红外吸收光谱
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R1 C R2 C R4 R3
单核芳烃
单核芳烃的C=C 伸缩振动主要有四个吸收谱带，出现在 1620-1450cm-1 范围， 是苯环的骨架振动，其中1450cm-1 , 常常观察不到。 其余三个峰分别出现在 1620-1590cm-1, 1580cm-1, 1520-1480cm-1； 其中， 1500cm-1 最强， 1580cm-1 最弱，常被1600cm-1 峰所掩盖 或变成其肩峰。 1600，1500cm-1 两个谱带是鉴定芳核很价 值。
个主要的应用：
应用
分子结构的 基础研究
测定键长、键角， 计算热力学函数等
化学组成分析
由谱峰位置、形状 推断结构； 特征吸收峰的强度 来测定混合物中各 组分的含量
名称
近红外 区（泛 频区）
λ/μm
0.782.5
σ/cm-1
跃迁类 型
12820- OH, NH 4000 , C-H 倍 频吸收 4000400 基团振 动，分 子转动
该区域的谱带较少，主要有
Bands
R-C≡C-R R-C≡CH R-C≡N 与苯核或 不饱和键共轭
2190-2260cm-1 2100-2140cm-1 2240-2260 cm-1 ( 强且尖锐与O 相毗邻，则变弱） 2220-2230cm-1
3.双键伸缩区（1900-1200cm-1)
链烯（－C=C-)的伸缩振动出现在1680-1620cm-1， 其强度与R1,R2,R3,R4 的差异性和分子的对称性有关。
4. 红外光谱的吸收强度
红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化， 而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越 高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。 一般地，极性较强的基团（如C=O，C-X等）振动， 吸收强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、 N=N等）振动，吸收较弱。红外光谱的吸收强度一般 定性地用很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w） 和很弱（vw）等表示。按摩尔吸光系数的大小划分 吸收峰的强弱等级，具体如下： >100 非常强峰（vs） 20< <100 强峰（s） 10< <20 中强峰（m） 1< <10 弱峰（w）
羧酸由于氢键作用，通常以二聚体形式存在，其吸收峰出现在 1725-1700cm-1. 在CCl4溶剂中，单，二聚体同时存在，单体的吸 收峰在1760cm-1.
4 X-Y 伸缩振动及 X-H 变形振动 （<1650cm-1)
该区域光谱比较复杂，主要有C-H, N-H 变形振动；C-O,C-X 伸 缩振动； C-C 单键振动等。其中1350-650cm-1 区域又称为指 纹区，在指纹区，由于各单键的伸缩振动和C-H 变形振动之间 的偶合作用，使得该区域的光谱非常复杂，并且对于结构上的 微小变化非常敏感，因此对于鉴定化合物很有价值。 900-650 区域的某些吸收峰可用作确定顺反构型或苯环的取代 情况。
s
(2)亚甲基(CH2) (a)亚甲基主要有如下吸收 as CH 2925士10cm-1 (s), CH 1465士20cm-1
1/ 2
某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型: 力常数: 峰位:
—CC — > —C =C — > —C — C — 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 2062cm-1 1683cm-1 1190cm-1
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。
中红外 2.5-25 （基频 振动区） 远红外 （转动 区） 25-300
400-33 分子转 动，晶 格振动
波数(σ/cm-1) =1/λ=104/λ(μm)
1. 产生条件
(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。 在振动过程中，引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收， 称为红外活性；反之，称为红外非活性。 双原子分子： 对称分子：没有偶极矩变化，辐 射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩变化，红 外活性。
酯类中的C=O 基的吸收出现在1750-1725cm-1,为一强峰，且不 受氢键的影响。当羰基和不饱和的键共轭时，吸收向低波数移 动，吸收强度不变。
醛和酮的羰基吸收峰出现在1740-1720 cm-1，其中，醛比酮略高 10-15cm-1,但这不是鉴别二者的依据。醛的C-H 伸缩振动出现在 2820 和2720cm-1 ， 为中等强峰， 后者较尖锐，易于辨别。因 此可将C=O 伸缩振动以及2720cm-1 峰判定醛的存在。
• 常见的化学基团在4000-670cm-1 范围内有特征基团 频率。通常将该区域分为四个部分： • 1. X-H 伸缩振动区：4000-2500cm-1 X=O,C,S,N • 2. 叁键和累积双键区：2500-1900cm-1 • -C≡C-, -C≡N, -C=C=C-,-C=C=O, -N=C=O 等反对称 伸缩 • 3.双键伸缩区: 1900-1200cm-1, • -C=C- ,C=O, C=N, -NO2 等伸缩振动和芳香环的骨 架振动。 • 4. X-Y 伸缩振动及X-H 变形振动 <1650cm-1 • 主要包括 C-H, N-H 变形振动，C-O, C-X 伸缩振动 以及C-C 单键骨架振动。
主要官能团的特征谱带
1、 烷烃
(a)CH的伸缩振动：基本在2975~2845cm-1之间，包括甲 基、亚甲基和次甲基的对称及不对称伸缩振动。
(b)CH的变形振动：在1460附近、1380附近及 720~810cm-1会出现有关吸收。 (c)C-C环的骨架振动,在720~1250cm-1。
(1)甲基(CH3):
苯环取代类型在900-650cm-1 的面外变形振动
取代类型 单取代 邻位取代 间位取代 对位取代
Hale Waihona Puke Baidu
相邻氢数 5H 4H 3H 2H
γ（C-H) 770-730,710-690 770-735 810-750,725-680 860-800
C-O 伸缩在红外中有很强吸收，通常出现在 1300-1000cm-1
O
H
O C R
R
C O H O
N-H 伸缩振动吸收 3500-3100cm-1
S-H stretching vibration
C-H stretching vibration
Saturated C-H Asymmetric stretching -CH3 -CH2CH 2960cm-1 2920cm-1 2890 cm-1 (VW) Symmetric stretching 2870cm-1 2850cm-1
红外吸收光谱
Infrared Absorption Spectroscopy
内容
1
2 3
概述
红外光谱的特征性，基团频率
影响基团频率位移的因素 谱图解析 红外光谱仪
4
5
一、概述
1 3 2 3 4 红外光谱产生条件 分子振动方程
分子振动形式
红外光谱的吸收强度
红外吸收光谱又称为振动转动光谱，在化学领域有两
例如：
R H R H
R H
H R
γ（＝C-H） 690cm-1
γ（＝CH） 990-970cm-1
苯环上的H 原子面外变形的吸收峰的位置取决于环上的取代位 置，而与取代基无关。结合2000-1650cm-1 泛频吸收，为决定 取代类型提供了依据。 CH3 的对称变形振动出 现在1370-1380cm-1,为 甲基的特征峰。当 C 上连有两个CH3时， 在1370cm-1处 分裂为 两个峰。
苯衍生物在2000-1650cm-1 范围出现 C-H 面外和C=C面内变形振动的泛频 吸收，虽然很弱，但它们的吸收面貌 在表征芳核取代类型上很有用。
C=O 的伸缩振动
C=O的伸缩振动出现在1850-1600cm-1, 其吸收非常强烈，为红外 光谱中的最强吸收峰。含C=O 基团的化合物有 酮类，醛类，酯类 以及酸酐等。 酸酐的C=O 吸收峰有两个，分别出现在1820和 1750cm-1, 它们 是由于两个羰基的振动耦合所产生。可根据这两个峰的相对强弱 来判断酸酐是环状的还是线型的。线型酸酐的两个峰强度接近， 高波数稍强于低波数，环状酸酐的低波数强于高波数峰。
(a)甲基主要具有下列吸收
as CH
2960士15cm-1 1465士l0cm-1
(s), (m),
s CH
2870士l0cm-1 1380cm-1左右
(s~m)
as CH
(b)当CH3连接于不同基团上后，其吸收带发生位移，强度 也会有变化。
（c）CH3的 CH 随着结构变化也有变化。
s
3.分子振动的形式
分子简正振动数目： 直线形分子：3n-5 非直线形分子：3n-6
水分子的简正振动的数量：
3n-6=3×3-6＝3
CO2 的简正振动： 3×3-5＝4
伸缩振动(stretching vibration)： Change in bond lengths
Symmetric stretching (νsym)
偶极子在交变电场中的作用示意图
2.分子振动方程（经典力学）
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
K化学键的力常数, 为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
1
1 2c
k
根据小球质量与相对原子质量间的关系：
N k k A 1307 2c M M M 1M 2 M M1 M 2
环烷烃
Unsaturated C-H >3000cm-1
苯环 ＝CH=CH2 ≡CH
C-H 3030cm-1 (比饱和C-H 弱，但尖锐）
3040-3010cm-1 3085cm-1 3300cm-1
C C
C-H stretching vibration: 3300 cm-1
C C
2. 叁键和累积双键（2500-1900cm1)
X-H 伸缩振动区4000-2500cm-1
υ(O-H) 3650-3200cm-1 醇，酚，有机酸 当醇和酚溶于非极性溶剂（如CCl4），浓度小于 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。
Asymmetric stretching (νasym)
弯曲振动( bending vibration): Change in bond angles
Scissoring(δ) rocking (ρ) wagging ( ) twisting/torsion (τ)
亚甲基的振动：
每种简正振动都有其特定的振动频率，似乎都应有 相应的红外吸收带。实际上，绝大多数化合物在红 外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数， 这是由如下原因引起的： （1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收； （2）相同频率的振动吸收重叠，即简并； （3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带 很弱，仪器无法检测； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
二、红外光谱的特征性和基团吸收
• 物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的 吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。多原 子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过 实验手段获得。即通过比较大量已知化合物的红 外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律。 • 实验表明，组成分子的各种基团，如O-H、N-H 、C-H、C=C、C=O和CC等，都有自己的特定 的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置 影响较小。通常把这种能代表基团存在、并有较 高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置 一般又称为特征吸收峰。
CH(CH3)2 (即偕二甲基) ： CH 分裂成二 个强度大体相等的吸收，一个在1385cm-1附近，一个在 1375cm-1附近。 1380cm-1左右
s
C(CH3)3 ： 1380cm-1左右分裂成强度不等的两个峰: ~1395cm-1(m),1365cm-1(S)。 (d)当甲基与杂原子相连时， CH 的吸收位置为： P-CH3 1300cm-1，Si-CH3 1255cm-1， S-CH3 1312cm-1。
单核芳烃
单核芳烃的C=C 伸缩振动主要有四个吸收谱带，出现在 1620-1450cm-1 范围， 是苯环的骨架振动，其中1450cm-1 , 常常观察不到。 其余三个峰分别出现在 1620-1590cm-1, 1580cm-1, 1520-1480cm-1； 其中， 1500cm-1 最强， 1580cm-1 最弱，常被1600cm-1 峰所掩盖 或变成其肩峰。 1600，1500cm-1 两个谱带是鉴定芳核很价 值。
个主要的应用：
应用
分子结构的 基础研究
测定键长、键角， 计算热力学函数等
化学组成分析
由谱峰位置、形状 推断结构； 特征吸收峰的强度 来测定混合物中各 组分的含量
名称
近红外 区（泛 频区）
λ/μm
0.782.5
σ/cm-1
跃迁类 型
12820- OH, NH 4000 , C-H 倍 频吸收 4000400 基团振 动，分 子转动
该区域的谱带较少，主要有
Bands
R-C≡C-R R-C≡CH R-C≡N 与苯核或 不饱和键共轭
2190-2260cm-1 2100-2140cm-1 2240-2260 cm-1 ( 强且尖锐与O 相毗邻，则变弱） 2220-2230cm-1
3.双键伸缩区（1900-1200cm-1)
链烯（－C=C-)的伸缩振动出现在1680-1620cm-1， 其强度与R1,R2,R3,R4 的差异性和分子的对称性有关。
4. 红外光谱的吸收强度
红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化， 而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越 高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。 一般地，极性较强的基团（如C=O，C-X等）振动， 吸收强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、 N=N等）振动，吸收较弱。红外光谱的吸收强度一般 定性地用很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w） 和很弱（vw）等表示。按摩尔吸光系数的大小划分 吸收峰的强弱等级，具体如下： >100 非常强峰（vs） 20< <100 强峰（s） 10< <20 中强峰（m） 1< <10 弱峰（w）
羧酸由于氢键作用，通常以二聚体形式存在，其吸收峰出现在 1725-1700cm-1. 在CCl4溶剂中，单，二聚体同时存在，单体的吸 收峰在1760cm-1.
4 X-Y 伸缩振动及 X-H 变形振动 （<1650cm-1)
该区域光谱比较复杂，主要有C-H, N-H 变形振动；C-O,C-X 伸 缩振动； C-C 单键振动等。其中1350-650cm-1 区域又称为指 纹区，在指纹区，由于各单键的伸缩振动和C-H 变形振动之间 的偶合作用，使得该区域的光谱非常复杂，并且对于结构上的 微小变化非常敏感，因此对于鉴定化合物很有价值。 900-650 区域的某些吸收峰可用作确定顺反构型或苯环的取代 情况。
s
(2)亚甲基(CH2) (a)亚甲基主要有如下吸收 as CH 2925士10cm-1 (s), CH 1465士20cm-1
1/ 2
某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型: 力常数: 峰位:
—CC — > —C =C — > —C — C — 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 2062cm-1 1683cm-1 1190cm-1
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。
中红外 2.5-25 （基频 振动区） 远红外 （转动 区） 25-300
400-33 分子转 动，晶 格振动
波数(σ/cm-1) =1/λ=104/λ(μm)
1. 产生条件
(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。 在振动过程中，引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收， 称为红外活性；反之，称为红外非活性。 双原子分子： 对称分子：没有偶极矩变化，辐 射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩变化，红 外活性。
酯类中的C=O 基的吸收出现在1750-1725cm-1,为一强峰，且不 受氢键的影响。当羰基和不饱和的键共轭时，吸收向低波数移 动，吸收强度不变。
醛和酮的羰基吸收峰出现在1740-1720 cm-1，其中，醛比酮略高 10-15cm-1,但这不是鉴别二者的依据。醛的C-H 伸缩振动出现在 2820 和2720cm-1 ， 为中等强峰， 后者较尖锐，易于辨别。因 此可将C=O 伸缩振动以及2720cm-1 峰判定醛的存在。
• 常见的化学基团在4000-670cm-1 范围内有特征基团 频率。通常将该区域分为四个部分： • 1. X-H 伸缩振动区：4000-2500cm-1 X=O,C,S,N • 2. 叁键和累积双键区：2500-1900cm-1 • -C≡C-, -C≡N, -C=C=C-,-C=C=O, -N=C=O 等反对称 伸缩 • 3.双键伸缩区: 1900-1200cm-1, • -C=C- ,C=O, C=N, -NO2 等伸缩振动和芳香环的骨 架振动。 • 4. X-Y 伸缩振动及X-H 变形振动 <1650cm-1 • 主要包括 C-H, N-H 变形振动，C-O, C-X 伸缩振动 以及C-C 单键骨架振动。
主要官能团的特征谱带
1、 烷烃
(a)CH的伸缩振动：基本在2975~2845cm-1之间，包括甲 基、亚甲基和次甲基的对称及不对称伸缩振动。
(b)CH的变形振动：在1460附近、1380附近及 720~810cm-1会出现有关吸收。 (c)C-C环的骨架振动,在720~1250cm-1。
(1)甲基(CH3):
苯环取代类型在900-650cm-1 的面外变形振动
取代类型 单取代 邻位取代 间位取代 对位取代
Hale Waihona Puke Baidu
相邻氢数 5H 4H 3H 2H
γ（C-H) 770-730,710-690 770-735 810-750,725-680 860-800
C-O 伸缩在红外中有很强吸收，通常出现在 1300-1000cm-1
O
H
O C R
R
C O H O
N-H 伸缩振动吸收 3500-3100cm-1
S-H stretching vibration
C-H stretching vibration
Saturated C-H Asymmetric stretching -CH3 -CH2CH 2960cm-1 2920cm-1 2890 cm-1 (VW) Symmetric stretching 2870cm-1 2850cm-1
红外吸收光谱
Infrared Absorption Spectroscopy
内容
1
2 3
概述
红外光谱的特征性，基团频率
影响基团频率位移的因素 谱图解析 红外光谱仪
4
5
一、概述
1 3 2 3 4 红外光谱产生条件 分子振动方程
分子振动形式
红外光谱的吸收强度
红外吸收光谱又称为振动转动光谱，在化学领域有两
例如：
R H R H
R H
H R
γ（＝C-H） 690cm-1
γ（＝CH） 990-970cm-1
苯环上的H 原子面外变形的吸收峰的位置取决于环上的取代位 置，而与取代基无关。结合2000-1650cm-1 泛频吸收，为决定 取代类型提供了依据。 CH3 的对称变形振动出 现在1370-1380cm-1,为 甲基的特征峰。当 C 上连有两个CH3时， 在1370cm-1处 分裂为 两个峰。
苯衍生物在2000-1650cm-1 范围出现 C-H 面外和C=C面内变形振动的泛频 吸收，虽然很弱，但它们的吸收面貌 在表征芳核取代类型上很有用。
C=O 的伸缩振动
C=O的伸缩振动出现在1850-1600cm-1, 其吸收非常强烈，为红外 光谱中的最强吸收峰。含C=O 基团的化合物有 酮类，醛类，酯类 以及酸酐等。 酸酐的C=O 吸收峰有两个，分别出现在1820和 1750cm-1, 它们 是由于两个羰基的振动耦合所产生。可根据这两个峰的相对强弱 来判断酸酐是环状的还是线型的。线型酸酐的两个峰强度接近， 高波数稍强于低波数，环状酸酐的低波数强于高波数峰。
(a)甲基主要具有下列吸收
as CH
2960士15cm-1 1465士l0cm-1
(s), (m),
s CH
2870士l0cm-1 1380cm-1左右
(s~m)
as CH
(b)当CH3连接于不同基团上后，其吸收带发生位移，强度 也会有变化。
（c）CH3的 CH 随着结构变化也有变化。
s
3.分子振动的形式
分子简正振动数目： 直线形分子：3n-5 非直线形分子：3n-6
水分子的简正振动的数量：
3n-6=3×3-6＝3
CO2 的简正振动： 3×3-5＝4
伸缩振动(stretching vibration)： Change in bond lengths
Symmetric stretching (νsym)
偶极子在交变电场中的作用示意图
2.分子振动方程（经典力学）
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
K化学键的力常数, 为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
1
1 2c
k
根据小球质量与相对原子质量间的关系：
N k k A 1307 2c M M M 1M 2 M M1 M 2
环烷烃
Unsaturated C-H >3000cm-1
苯环 ＝CH=CH2 ≡CH
C-H 3030cm-1 (比饱和C-H 弱，但尖锐）
3040-3010cm-1 3085cm-1 3300cm-1
C C
C-H stretching vibration: 3300 cm-1
C C
2. 叁键和累积双键（2500-1900cm1)
X-H 伸缩振动区4000-2500cm-1
υ(O-H) 3650-3200cm-1 醇，酚，有机酸 当醇和酚溶于非极性溶剂（如CCl4），浓度小于 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。
Asymmetric stretching (νasym)
弯曲振动( bending vibration): Change in bond angles
Scissoring(δ) rocking (ρ) wagging ( ) twisting/torsion (τ)
亚甲基的振动：
每种简正振动都有其特定的振动频率，似乎都应有 相应的红外吸收带。实际上，绝大多数化合物在红 外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数， 这是由如下原因引起的： （1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收； （2）相同频率的振动吸收重叠，即简并； （3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带 很弱，仪器无法检测； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
二、红外光谱的特征性和基团吸收
• 物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的 吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。多原 子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过 实验手段获得。即通过比较大量已知化合物的红 外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律。 • 实验表明，组成分子的各种基团，如O-H、N-H 、C-H、C=C、C=O和CC等，都有自己的特定 的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置 影响较小。通常把这种能代表基团存在、并有较 高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置 一般又称为特征吸收峰。
CH(CH3)2 (即偕二甲基) ： CH 分裂成二 个强度大体相等的吸收，一个在1385cm-1附近，一个在 1375cm-1附近。 1380cm-1左右
s
C(CH3)3 ： 1380cm-1左右分裂成强度不等的两个峰: ~1395cm-1(m),1365cm-1(S)。 (d)当甲基与杂原子相连时， CH 的吸收位置为： P-CH3 1300cm-1，Si-CH3 1255cm-1， S-CH3 1312cm-1。