红外吸收光谱与分子结构的关系共85页
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红外光谱与分子结构
CH2
饱和碳原子上的—C—H
—CH3
2960 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动
—CH2—
2930 cm-1 反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动
—C—H
2890 cm-1 弱吸收
3000 cm-1 以下
应用价值不 大！！
C-H C-H伸缩振动 < 3000 cm-1 收峰
3610
3620 3630 增 3640 大
注意：区别伯、仲、叔醇； 醇类和烃类及酚类的区别。
3640 3630 3620
1050 1100
3.醇
氢键 缔合
1150
醚
CO 1300 ~ 1000cm1
1．链醚和环醚
aCsO（C 链）1150 ~ 1060cm（1 强）
s C
O（链）弱
消失
2．芳醚和烯醚
as C O
1275 ~ 1200cm1
as CO( )
~ 1250cm1 (强)
s C O( )
~ 1040cm1 (中)
示例
OH ~ 3200
CO ~ 1050 CO ~ 1100
5. 羰基化合物（醛、酮、羧酸、酯）
峰位排序：酸酐 > 酰卤 > 羧酸（游离）> 酯类 > 醛 > 酮 > 酰胺
苯环取代类型的吸收峰
1. 单取代 (含5个相邻H)
H（双峰）
~ 750cm（1 强） ~ 700cm（1 较强）
2000cm1
1600cm1
2. 双取代 • 邻取代（4个相邻H）
2000cm1
H ~ 750cm（1 强，单峰） 与单取代峰位重叠
红外光谱与分子结构
红外光谱与分子结构 It was last revised on January 2, 2021红外光谱与分子结构一、红外光谱的特征性通过对大量标准样品的红外光谱的研究，处于不同有机物分子的同一种官能团的振动频率变化不大，即具有明显的特征性。
这是因为连接原子的主要为价键力，处于不同分子中的价键力受外界因素的影响有限！即各基团有其自已特征的吸收谱带。
例：2800～3000cm-1：-CH3特征峰；1600～1850cm-1：-C=O 特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：—CH2—CO—CH2— 1715cm-1酮—CH2—CO—O— 1735cm-1酯—CH2—CO—NH— 1680cm-1 酰胺二、红外光谱的分区习惯上把化合物的4000～400cm-1范围的中红外区的红外光谱划分为四个区域。
1、X–H 伸缩振动区：4000～2500cm-1，X=O、N、C、S，…；2、叁键及累积双键伸缩振动区：2500～1900cm-1；3、双键伸缩振动区：1900～1200cm-1；4、X–Y伸缩振动，X–H 变形振动区：<1650cm-1；指纹区：1330～650cm-1，X–C（X≠H）键的伸缩振动及各类变形振动。
特征区：某些官能团的伸缩振动。
特点：吸收峰比较少，同一官能团存在于不同的化合物中，吸收峰位置变动不大，特征性较强，可以用来鉴定官能团。
指纹区：某些分子的骨架振动。
特点：振动频率对整个分子结构环境的变化十分敏感，分子结构的细微变化，引起该区域的变化十分地灵敏，可用于鉴别不同化合物。
1、X–H 伸缩振动区（4000～2500cm-1）X代表O、N、C、S时，对应醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯烃、芳烃及饱和烃类的 O–H、N–H、C–H伸缩振动。
（1）O–H醇与酚：游离态（浓度小），3640～3610cm-1，峰形尖锐；缔合（浓度大），3300cm-1附近，峰形宽而钝。
羧酸：3300～2500cm-1，中心约3000cm-1，谱带宽。
红外吸收光谱与分子结构的关系
第五章红外吸收光谱法第一节概述70年代制成傅立叶变换红外光谱仪使扫描速度大大提高70年代末出现了激光红外光谱仪共聚焦显微红外光谱仪等红外光谱的范围200nm400nm780nm1000um近紫外可见红外078um25um50um1000um中红外区远红外区近红外区cmcm波数cm1红外光谱的特点每种化合物均有红外吸收有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息任何气态液态和固态样品均可进行红外光谱测定这是其它仪器分析方法难以做到的常规红外光谱仪器结构简单价格不贵样品用量少可达微克量级红外光谱主要用于定性分析但也可用于定量分析定性
➢ 红外光谱还可作为色谱检测器。
第二节 红外光谱的理论基础
一、红外吸收与分子结构
1. 双原子分子的振动
红外光谱产生于分子的振动.从经典力学的观点，采用谐振子模型来研究 双原子分子的振动，即化学键相当于无质量的弹簧，它连接两个刚性小球，它们 的质量分别等于两个原子的质量。
m1
根据虎克定律：
1 k 2c
红外光谱主要用于定性分析 但也可用于定量分析
➢ 定性: 红外光谱最重要的应用是中红外区 有机化合物的结构鉴定。通过与标准谱图比较， 可以确定化合物的结构；对于未知样品，通过 官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以 及络合物的形成等结构信息可以推测结构。
➢ 定量: 近年来红外光谱的定量分析应用也 有不少报道,尤其是近红外、远红外区的研究报 告在增加。如近红外区用于含有与C，N，O等 原子相连基团化合物的定量；远红外区用于无 机化合物研究等。
第五章 红外吸收光谱法
第一节 概述
1. 红外光谱的历史
• 1800年英国科学家赫谢尔发现红外线 • 1936年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪制
成 • 1946年制成双光束红外光谱仪 • 60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光谱
➢ 红外光谱还可作为色谱检测器。
第二节 红外光谱的理论基础
一、红外吸收与分子结构
1. 双原子分子的振动
红外光谱产生于分子的振动.从经典力学的观点，采用谐振子模型来研究 双原子分子的振动，即化学键相当于无质量的弹簧，它连接两个刚性小球，它们 的质量分别等于两个原子的质量。
m1
根据虎克定律：
1 k 2c
红外光谱主要用于定性分析 但也可用于定量分析
➢ 定性: 红外光谱最重要的应用是中红外区 有机化合物的结构鉴定。通过与标准谱图比较， 可以确定化合物的结构；对于未知样品，通过 官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以 及络合物的形成等结构信息可以推测结构。
➢ 定量: 近年来红外光谱的定量分析应用也 有不少报道,尤其是近红外、远红外区的研究报 告在增加。如近红外区用于含有与C，N，O等 原子相连基团化合物的定量；远红外区用于无 机化合物研究等。
第五章 红外吸收光谱法
第一节 概述
1. 红外光谱的历史
• 1800年英国科学家赫谢尔发现红外线 • 1936年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪制
成 • 1946年制成双光束红外光谱仪 • 60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光谱
红外光谱谱图解析
C-H，N-H，O-H
1500
1000 500
指纹区
第27页，共69页。
三、各类化合物的红外光谱特征
2022/1/31
第28页，共69页。
1、烷烃（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H )
3000cm-
1
δas1460 cm-1
重
CH3
叠
δs1380 cm-1
CH2 δs1465 cm-1
CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）
⑤红外光谱测定条件和制样方法及所用仪器分辩率。
2022/1/31
第9页，共69页。
（二）计算不饱和度
定义： 不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。如：乙烯 变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1。 计算： 可按下式进行不饱和度的计算：
UN= （2 + 4n6 + 3n5 + 2n4 + n3 – n1 ）/ 2 n6，n5， n4 ， n3 ， n1 分别为分子中六价，五价，……，一价元素数目。 作用： 由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的数目 ，验证谱图解析的正确性。 例： C9H8O2 UN = （2 +29 – 8 ）/ 2 = 6
2022/1/31
第10页，共69页。
（三）从特征频率区中确定主要官能团取代基
与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率——基团特征频率（ 特征峰）；
例： 2800 3000 cm-1 —CH3 特征峰； 1600 1850 cm-1 —C=O 特征峰；
基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：
在判断存在某基团时，要尽可能地找出其各种相关吸收带，切不可仅根据某 一谱带即下该基团存在的结论。
仪器分析-红外光谱与分子结构的关系(“取代”相关文档)共61张
✓注：酚还具有苯环特征
续前
（二）醚
CO 1300 ~ 1000cm1
1．链醚和环醚
CasO（ C 链）1150 ~ 1060cm（1 强）
Cs O（链）弱消失
2．芳醚和烯醚
as CO
1275 ~ 1200cm1
as CO( )
~ 1250cm1(强)
s CO( )
~ 1040cm1(中)
示例
as CH 2
~
292510cm（1 强）
s CH 2
~
285010cm（1 强）
CH ~ 2890 10cm（1 中 强 ， 易 淹 没 ）
2. C-H弯曲振动
as CH 3
~1450cm（1 中）
s CH3
~1375cm（1 中强）
s C(CH3 )2
等强度裂分为1385cm1和
1375cm1双峰
５００ ９６０（反）
Ｒ－Ａr－Ｈ
６５０－９００
Ｈ－Ｃ－Ｈ
１４５０
第五节 红外光谱的应用
动
Ｒ－Ａr－Ｈ
６５０－９００
Ｈ－Ｃ－Ｈ
１４５０
（二）羧酸、酯、酸酐
1．羧酸 CO（羧酸）1740 ~1680cm1（强、钝峰） OH（羧酸）3400 ~ 2500cm（1 强、宽峰）
2．酯
CO（羧酸）1320 ~ 1200cm1（中强） CO（酯）~1735cm（1 强）
CO（酯）1280 ~ 1100cm1
一个双键分子中可能含苯环分子中可能含苯环或一个双键分子中可能含两个双键或一个环分子中可能含一个双键先识别特征区的第一强峰找出其相关峰并进行峰归属再识别特征区的第二强峰找出其相关峰并进行峰归属图示练习10o其ir光谱主要吸收峰位为30803040298029201690s16001580150013701230750690cm1试推断分子结构1690单取代可能为双峰可能为三处吸收可能为有吸收cmcmcm75069015001580160030403080chcmcmcm137029202980可能为可能为可能结构为示例3270nh1533nh3300ch1268ch144514951597双峰694763nhnhcmcmcm132315333270吸收有吸收chchcmcmcm126821003300cmcmcm69476314451495159730301323153316383270cmcmcmcm126821003300cmcmcmch6947631445149515973030cmcmcmnhc0含酰胺结构ch示例300014931584286029182938无苯环但具有只有化合物其中三个还分别具有含有苯环此题五个化合物有四个一系列特征吸收图上可见芳香化合物的cmcmcm702756149315841600302030403060没有芳环特征吸收且结构吸收ohcm吸收且无芳环对位取代特征吸收224032003500chnhcmcmcm1452286029182938702756149315841600302030403060cmcmcmcmcmchch3360oh和13631395其中此题三个化合物均具有chcmcm特征吸收双峰不具有结构136313951235136313951476287429703360cmcmcmcmcmcmchoh练习14711494158833003430nh12681303双取代可能为单峰cmcmcm7481471149415883030nhnhcmcmcmcmcm可能为可能为双峰12681303162233003430chcmcmcm138014422925故峰的归属如下
续前
（二）醚
CO 1300 ~ 1000cm1
1．链醚和环醚
CasO（ C 链）1150 ~ 1060cm（1 强）
Cs O（链）弱消失
2．芳醚和烯醚
as CO
1275 ~ 1200cm1
as CO( )
~ 1250cm1(强)
s CO( )
~ 1040cm1(中)
示例
as CH 2
~
292510cm（1 强）
s CH 2
~
285010cm（1 强）
CH ~ 2890 10cm（1 中 强 ， 易 淹 没 ）
2. C-H弯曲振动
as CH 3
~1450cm（1 中）
s CH3
~1375cm（1 中强）
s C(CH3 )2
等强度裂分为1385cm1和
1375cm1双峰
５００ ９６０（反）
Ｒ－Ａr－Ｈ
６５０－９００
Ｈ－Ｃ－Ｈ
１４５０
第五节 红外光谱的应用
动
Ｒ－Ａr－Ｈ
６５０－９００
Ｈ－Ｃ－Ｈ
１４５０
（二）羧酸、酯、酸酐
1．羧酸 CO（羧酸）1740 ~1680cm1（强、钝峰） OH（羧酸）3400 ~ 2500cm（1 强、宽峰）
2．酯
CO（羧酸）1320 ~ 1200cm1（中强） CO（酯）~1735cm（1 强）
CO（酯）1280 ~ 1100cm1
一个双键分子中可能含苯环分子中可能含苯环或一个双键分子中可能含两个双键或一个环分子中可能含一个双键先识别特征区的第一强峰找出其相关峰并进行峰归属再识别特征区的第二强峰找出其相关峰并进行峰归属图示练习10o其ir光谱主要吸收峰位为30803040298029201690s16001580150013701230750690cm1试推断分子结构1690单取代可能为双峰可能为三处吸收可能为有吸收cmcmcm75069015001580160030403080chcmcmcm137029202980可能为可能为可能结构为示例3270nh1533nh3300ch1268ch144514951597双峰694763nhnhcmcmcm132315333270吸收有吸收chchcmcmcm126821003300cmcmcm69476314451495159730301323153316383270cmcmcmcm126821003300cmcmcmch6947631445149515973030cmcmcmnhc0含酰胺结构ch示例300014931584286029182938无苯环但具有只有化合物其中三个还分别具有含有苯环此题五个化合物有四个一系列特征吸收图上可见芳香化合物的cmcmcm702756149315841600302030403060没有芳环特征吸收且结构吸收ohcm吸收且无芳环对位取代特征吸收224032003500chnhcmcmcm1452286029182938702756149315841600302030403060cmcmcmcmcmchch3360oh和13631395其中此题三个化合物均具有chcmcm特征吸收双峰不具有结构136313951235136313951476287429703360cmcmcmcmcmcmchoh练习14711494158833003430nh12681303双取代可能为单峰cmcmcm7481471149415883030nhnhcmcmcmcmcm可能为可能为双峰12681303162233003430chcmcmcm138014422925故峰的归属如下
10.3 红外光谱与分子结构的关系
红外光谱是研究高分子结构的重要工具，它通过测量分子中化学键振动产生的特定频率的红外光吸收情况，来揭示分子的结构信息。在高分子科学中，红外光谱被广泛应用于确定聚合物的化学结构、官能团类型以及化学键的状态等。例如，饱和烃及其衍生物的红外光谱特征明显，烷烃的CH键伸缩振动和变形振动会在特定波数处产生吸收峰，这些峰的位置和强度可用于识别烷烃的存在及其结构特点。同样，醇类中的羟基（-OH）伸缩振动和碳氧伸缩振动也会在红外光谱中产生特征吸收峰，这些峰的变化可以反映醇类分子间的氢键作用以及浓度变化对氢键的影响。醚类的红外光谱则主要通过碳氧碳ห้องสมุดไป่ตู้C-O-C）键的伸缩振动来表征其结构。通过对这些红外光谱特征的详细解析，我们可以深入了解高分子化合物的结构、构象以及分子间的相互作用，为高分子材料的设计、合成和性能优化提供重要依据。
有机化学的四谱综合解析
说明 K 带的存在，即存在共轭的两个不饱和键 （共轭二烯或-、不饱和醛酮）；
3、在 250-300 nm 有中等强度吸收，且常有 不同程度的精细结构：
苯环或某些杂芳环的存在
4、在 250-350 nm 有中、低强度吸收： 羰基或共轭羰基的存在 5、在 300 nm 以上有强吸收： 化合物中含有大量共轭体系，多为稠 环芳烃及其衍生物
解析红外谱图“三要素”
峰形
强度
位置
峰形
强度
摩尔消光系数
>200
强度
很强
符号
vs s m w
75~200 25~75
5~25 0~5
强 中等
弱 很弱
vw
位置
吸收峰的位置与分子结构有关
有机化合物是多原子分子，分子振动情况复杂 不可能把所有峰都归属于分子内的某种振动 一定的官能团总是有一定的特征吸收
常见基团按六个区进行分析：
1. 4000~2500cm-1：
这是X-H（X=C、N、O、S）伸缩振动区。
醇、酚
游离O-H伸缩振动，3600cm-1 氢键缔合的O-H的伸缩振动， 3300cm-1 C-O伸缩振动，1250~1000cm-1,在 谱图中一般为最强峰
苯乙醇
当分子间 –OH 有缔合时，红外吸收向较低波数 移动（3300 cm-1）附近， 峰形宽而钝。
倍频峰
苯环还有2000~1667cm-1 谱带，是 C－H 面外弯曲振动引起， 对苯环的取代位置判别有一定帮助。
4. 1500~1300cm-1：
苯环（~1450、~1500cm-1的红外吸收进入此区），杂 芳环、硝基的吸收可能进入此区。
此区域主要提供 C－H 弯曲振动的信息。CH3 在~1380、 ~1460cm-1处同时有吸收，而前一吸收峰发生分叉时表示偕 二甲基（两甲基连在同一碳原子上）。
药物分析红外吸收光谱详解演示文稿
特征区在光谱解析中的作用，是通过在该区内查找特 征峰的存在与否，来确定是否有官能团的存在，以确 定化合物的类别
第46页，共118页。
2）指纹区
红外吸收光谱上 1300~400cm -1 (7.5~15 m) 的低频区 , 通常称为指纹区。
该区域中出现的谱带主要是 C-X (X=C,N ,O) 单键的 伸缩振动以及各种弯曲振动。由于这些单键的键强差 别不大 , 原子质量又相似 , 所以峰带出现的区域也相 近 , 互相间影响较大 , 加以各种弯曲振动能级差小 , 所 以这一区域谱带特别密集 , 犹如人的指纹 , 故称指纹 区。
即νL= ΔVν 红外辐射频率νL等于分子振动频率ν 的ΔV倍时，
才产生红外光谱。 由V=0跃迁至V=1时，νL= ν ，基频峰
第9页，共118页。
(二) 分子中基团的基本振动形式
basic vibration of the group in molecular
两类基本振动形式
1.伸缩振动 (stretching vibration) 2.弯曲振动 (bending vibration)
2）u’相同的基团，K越大，伸缩振动基频峰的频率越 高。 如：CC C=C CC； CN C=N CN等。
3）u’相同时，通常 .
as s
高频
低频
基频峰的峰位不仅与K、u’相关，还要受内部、外部 因素的影响。
第30页，共118页。
（四）影响峰位的因素
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。各种化合物中相同基团的特征吸收 并不总在一个固定频率上。
分子自由度数（3N）= 平动 + 转动 + 振动
标定一个原子在空间的位置，需3个坐标，一个原子有3个 自由度。
第46页，共118页。
2）指纹区
红外吸收光谱上 1300~400cm -1 (7.5~15 m) 的低频区 , 通常称为指纹区。
该区域中出现的谱带主要是 C-X (X=C,N ,O) 单键的 伸缩振动以及各种弯曲振动。由于这些单键的键强差 别不大 , 原子质量又相似 , 所以峰带出现的区域也相 近 , 互相间影响较大 , 加以各种弯曲振动能级差小 , 所 以这一区域谱带特别密集 , 犹如人的指纹 , 故称指纹 区。
即νL= ΔVν 红外辐射频率νL等于分子振动频率ν 的ΔV倍时，
才产生红外光谱。 由V=0跃迁至V=1时，νL= ν ，基频峰
第9页，共118页。
(二) 分子中基团的基本振动形式
basic vibration of the group in molecular
两类基本振动形式
1.伸缩振动 (stretching vibration) 2.弯曲振动 (bending vibration)
2）u’相同的基团，K越大，伸缩振动基频峰的频率越 高。 如：CC C=C CC； CN C=N CN等。
3）u’相同时，通常 .
as s
高频
低频
基频峰的峰位不仅与K、u’相关，还要受内部、外部 因素的影响。
第30页，共118页。
（四）影响峰位的因素
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。各种化合物中相同基团的特征吸收 并不总在一个固定频率上。
分子自由度数（3N）= 平动 + 转动 + 振动
标定一个原子在空间的位置，需3个坐标，一个原子有3个 自由度。