有机化合物波谱解析 第二章 红外光谱 (IR)
合集下载
波谱解析IR
*分子的能量: E分子=E移+E转+E振+E电子 E光子=hν光=ΔE振 *化学键的偶极矩与分子的偶极矩(μ): *红外光可分为三个区域: 近红外区（泛频区）: 12500-4000 cm-1 (波 数ν); 中红外区（基本振动区） : 4000-400 cm-1 远红外区（转动区） : 400-25 cm-1
空间障碍
COCH3 COCH3 CH3 1663 1686 1693 H3C CH3 COCH3 CH3
跨环效应
环外双键
CH2 CH2
CH2
CH2
1651 O
1657 O
1678
Oห้องสมุดไป่ตู้
1680 O
1716
1745
1775
1810
环内双键
1650
1646
1611
1566
1641
3. 氢键效应: *氢键的形成, 通常可使伸缩振动频率向 低波数方向移动, 且谱带变宽。 *对于固态或液态的羧酸, 由于氢键的作用, 分子以二聚体形式存在, 羟基伸缩振动出 现在3200-2500cm-1区间, 表现为一个宽 而散的吸收峰, 非常特征, 常用于羧酸的 鉴定。
• 合频：电磁波的能量正好等于二个基频跃 迁能量的总和时，则同时激发二个基频振 动到相应激发态，称为合频。 • 差频：电磁波的能量正好等于二个基频跃 迁能量之差的吸收谱带。实际为一个振动 状态由基态跃迁到激发态，同时另一个振 动状态由激发态回到基态的过程。 • 热带：由第一激发态跃迁到第二激发态所 产生的吸收谱带称为热带。 • 组频峰（泛频峰）：倍频、合频、差频峰 的总称。
亚甲基的振动模式：
谱图解析——正己烷
在 2962cm-1 处 的 峰 是 CH3 基 团的不对称伸缩振动。这种 不 对 称 伸 缩 振 动 范 围 2962±10cm-1 ，事实上，存 在两个简并的不对称伸缩振 动（显示其中一个）。
空间障碍
COCH3 COCH3 CH3 1663 1686 1693 H3C CH3 COCH3 CH3
跨环效应
环外双键
CH2 CH2
CH2
CH2
1651 O
1657 O
1678
Oห้องสมุดไป่ตู้
1680 O
1716
1745
1775
1810
环内双键
1650
1646
1611
1566
1641
3. 氢键效应: *氢键的形成, 通常可使伸缩振动频率向 低波数方向移动, 且谱带变宽。 *对于固态或液态的羧酸, 由于氢键的作用, 分子以二聚体形式存在, 羟基伸缩振动出 现在3200-2500cm-1区间, 表现为一个宽 而散的吸收峰, 非常特征, 常用于羧酸的 鉴定。
• 合频：电磁波的能量正好等于二个基频跃 迁能量的总和时，则同时激发二个基频振 动到相应激发态，称为合频。 • 差频：电磁波的能量正好等于二个基频跃 迁能量之差的吸收谱带。实际为一个振动 状态由基态跃迁到激发态，同时另一个振 动状态由激发态回到基态的过程。 • 热带：由第一激发态跃迁到第二激发态所 产生的吸收谱带称为热带。 • 组频峰（泛频峰）：倍频、合频、差频峰 的总称。
亚甲基的振动模式：
谱图解析——正己烷
在 2962cm-1 处 的 峰 是 CH3 基 团的不对称伸缩振动。这种 不 对 称 伸 缩 振 动 范 围 2962±10cm-1 ，事实上，存 在两个简并的不对称伸缩振 动（显示其中一个）。
IR
1725cm-1 （液态）
● 外部因素
1.溶剂影响 ——极性基团，如，C=O
伸缩振动波数随溶剂极性增大而减小。
如，羧酸中的νC=0 气体 1780cm-1（游离） 非极性溶剂 1760cm-1（游离） 乙醚 1735cm-1 乙醇 1720cm-1 碱溶液中 νas C=0 1610～1500cm-1 νsC=0 1400cm-1
● 红外光谱谱带强度（峰强）
● 影响红外光谱的内外因素
一、分子振动特性描述（峰位）
● 谐振子模型 —— 描述分子振动特性
力学的Hoocke定律
◆ 谐振子恢复力（f）： 谐振子恢复力与质点离开平衡位置的位 移或正比，但方向则与位移的方向相反。
f = - K（dA + dB）2 / 2
式中，K为键力常数（force constant）
药物波谱解析 第二章 红外光谱(IR）
红外光谱（IR）
IR：属于分子的振转光谱 IR光谱特征：指纹性 IR谱图： 横坐标 —— 波数为（ ）
纵坐标 —— 透光率（T%）
IR光谱分三种
① 近红外光谱：0.8～2.5um 即1250～4000cm-1
——分子中O-H、N-H、C-H振动倍频和组频；
◆ 分子振转能级示意图：
◆ IR 能级跃迁类型： V0→V1：产生的IR谱带 —— 基频峰 V0→ niVi —— 倍频峰 V0→miVi+niVi —— 合频峰 V0→V1- V2 , 2V1- V2 等 —— 差频峰
※ 泛频峰（组频峰）：倍频峰、合频
峰与差频峰的总称。
四、影响IR光谱的的其他因素
弯曲振动引起的吸收
如，C—X（X=C，N，O）
—— 指纹区域
● 外部因素
1.溶剂影响 ——极性基团，如，C=O
伸缩振动波数随溶剂极性增大而减小。
如，羧酸中的νC=0 气体 1780cm-1（游离） 非极性溶剂 1760cm-1（游离） 乙醚 1735cm-1 乙醇 1720cm-1 碱溶液中 νas C=0 1610～1500cm-1 νsC=0 1400cm-1
● 红外光谱谱带强度（峰强）
● 影响红外光谱的内外因素
一、分子振动特性描述（峰位）
● 谐振子模型 —— 描述分子振动特性
力学的Hoocke定律
◆ 谐振子恢复力（f）： 谐振子恢复力与质点离开平衡位置的位 移或正比，但方向则与位移的方向相反。
f = - K（dA + dB）2 / 2
式中，K为键力常数（force constant）
药物波谱解析 第二章 红外光谱(IR）
红外光谱（IR）
IR：属于分子的振转光谱 IR光谱特征：指纹性 IR谱图： 横坐标 —— 波数为（ ）
纵坐标 —— 透光率（T%）
IR光谱分三种
① 近红外光谱：0.8～2.5um 即1250～4000cm-1
——分子中O-H、N-H、C-H振动倍频和组频；
◆ 分子振转能级示意图：
◆ IR 能级跃迁类型： V0→V1：产生的IR谱带 —— 基频峰 V0→ niVi —— 倍频峰 V0→miVi+niVi —— 合频峰 V0→V1- V2 , 2V1- V2 等 —— 差频峰
※ 泛频峰（组频峰）：倍频峰、合频
峰与差频峰的总称。
四、影响IR光谱的的其他因素
弯曲振动引起的吸收
如，C—X（X=C，N，O）
—— 指纹区域
【课件】红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析
400－10
1.2 红外光谱的产生： 用频率4000~400cm-1(波长2.5~25m)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。
1.3 波长和波数
电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：
1.4 红外光谱的表示方法
I T % 100 % I0
I：透过光的强度 I0：入射光的强度
横坐标：波数( v)400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。
T越小，吸收越好，曲线低谷表示是一个好的吸收带。
1.5
分子振动与红外光谱
1.5.1 分子的振动方式：伸缩振动，弯曲振动 (1)伸缩振动：
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
对称伸缩振动(νs) -1 (2853 cm )
α-卤代酮规律（甾体类化合物中常见）
• 面内弯曲振动的频率大于面外弯曲振动的频率。 vas ＞ vs ＞＞δ面内＞ δ面外
以上振动产生的吸收峰叫基频峰。
基频峰：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。 0 1
倍频峰：指 0 2的振动吸收带，出现在强的基频
峰的大约2倍处(实际比两倍低)。一般为弱吸收峰。
CH2 VC=C 1651 1657
CH2 1690
CH2
CH2 1750
O VC=O 1715 1745
O 1780
O 1815
O
VC=C
1645
1610
1560
b. 空间位阻（降低共轭程度，向高频移动）
O (H3C)3C
1725
O (H3C)3C Br
1.2 红外光谱的产生： 用频率4000~400cm-1(波长2.5~25m)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。
1.3 波长和波数
电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：
1.4 红外光谱的表示方法
I T % 100 % I0
I：透过光的强度 I0：入射光的强度
横坐标：波数( v)400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。
T越小，吸收越好，曲线低谷表示是一个好的吸收带。
1.5
分子振动与红外光谱
1.5.1 分子的振动方式：伸缩振动，弯曲振动 (1)伸缩振动：
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
对称伸缩振动(νs) -1 (2853 cm )
α-卤代酮规律（甾体类化合物中常见）
• 面内弯曲振动的频率大于面外弯曲振动的频率。 vas ＞ vs ＞＞δ面内＞ δ面外
以上振动产生的吸收峰叫基频峰。
基频峰：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。 0 1
倍频峰：指 0 2的振动吸收带，出现在强的基频
峰的大约2倍处(实际比两倍低)。一般为弱吸收峰。
CH2 VC=C 1651 1657
CH2 1690
CH2
CH2 1750
O VC=O 1715 1745
O 1780
O 1815
O
VC=C
1645
1610
1560
b. 空间位阻（降低共轭程度，向高频移动）
O (H3C)3C
1725
O (H3C)3C Br
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
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
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。
IR1
分子能级图
E电 =1 ~ 20ev λ = 0.06 ~1.25m 紫外 可见吸收光谱 E振 = 0.05 ~1ev λ = 25 ~1.25m 红外吸收光谱 E转 = 0.005 ~ 0.05ev λ = 250 ~ 25m 远红外吸收光谱
红外光区划分
近红外(泛频） 近红外 泛频） 泛频 (0.75~2.5 m) 红外光谱 (0.75~1000m) 中红外(振动区) 中红外(振动区) 振动区 (2.5~25 m) 远红外(转动区 远红外 转动区) 转动区 (25-1000 m) 分区及波长范围
1.样品要求： 纯度＞98% 。 样品应不含水分。 2.测定方法： 测定IR光谱的样品可以是液、固、气状态。 固态样品：常用压片法、糊剂法或薄膜法制样测定。 液态样品：液态样品可注入吸收池内测定。 气态样品：一般灌入特制的气体池内测定。
红外光谱特点
1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 应用范围广：除单原子分子及单核分子外， 2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎 所有有机物均有红外吸收； 所有有机物均有红外吸收； 分子结构更为精细的表征： 谱的波数位置、 3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、 波峰数目及强度确定分子基团、分子结构； 波峰数目及强度确定分子基团、分子结构； 定量分析； 4）定量分析； 气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 分析速度快； 6）分析速度快； 与色谱等联用（GC具有强大的定性功能。 7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。
弯曲振动
– 对称弯曲振动 – 不对称弯曲振动
所以，多原子分子的振动类型可分为两大类：
伸缩振动（υ） 弯曲振动（δ） 面内弯曲振动(δi. p) 剪式振动(以δs表示) 平面摇摆(以ρ表示) 面外弯曲振动(δo.o.p) 非平面摇摆(以ω表示) 扭曲振动(以τ表示) 对称与不对称弯曲振动 其中，以对称伸缩、不对称伸缩、剪式振动、 其中，以对称伸缩、不对称伸缩、剪式振动、非平面摇摆 出现较多。 对称伸缩(以υs表示) 不对称伸缩(以υas表示)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.谐振子: f (弹力)= -Kδx
双原子分子A-B→近似看作谐振子 两原子间的伸缩振动→近似看作简谐振动
简谐振动位能
U
1 2
K (r
re
)2
r 原子间实际距离 re 原子间平衡距离 K 化学键力常数（N / cm）
分子振动总能量
EV
（V
1） h
2
分子振动频率
V 分子振动量子数
V 0 ，1 ，2 ，3
最强 较
很
极弱 极弱
规律
1.k值与 成正比
• •
2.
k c=c
值与
>
k>
成c=反c比
k
c-c
v c= c
>v > c=c
v c-c
• 3.
v C-H > vc-c
>
v C-O>
vቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
> C-Cl
v> C-Br
v C-I
v C-H =2900cm -1
v O-H
=3600~3200cm-1
v N-H
=3500~3300cm-1
分子振动能级差 E振 V h
产生红外光谱前提 E振 EL L 红外光的照射频率 分子的振动频率
1 K 2
- 1307 K
其中 mA mB
mA mB
- 1307 K’ (适用于X-H型键)
- 1307 2K’(适用于X-Y型键)
M
*振动频率(ν)是键的力常数(K)及两 个原子(mA与mB)的质量的函数。
谱图解析——正己烷
在1375±10cm-1，是CH3对称弯曲振 动（也叫“伞”弯曲振动）吸收峰位 置，这个峰通常时很有用的，因为这 个峰比较孤立，比较环己烷的谱图， 最大的差异就是在环己烷谱图中没有 CH3基团的对称弯曲振动峰。
(二).多原子分子的振动类型
2. 分子振动自由度与峰数
*基本振动的数目称为振动自由度; 由N个原子构成的分子,其总自由度 为3N个。
✓ 例：
CC CH
例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为 9.6, 计算波数值。
v 1 1 k 1307 k 1307 9.6 1650cm1
2c
12 / 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
21:35:23
2. 非谐振子:
*真实分子并非严格遵守谐振子规律, 其 势能曲线不是抛物线。
(2) V0 V2或V3 :产生倍频峰谱带, 峰较弱。 ν0 2= 2ν(1-3Xe)
基频峰（0→1） 二倍频峰（ 0→2 ）
弱
三倍频峰（ 0→3 ） 弱
四倍频峰（ 0→4 ） 五倍频峰（ 0→5 ）
2885.9 cm-1 5668.0 cm-1
8346.9 cm-1
10923.1 cm-1 13396.5 cm-1
《波谱解析》
第二章 红外光谱 (IR)
学习要求:
1.了解红外光谱的基础知识: 红外光谱产 生的原因以及在IR谱中影响基团(官能团) 振动频率(ν)的一些因素。 2.掌握IR谱解析的重要区段及主要官能 团特征吸收频率。 3. 了解IR谱在有机结构分析中的应用。
第一节 基础知识
一. 红外光(800nm-400μm)与红外光谱(IR):
这些式子表明:双原子分子的振动频率 (波数)随着化学键力常数的增大而 增加, 同时也随着原子折合质量的 增加而降低。
表： 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
✓ 例： CC
CC
CC
K 15N / cm K 10N / cm K 5N / cm
~ 2160cm1 ~ 1650cm1 ~ 1190cm1
满足两个条件： (1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)辐射与物质间有相互偶合作用。
对称分子：没有偶极矩，辐 射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。
非对称分子：有偶极矩，红 外活性。
偶极子在交变电场中的作用示意图
21:35:23
二. 分子化学键的振动与能级:
(一). 双原子分子的振动:
*分子的能量: E分子=E移+E转+E振+E电子 E光子=hν光=ΔE振
*化学键的偶极矩与分子的偶极矩(μ): *红外光可分为三个区域:
近红外区（泛频区）: 12500-4000 cm-1 (波 数ν-);
中红外区（基本振动区） : 4000-400 cm-1 远红外区（转动区） : 400-25 cm-1
谱图解析——正己烷
2872cm-1 处 是 CH3 的 对称伸缩振动峰，一 般波数范围为： 2872±10cm-1。
谱图解析——正己烷
在 2853cm-1 处 的 吸 收 峰 ， 是 CH2 的 对 称 伸 缩 振 动 峰 ，一般这种振动峰的吸收 位置在：2853±10cm-1。
正己烷
在1455±10cm-1处，是CH2 的弯曲振动峰吸收值（也叫 剪刀振动）。
*由量子力学求得非谐振子的能级为:
E振=(V+1/2) ν- -(V+1/2)2Xe ν-
式中V:振动量子数, 其值可取0, 1, 2….
Xe:非谐性修正系数
ν- :谐振子的振动频率
3
*在常温下, 分子几乎均处于基态, 所以在红 外光谱中通常只考虑如下两种跃近: (1) V0 V1:产生基频峰谱带, 峰较强。 ν0 1= ν(1-2Xe)
红外光谱(IR):
红外光谱图： 纵坐标用吸收强度[吸光度A或透光率T(%) =(T/T0)%]表示 横坐标用波长λ( m )或波数ν＝- 1/λ (cm-1)表示
有机化合物结构：可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。
红外吸收光谱产生的条件
condition of Infrared absorption spectroscopy
• 4. 伸缩振动频率>弯曲振动频率
(二).多原子分子的振动类型
1. 振动类型 (分两大类) :
(1) 伸缩振动: 以ν表示, 又可分: 对称(νs) 不对称(νas)
(2) 弯曲振动:以δ表示, 又可为4种。 面内弯曲振动δ ip：剪式；平面摇摆 面外弯曲振动δ 0.0.p：扭曲；非平面摇摆
νas > νs> δ S > δ 0.0.p
亚甲基的振动模式：
谱图解析——正己烷
在 2962cm-1 处 的 峰 是 CH3 基 团的不对称伸缩振动。这种 不对称伸缩振动范围 2962±10cm-1 ， 事 实 上 ， 存 在两个简并的不对称伸缩振 动（显示其中一个）。
谱图解析——正己烷
在 2926cm-1 处 ， 是 CH2 的 不 对 称 伸 缩 振 动峰，一般在 2926±10cm-1 范 围 内 。
双原子分子A-B→近似看作谐振子 两原子间的伸缩振动→近似看作简谐振动
简谐振动位能
U
1 2
K (r
re
)2
r 原子间实际距离 re 原子间平衡距离 K 化学键力常数（N / cm）
分子振动总能量
EV
（V
1） h
2
分子振动频率
V 分子振动量子数
V 0 ，1 ，2 ，3
最强 较
很
极弱 极弱
规律
1.k值与 成正比
• •
2.
k c=c
值与
>
k>
成c=反c比
k
c-c
v c= c
>v > c=c
v c-c
• 3.
v C-H > vc-c
>
v C-O>
vቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
> C-Cl
v> C-Br
v C-I
v C-H =2900cm -1
v O-H
=3600~3200cm-1
v N-H
=3500~3300cm-1
分子振动能级差 E振 V h
产生红外光谱前提 E振 EL L 红外光的照射频率 分子的振动频率
1 K 2
- 1307 K
其中 mA mB
mA mB
- 1307 K’ (适用于X-H型键)
- 1307 2K’(适用于X-Y型键)
M
*振动频率(ν)是键的力常数(K)及两 个原子(mA与mB)的质量的函数。
谱图解析——正己烷
在1375±10cm-1，是CH3对称弯曲振 动（也叫“伞”弯曲振动）吸收峰位 置，这个峰通常时很有用的，因为这 个峰比较孤立，比较环己烷的谱图， 最大的差异就是在环己烷谱图中没有 CH3基团的对称弯曲振动峰。
(二).多原子分子的振动类型
2. 分子振动自由度与峰数
*基本振动的数目称为振动自由度; 由N个原子构成的分子,其总自由度 为3N个。
✓ 例：
CC CH
例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为 9.6, 计算波数值。
v 1 1 k 1307 k 1307 9.6 1650cm1
2c
12 / 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
21:35:23
2. 非谐振子:
*真实分子并非严格遵守谐振子规律, 其 势能曲线不是抛物线。
(2) V0 V2或V3 :产生倍频峰谱带, 峰较弱。 ν0 2= 2ν(1-3Xe)
基频峰（0→1） 二倍频峰（ 0→2 ）
弱
三倍频峰（ 0→3 ） 弱
四倍频峰（ 0→4 ） 五倍频峰（ 0→5 ）
2885.9 cm-1 5668.0 cm-1
8346.9 cm-1
10923.1 cm-1 13396.5 cm-1
《波谱解析》
第二章 红外光谱 (IR)
学习要求:
1.了解红外光谱的基础知识: 红外光谱产 生的原因以及在IR谱中影响基团(官能团) 振动频率(ν)的一些因素。 2.掌握IR谱解析的重要区段及主要官能 团特征吸收频率。 3. 了解IR谱在有机结构分析中的应用。
第一节 基础知识
一. 红外光(800nm-400μm)与红外光谱(IR):
这些式子表明:双原子分子的振动频率 (波数)随着化学键力常数的增大而 增加, 同时也随着原子折合质量的 增加而降低。
表： 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
✓ 例： CC
CC
CC
K 15N / cm K 10N / cm K 5N / cm
~ 2160cm1 ~ 1650cm1 ~ 1190cm1
满足两个条件： (1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)辐射与物质间有相互偶合作用。
对称分子：没有偶极矩，辐 射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。
非对称分子：有偶极矩，红 外活性。
偶极子在交变电场中的作用示意图
21:35:23
二. 分子化学键的振动与能级:
(一). 双原子分子的振动:
*分子的能量: E分子=E移+E转+E振+E电子 E光子=hν光=ΔE振
*化学键的偶极矩与分子的偶极矩(μ): *红外光可分为三个区域:
近红外区（泛频区）: 12500-4000 cm-1 (波 数ν-);
中红外区（基本振动区） : 4000-400 cm-1 远红外区（转动区） : 400-25 cm-1
谱图解析——正己烷
2872cm-1 处 是 CH3 的 对称伸缩振动峰，一 般波数范围为： 2872±10cm-1。
谱图解析——正己烷
在 2853cm-1 处 的 吸 收 峰 ， 是 CH2 的 对 称 伸 缩 振 动 峰 ，一般这种振动峰的吸收 位置在：2853±10cm-1。
正己烷
在1455±10cm-1处，是CH2 的弯曲振动峰吸收值（也叫 剪刀振动）。
*由量子力学求得非谐振子的能级为:
E振=(V+1/2) ν- -(V+1/2)2Xe ν-
式中V:振动量子数, 其值可取0, 1, 2….
Xe:非谐性修正系数
ν- :谐振子的振动频率
3
*在常温下, 分子几乎均处于基态, 所以在红 外光谱中通常只考虑如下两种跃近: (1) V0 V1:产生基频峰谱带, 峰较强。 ν0 1= ν(1-2Xe)
红外光谱(IR):
红外光谱图： 纵坐标用吸收强度[吸光度A或透光率T(%) =(T/T0)%]表示 横坐标用波长λ( m )或波数ν＝- 1/λ (cm-1)表示
有机化合物结构：可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。
红外吸收光谱产生的条件
condition of Infrared absorption spectroscopy
• 4. 伸缩振动频率>弯曲振动频率
(二).多原子分子的振动类型
1. 振动类型 (分两大类) :
(1) 伸缩振动: 以ν表示, 又可分: 对称(νs) 不对称(νas)
(2) 弯曲振动:以δ表示, 又可为4种。 面内弯曲振动δ ip：剪式；平面摇摆 面外弯曲振动δ 0.0.p：扭曲；非平面摇摆
νas > νs> δ S > δ 0.0.p
亚甲基的振动模式：
谱图解析——正己烷
在 2962cm-1 处 的 峰 是 CH3 基 团的不对称伸缩振动。这种 不对称伸缩振动范围 2962±10cm-1 ， 事 实 上 ， 存 在两个简并的不对称伸缩振 动（显示其中一个）。
谱图解析——正己烷
在 2926cm-1 处 ， 是 CH2 的 不 对 称 伸 缩 振 动峰，一般在 2926±10cm-1 范 围 内 。