诱导效应大于共轭效应， C＝O 蓝移至 1735 cm-1
三、空间效应
（1）空间位阻 破坏共轭体系的共平面性，使共
轭效应减弱，双键的振动频率蓝移（增大）。
CH(CH3)2 O O O
CH3 CH3
CH3 CH(CH3)2
CH3
1663cm-1
1686cm-1
1693cm-1
（2）环的张力：环的大小影响环上有关基 团的频率。
红外光谱解析
organochem@
本章重点内容及其课后作业
本章重点内容: 本章重点内容: 1. 分子振动方式与红外光谱产生的条件; 分子振动方式与红外光谱产生的条件; 2. 伸缩振动频率与胡克定律,常见化学键的伸缩振动频 伸缩振动频率与胡克定律, 率的计算; 率的计算; 3. 分子结构与红外光谱的解析,各类有机物的特征红外 分子结构与红外光谱的解析, 吸收. 吸收. 课后作业 1. 阅读教材《有机化合物结构分析》邹建平等编著, 阅读教材《有机化合物结构分析》邹建平等编著, p52～86,熟悉各类有机化合物的特征红外吸收, p52～86,熟悉各类有机化合物的特征红外吸收,对能 说明有机物结构特点的吸收峰进行归属. 说明有机物结构特点的吸收峰进行归属. 2. 教材所附练习1,2,3,4,7,8,10,11,12,13应 教材所附练习1 10,11,12,13应 重点掌握,要求对说明化合物结构的吸收峰进行归属. 重点掌握,要求对说明化合物结构的吸收峰进行归属. 3. 预习核磁共振氢谱的相关内容. 预习核磁共振氢谱的相关内容.
organochem@
有机化合物标准谱图网站
网址:http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi网址:http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi
organochem@
organochem@
红外光谱解析示例
2000～ 2000～1600 cm-1以及789,687 cm-1的吸收峰说明苯 以及789, 环间位二取代; 环间位二取代; 所以分子中含有所以分子中含有-C6H5,-CN,与分子式C8H7N相比, CN,与分子式C 相比, 相差的结构,综上所述,该化合物可能间相差-CH3的结构,综上所述,该化合物可能间-甲基 苯腈. 苯腈. 与标准红外谱图对照可证实该化合物. 与标准红外谱图对照可证实该化合物.
本章重点内容及其课后作业
本章重点内容: 本章重点内容: 1. 分子振动方式与红外光谱产生的条件; 分子振动方式与红外光谱产生的条件; 2. 伸缩振动频率与胡克定律,常见化学键的伸缩振动频 伸缩振动频率与胡克定律, 率的计算; 率的计算; 3. 分子结构与红外光谱的解析,各类有机物的特征红外 分子结构与红外光谱的解析, 吸收. 吸收. 课后作业 1. 阅读教材《有机化合物结构分析》邹建平等编著, 阅读教材《有机化合物结构分析》邹建平等编著, p52～86,熟悉各类有机化合物的特征红外吸收, p52～86,熟悉各类有机化合物的特征红外吸收,对能 说明有机物结构特点的吸收峰进行归属. 说明有机物结构特点的吸收峰进行归属. 2. 教材所附练习1,2,3,4,7,8,10,11,12,13应 教材所附练习1 10,11,12,13应 重点掌握,要求对说明化合物结构的吸收峰进行归属. 重点掌握,要求对说明化合物结构的吸收峰进行归属. 3. 预习核磁共振氢谱的相关内容. 预习核磁共振氢谱的相关内容.
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红外光谱解析示例
2000～ 2000～1600 cm-1以及789,687 cm-1的吸收峰说明苯 以及789, 环间位二取代; 环间位二取代; 所以分子中含有所以分子中含有-C6H5,-CN,与分子式C8H7N相比, CN,与分子式C 相比, 相差的结构,综上所述,该化合物可能间相差-CH3的结构,综上所述,该化合物可能间-甲基 苯腈. 苯腈. 与标准红外谱图对照可证实该化合物. 与标准红外谱图对照可证实该化合物.
红外IR波谱解析解表
醇和酚
3650~3600 cm-1
自由羟基O-H的伸缩振动，为尖锐的吸收峰
3500~3200 cm-1
分子间氢键O-H伸缩振动
1300~1000 cm-1
C-O伸缩振动
769~659 cm-1
O-H面外弯曲
醚特征吸收：1300~1000 cm-1的伸缩振动
脂肪醚
1150~1060 cm-1一个强的吸收峰
芳香醚
1270~1230 cm-1（为Ar-O伸缩）
1050~1000 cm-1（为R-O伸缩）
醛和酮
1750~1700 cm-1
C=O伸缩
2820，2720 cm-1
醛基C-H伸缩
1715 cm-1
强的C=O伸缩振动
羧酸
3300~2500 cm-1
C=O吸收
1720~1706 cm-1
C-O伸缩
920 cm-1
醛基
2820，2720和1750~1700 cm-1三个峰
烷烃
3000~2850 cm-1
C-H伸缩振动
1465~1340 cm-1
C-H弯曲振动
烯烃
3100~3010 cm-1
芳环上C-H伸缩振动
1675~1640 cm-1
C=C骨架振动
1000~675 cm-1
C-H面外弯曲振动
芳香化合物
在1600，1580，1500和1450 cm-1可能出现强度不等的4个峰。
C-Cl850-550 cm-1
C-Br690-515 cm-1
C-I600-500 cm-1
IR波谱解析
不饱和度＝NC+1+(NN-NH)/2
分析3300~2800 cm-1区域C-H伸缩振动吸收
3650~3600 cm-1
自由羟基O-H的伸缩振动，为尖锐的吸收峰
3500~3200 cm-1
分子间氢键O-H伸缩振动
1300~1000 cm-1
C-O伸缩振动
769~659 cm-1
O-H面外弯曲
醚特征吸收：1300~1000 cm-1的伸缩振动
脂肪醚
1150~1060 cm-1一个强的吸收峰
芳香醚
1270~1230 cm-1（为Ar-O伸缩）
1050~1000 cm-1（为R-O伸缩）
醛和酮
1750~1700 cm-1
C=O伸缩
2820，2720 cm-1
醛基C-H伸缩
1715 cm-1
强的C=O伸缩振动
羧酸
3300~2500 cm-1
C=O吸收
1720~1706 cm-1
C-O伸缩
920 cm-1
醛基
2820，2720和1750~1700 cm-1三个峰
烷烃
3000~2850 cm-1
C-H伸缩振动
1465~1340 cm-1
C-H弯曲振动
烯烃
3100~3010 cm-1
芳环上C-H伸缩振动
1675~1640 cm-1
C=C骨架振动
1000~675 cm-1
C-H面外弯曲振动
芳香化合物
在1600，1580，1500和1450 cm-1可能出现强度不等的4个峰。
C-Cl850-550 cm-1
C-Br690-515 cm-1
C-I600-500 cm-1
IR波谱解析
不饱和度＝NC+1+(NN-NH)/2
分析3300~2800 cm-1区域C-H伸缩振动吸收
红外光谱分析
(2)、 变形振动，又称变角振动 是指基团键角发生变 化而键长不变的振动 面内变形
H H C
剪式振动δ s
H
H C
变 形 振 动
面外变形
平面摆动ρ
H
H C
非平面摇摆ω
H
H C
扭曲振动τ
产生红外吸收的进一步条件
红外吸收光谱的选择定律 必须满足
– 只有振动过程中，偶极矩发生变化的那种振动方式才能吸收 红外，在红外光谱中出现吸收谱带，这种振动方式成为红外 活性 – 经典力学的解释： 分子吸收电磁波如果能引起振动，则振动自己也能发出电磁波； 因此振动过程必须有周期性的正负电荷分离（机械能-静电势 能转换）。
C C C C (700-1500 cm-1) C (1600-1800 cm-1) C (2000-2500 cm-1)
同一键连接的原子质量愈轻，其振动频率愈高
O-H(3600cm-1), O-D(2630cm-1)
价键振动引起的偶极矩变化愈大，吸收峰的强度愈大
C-C吸收较弱, C =O 吸收较强
各个波段的吸收光谱以及用途
• 红外波段的吸收 - 光子能量（频率）与化学键（机械）振动所需 能量接近(共振) - 分子光谱 （不是电子的跃迁！） • 微波波段的吸收 - 光子能量与分子的转动能量接近 - 也是分子光谱
微波炉，红外加热的原理分别来自于这里。 为什么没有紫外炉？可见光加热炉子？
可见光谱的测量方法
3N=平动自由度 +转动自由度 +振动自由度 振动自由度= 3N -平动自由度 -转动自由度 ）
对于任意形状 分子的平动自 由度示意图(有 3个平动自由度)
z
(a) y
y (b) x z x
红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析
υC=O 1715 cm-1
υC=O 1780 cm-1 υC=O 1650 cm-1
吸电子效应：高波数移动精；选课推件 电子效应：低波数移动
2.峰强 峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化。 偶极矩的变化越小，谱带强度越弱。
• 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，吸收强度减小， 使基团极性增大的诱导效应，吸收强度增加。
2、电子效应
a. 诱导效应
b. 诱导效应使基团电荷分布发生变化，从而改变
了键的力常数，使振动频率发生变化.
O 例： R C X
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
精选课件
O
RCX
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
• 推电子基，C=O电荷中心向O移动，C=O极性增强， 双键性降低，低频移动； • 吸电子基， C=O电荷中心向几何中心靠近， C=O极 性降低，双键性增强，高频移动。
精选课件
H2O有3种振动形式，相应的呈现3个吸收谱带。
精选课件
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相等，才 能发生振动能级跃迁，产生吸收吸收光谱。
2. 只有引起分子偶极矩发生变化的振动才能产生 红外吸收光谱。
精选课件
1.6 IR光谱得到的结构信息
1 峰位：吸收峰的位置（吸收频率） 2 峰强： 吸收峰的强度
化学 键
C―C
C＝C
C≡C
键长 （nm）
红外（IR）谱图解析基础知识
红外谱图解析基础知识(一)、基团频率区和指纹区1、基团频率区中红外光谱区可分成4000 cm-1 ~1300（1800）cm-1和1800 （1300 ）cm-1 ~ 600 cm-1两个区域。
最有分析价值的基团频率在4000 cm-1 ~ 1300 cm-1 之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。
区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。
在1800 cm-1 （1300 cm-1 ）~600 cm-1 区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。
这种振动基团频率和特征吸收峰与整个分子的结构有关。
当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。
这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。
指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。
基团频率区可分为三个区域：（1）4000 ~2500 cm-1 X-H伸缩振动区，X可以是O、N、C或S等原子。
O-H基的伸缩振动出现在3650 ~3200 cm-1 范围内，它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。
当醇和酚溶于非极性溶剂（如CCl4），浓度于0.01mol. dm-3时，在3650 ~3580 cm-1 处出现游离O-H基的伸缩振动吸收，峰形尖锐，且没有其它吸收峰干扰，易于识别。
当试样浓度增加时，羟基化合物产生缔合现象，O-H基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移，在3400 ~3200 cm-1 出现一个宽而强的吸收峰。
胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100 cm-1 ，因此，可能会对O-H伸缩振动有干扰。
C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种。
饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以下，约3000~2800 cm-1 ，取代基对它们影响很小。
如-CH3 基的伸缩吸收出现在2960 cm-1和2876 cm-1附近；R2CH2基的吸收在2930 cm-1 和2850 cm-1附近；R3CH基的吸收基出现在2890 cm-1 附近，但强度很弱。
有机波谱解析红外
RCH=CHR
1653（中） 顺 1650（中） 反 1675（弱）
895-885强 730-650弱且宽
980-965强
三取代
1680（中-弱）
840-790强
四取代 无
四取代
1670（弱-无）
无
共轭烯烃
与烯烃同
向低波数位移，变宽
与烯烃同
吸收峰 振 动
化合物
炔烃
C-H拉伸（或 伸缩）
3310-3300 较强
有机波谱解析红外
3.1.2 近红外、中红外和远红外
波段名称 近红外 中红外 远红外
波长 μ 0.75—2.5
2.5－25 25－1000
波数（cm-1） 13300－4000
4000－400 400－10
3.1.3 红外光谱的表示方法
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。 透光度以下式表示：
1750-1680 2720
1770-1750（缔合时在1710） 气相在3550，液固缔合时在3000-2500 （宽峰）
1800 1860-1800 1800-1750 1735 1690-1650 3520，3380（游离）缔合降低100 2260-2210
说明
3.4 影响峰位置变化的因素
1500-400cm-1区域又叫指纹区. 这一区域主要是： C－C、C－N、C－O 等单键和各种弯曲振动的 吸收峰，其特点是谱带密集、难以辨认。
3.3.2 重要官能团的红外特征吸收
吸收 振
峰
动
化合物
烷烃
C-H拉伸（或伸缩） 2960-2850cm-1
1653（中） 顺 1650（中） 反 1675（弱）
895-885强 730-650弱且宽
980-965强
三取代
1680（中-弱）
840-790强
四取代 无
四取代
1670（弱-无）
无
共轭烯烃
与烯烃同
向低波数位移，变宽
与烯烃同
吸收峰 振 动
化合物
炔烃
C-H拉伸（或 伸缩）
3310-3300 较强
有机波谱解析红外
3.1.2 近红外、中红外和远红外
波段名称 近红外 中红外 远红外
波长 μ 0.75—2.5
2.5－25 25－1000
波数（cm-1） 13300－4000
4000－400 400－10
3.1.3 红外光谱的表示方法
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。 透光度以下式表示：
1750-1680 2720
1770-1750（缔合时在1710） 气相在3550，液固缔合时在3000-2500 （宽峰）
1800 1860-1800 1800-1750 1735 1690-1650 3520，3380（游离）缔合降低100 2260-2210
说明
3.4 影响峰位置变化的因素
1500-400cm-1区域又叫指纹区. 这一区域主要是： C－C、C－N、C－O 等单键和各种弯曲振动的 吸收峰，其特点是谱带密集、难以辨认。
3.3.2 重要官能团的红外特征吸收
吸收 振
峰
动
化合物
烷烃
C-H拉伸（或伸缩） 2960-2850cm-1
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返回
各种化学键的红外吸收位置
外在因素（测定条件）
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
正己酸在液态和气态的红外光谱 a 蒸气（134℃）b 液体（室温）
质量效应
X-H 键的伸缩振动波数（cm-1）
化学键 C-H 波数（cm-1） 3000 化学键 F-H Cl-H Br-H I-H Si-H Ge-H Sn-H 波数（cm-1） 4000 2890 2650 2310 2150 2070 1850
4 10 波数（cm 1） 波长（）
E振
h 2
k
h 2
k (m1 m2 ) m1 m2
1 2c
1 2
k
k (m1 m 2 ) m1 m 2
k
质量效应
1 1 h E hc 2 2 2
常见术语
红外光谱的分区
• • • • 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
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
υ υ
C=C
-1 1645cm -1 3017cm
-1 1610cm -1 3040cm
-1 1565cm -1 3060cm
=C
H
空间位阻
跨环共轭效应
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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
红外光谱
• • • • • 红外光谱的基本概念 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
红外光谱的基本概念
红外光区分三个区段： 近红外区：0.75~2.5 m，13333~4000/cm, 泛音区（用于研究 单键的倍频、组频吸收） 中红外区：2.5~25 m，4000~400/cm, 基频振动区（各种基团 基频振动吸收） 远红外区：25 m以上， 转动区（价键转动、晶格转动）
• 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： • - 和-羟基蒽醌 • -二酮 • -酮酯
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2830~2695 • 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。
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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（ε） 强度 符号
＞200
75~200 25~75 5~25 0~5
很强
强 中等 弱 很弱
VS
S M W VW
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
10 （cm ） （m）
1
4
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 >
• •
高频区
s
> s 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.
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
• 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。
(-I +C)
ArCO-SR 1665
(+C > -I)
R1COR2 1715
(-I > +C) (+C > -I)
共轭效应:共轭效应使不饱和键的波数显著降低
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
H H H
X H 2 X D
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
1715
RCOCl
1800
RCOF
1920
ClCOCl
1828
FCOF
1928
C=O
1713
共轭效应：使C=O 移向低波数 R-CH=CH2
CH3CN
RCOOR
(C2H5)2C=C(CN)COOC2H5
C=C 1650 C=N 2255 C=O 1735 C=C 1629 , C=N
2224,
C=O
1727
中介效应
OR C NHR O
+ N HR R C
• 在许多情况下，诱导效应和共轭效应会同时存 在:
• C=O RCOOR 1735 R1CO-NR2 1690 RCOS-Ar 1710
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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4500~6cm-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。
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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， CN 比CC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π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
C=C-H
Ar-H C C-H
3100-3000
3100-3000 3300
X H X D X D X H
m X mD m X mD m X mH m X mH
m X mH mD m X mD mH
2(m X 1) mX 2
将（mX+1）/（mX+2）近似为1，则上式可简化为：
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CS2, CCl4 ,CHCl3) 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 返回
• 红外光谱的产生：
用波长2.5~25m,频率4000~400/cm的光波照射样品，引起分子内 振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱。
• 分子振动的类型
• 双原子分子振动
多原子分子振动
中红外区的频率常用波数 ν 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。波长和波数的 关系是：
二氧化碳的IR光谱
• •
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 2349
O=C=O
面内弯曲振动 667
O=C=O
面外弯曲振动 667
因此O=C=O的 IR光谱只有2349 和 667/cm 二个吸收峰
IR光谱得到的结构信息
各种化学键的红外吸收位置
外在因素（测定条件）
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
正己酸在液态和气态的红外光谱 a 蒸气（134℃）b 液体（室温）
质量效应
X-H 键的伸缩振动波数（cm-1）
化学键 C-H 波数（cm-1） 3000 化学键 F-H Cl-H Br-H I-H Si-H Ge-H Sn-H 波数（cm-1） 4000 2890 2650 2310 2150 2070 1850
4 10 波数（cm 1） 波长（）
E振
h 2
k
h 2
k (m1 m2 ) m1 m2
1 2c
1 2
k
k (m1 m 2 ) m1 m 2
k
质量效应
1 1 h E hc 2 2 2
常见术语
红外光谱的分区
• • • • 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
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
υ υ
C=C
-1 1645cm -1 3017cm
-1 1610cm -1 3040cm
-1 1565cm -1 3060cm
=C
H
空间位阻
跨环共轭效应
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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
红外光谱
• • • • • 红外光谱的基本概念 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
红外光谱的基本概念
红外光区分三个区段： 近红外区：0.75~2.5 m，13333~4000/cm, 泛音区（用于研究 单键的倍频、组频吸收） 中红外区：2.5~25 m，4000~400/cm, 基频振动区（各种基团 基频振动吸收） 远红外区：25 m以上， 转动区（价键转动、晶格转动）
• 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： • - 和-羟基蒽醌 • -二酮 • -酮酯
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2830~2695 • 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。
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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（ε） 强度 符号
＞200
75~200 25~75 5~25 0~5
很强
强 中等 弱 很弱
VS
S M W VW
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
10 （cm ） （m）
1
4
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 >
• •
高频区
s
> s 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.
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
• 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。
(-I +C)
ArCO-SR 1665
(+C > -I)
R1COR2 1715
(-I > +C) (+C > -I)
共轭效应:共轭效应使不饱和键的波数显著降低
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
H H H
X H 2 X D
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
1715
RCOCl
1800
RCOF
1920
ClCOCl
1828
FCOF
1928
C=O
1713
共轭效应：使C=O 移向低波数 R-CH=CH2
CH3CN
RCOOR
(C2H5)2C=C(CN)COOC2H5
C=C 1650 C=N 2255 C=O 1735 C=C 1629 , C=N
2224,
C=O
1727
中介效应
OR C NHR O
+ N HR R C
• 在许多情况下，诱导效应和共轭效应会同时存 在:
• C=O RCOOR 1735 R1CO-NR2 1690 RCOS-Ar 1710
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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4500~6cm-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。
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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， CN 比CC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π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
C=C-H
Ar-H C C-H
3100-3000
3100-3000 3300
X H X D X D X H
m X mD m X mD m X mH m X mH
m X mH mD m X mD mH
2(m X 1) mX 2
将（mX+1）/（mX+2）近似为1，则上式可简化为：
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CS2, CCl4 ,CHCl3) 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 返回
• 红外光谱的产生：
用波长2.5~25m,频率4000~400/cm的光波照射样品，引起分子内 振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱。
• 分子振动的类型
• 双原子分子振动
多原子分子振动
中红外区的频率常用波数 ν 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。波长和波数的 关系是：
二氧化碳的IR光谱
• •
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 2349
O=C=O
面内弯曲振动 667
O=C=O
面外弯曲振动 667
因此O=C=O的 IR光谱只有2349 和 667/cm 二个吸收峰
IR光谱得到的结构信息