红外光谱法鉴定有机化合物结构
红外光谱适用范围
红外光谱适用范围红外光谱是一种重要的分析技术，被广泛应用于各个领域，包括化学、生物和环境等。
下面给出红外光谱的适用范围，以及应用案例。
一、化学领域1.有机化学红外光谱可以用于分析和鉴定有机化合物。
例如，可以通过红外光谱确定化合物的功能基团、官能团、键的性质等。
这在有机合成中非常有用，可以帮助研究人员确定化合物的结构和反应机理。
2.材料化学红外光谱可以用于分析不同类型的材料，例如聚合物、橡胶、玻璃等。
通过红外光谱，可以确定材料的组成、性质和结构，可以帮助研究人员制备出具有特定性质和应用的材料。
二、生物领域1.蛋白质分析红外光谱可以用于研究蛋白质的二级结构和构象。
通过分析蛋白质的红外光谱，可以了解到蛋白质的α-螺旋、β-折叠和无序结构等信息。
2.药物研究红外光谱可以用于研究药物的结构和性质。
通过红外光谱，可以确定药物分子的官能团、键的性质等信息。
这对于调整药物的结构和性质以及设计新的药物分子具有重要意义。
三、环境领域1.水质分析红外光谱可以用于水质分析。
通过红外光谱，可以确定水中溶解物的成分和浓度，例如有机物、无机盐和矿物质等。
这对于了解水的污染情况和采取合适的治理措施具有重要意义。
2.大气污染监测红外光谱可以用于监测大气中的污染物，例如二氧化碳、甲烷、氨和二氧化硫等。
通过监测这些污染物，可以了解大气质量状况和污染来源，并制定相应的污染治理措施。
以上是红外光谱的适用范围和应用案例列表。
红外光谱在化学、生物和环境等领域都具有广泛的应用，可以为研究人员提供有价值的信息。
有机化合物的表征
• 15.1 • 15.2 • 15.3 • 15.4
红外光谱法 核磁共振波谱法 紫外光谱法 质谱法
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15.1 红外光谱法
• 1. 峰强及峰形，判断化合物中可能存在的官能团，从而推断出未知物的 结构
• 2. 核磁共振波谱法：具有磁矩的原子核在强外界磁场条件下吸收电 磁辐射，从较低自旋能级跃迁到较高自旋能级而产生的波谱。根据核 磁共振波谱图中峰数、化学位移、峰面积及峰的裂分可以比较准确地 推断有机化合物的构造
由于振动偶合，结果使甲基的面内弯曲振动(1380cm-1)峰发生分 裂，出现双峰。 • 甲氧基中的甲基：甲氧基中的碳直接与氧原子连接，氧原子的影响使 C—H 伸缩振动显示特别的吸收峰，该振动在2835~2815cm-1范 围内出现尖锐而中等强度的吸收，具有很强的结构鉴定
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15.1 红外光谱法
• 红外光是一种波长大于可见光的电磁辐射，波长范围为 0.76~1000μm，通常又把这个区域分为近红外区、中红外区和远 红外区，其波长范围见表15-2。
• 近红外区主要研究稀土和过渡金属离子的化合物、水、含氢原子团
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15.1 红外光谱法
• 化合物的定量分析。绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带都 出现在中红外区，由于基频振动是最强的吸收，适宜进行定性、定量 分析，所以中红外区又称红外光谱区。远红外区对异构体的研究特别 方便，由于低频骨架振动能很灵敏地反映出结构变化，此区还可用于 金属有机化合物的氢键、吸附现象的研究，但由于该光区弱，一般不 在此范围内进行分析。
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15.1 红外光谱法
• 电波能引起原子核自旋能级跃迁，产生核磁共振谱；红外光辐射能引 起分子中原子的振动和转动能级跃迁，产生红外光谱；紫外光和可见 光辐射能够引起分子中价电子能级跃迁，产生紫外-可见光谱；χ射线 辐射能够引起分子中内层电子的跃迁，产生χ射线衍射，等等。
有机化学《红外光谱解析》简述
有机化学《红外光谱解析》简述1.中红外：400~4000cm-1特征区：1600~4000 cm-1，指纹区：400~1600 cm-12.基团确定要素：峰位置、峰强度、峰形状红外光谱可区分顺式和反式结构，其它光谱无法区分红外光谱可确定是否长链结构，但无法确定碳链的长度，通常由核磁来定3.烷烃化合物的特征吸收烷烃伸缩振动不大于3000 cm-11）骨架振动：以甲基为整体产生变角和伸缩振动，称为骨架振动2）对于甲氧基和氮甲基，由于孤对电子的影响，甲基伸缩振动出现在低波数（P94）3）甲基和亚甲基的区分：（P94）1460和1370，峰强度4）异丙基和叔丁基区分：（P98）1380裂分峰和骨架振动峰5）乙酰氧基、甲基酮、苯甲酮、淄体化合物或四环三萜类化合物的甲基变角振动（P96）6）环烷的环变形振动（P99）4.烯烃的红外光谱烯烃的伸缩振动大于3000 cm-11）烯烃化合物的特征吸收主要表现在三个区域：A：双键碳原子上的CH伸缩振动：》3000B：C=C键的伸缩振动：1600~1680 cm-1C：双键碳原子上的CH的面外变角振动此外，对于乙烯端基=CH2还存在1400 cm-1处的剪式振动和1800 cm-1处的泛音吸收2) 端位烯基=CH2的变角振动呈剪式振动，具有一定的参考价值，其波数较为固定，在1420 cm-1附近（P103）3）环烯（P103）环比较大没有环张力时，可按顺式烯烃处理。
4）连烯的特征吸收：C=C=C在1950~1940 cm-1处存在特征吸收5）炔类化合物的特征吸收A：——C≡C-H中C-H伸缩振动2262~2100 cm-1B：≡C-H的伸缩振动位于3300 cm-1处该处只有N-H 和O-H存在氢键型的干扰吸收，但后者的峰形较宽，且随浓度变化而移动，二者之间还是易于区别的。
C：除上述二个特征吸收外，≡C-H的面外振动在700~610 cm-1处呈一宽峰，其倍频位于1370~1225 cm-1，宽而弱6) 化合物的不饱和度计算：F=1+n4+1/2(n3-n1)n1: H原子n3:N原子n4：C原子O原子通常不计入例如：分子式为C13H24的化合物，其不饱和度F=1+13+1/2（-24）=2环单键为1，苯环通常》45.芳烃化合物红外光谱可以检定苯环的存在与否，亦可分析取代基的情况苯环的存在与否首先通过3100~3000 cm-1及1650~1450 cm-1（苯环骨架振动）两个区域的吸收形态的检查而确定。
红外光谱
较弱
很弱 极弱 极弱
除此之外，还有合频峰（1+2，21+2，），差频 峰（ 1-2，21-2， ）等，这些峰多数很弱，一般 不容易辨认。倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。
二、分子振动的形式
简正振动：分子质心保持不变，整体不转动，每个原 子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和位 相都相同。 1．简谐振动的基本类型 (1)伸缩振动：指原子沿价键方向来回运动，即振动时， 键长变化而键角不变。例如：亚甲基、甲基）
R O O
CH 3 R CH CH 3
O
R
C=O(cm– 1)
1870、1760
1380处出现双峰
五、影响基频峰位移的因素
• D费米(Fermi)共振 • 当一振动频率的倍频与另一个振动频率的基频相 近时，发生相互作用而产生强吸收峰，或者发生 裂分，称为费米共振。 例如：
O * * Cl
C4H9
基团频率和特征吸收峰
• 二、官能团区(4000~1300cm– 1)： • 官能团区又称为特征区、基团频率区。区内的峰是由伸缩 振动产生，比较稀疏，易于辨认，常常用于官能团的鉴定。
在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态 （ =0）跃迁至第二激发态（ =2）、第三激发态 （ =3），所产生的吸收峰称为倍频峰。 = 0跃迁至 = 2时， （振动量子数的差值）△ = 2，则L = 2，即吸收的红外线谱线（ L ）是分子 振动频率的二倍，产生的吸收峰称为二倍频峰。
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
1 k k 9.6 v 1302 1302 1650cm 1 2c 12 / 2
1
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
有机化学红外光谱官能团对照表
有机化学红外光谱官能团对照表有机化学中的红外光谱（IR）是一种常用的分析方法，用于确定有机化合物中的特定官能团。
以下是部分常见的官能团及其对应的红外光谱波数（cm-1）：1.烷烃（Alkanes）：C-H 伸缩振动：3000-2800 cm-12.烯烃（Alkenes）：C=C 伸缩振动：1650-1590 cm-1C-H 弯曲振动：1450-1100 cm-13.芳香烃（Aromatics）：C=C 伸缩振动：1600-1500 cm-1C-H 面外弯曲振动：900-700 cm-14.醇（Alcohols）：O-H 伸缩振动：3600-3200 cm-1C-O 伸缩振动：1300-1050 cm-15.酚（Phenols）：O-H 伸缩振动：3650-3350 cm-1C-O 伸缩振动：1350-1250 cm-16.醚（Ethers）：C-O 伸缩振动：1250-1050 cm-17.醛（Aldehydes）：C=O 伸缩振动：1720-1680 cm-1C-H 弯曲振动：900-830 cm-18.酮（Ketones）：C=O 伸缩振动：1720-1680 cm-1C=C 伸缩振动：1650-1600 cm-19.羧酸（Carboxylic Acids）：O=C=O 伸缩振动：1725-1705 cm-1C-O 伸缩振动：1350-1250 cm-1请注意，这只是部分官能团的红外光谱波数，并不是全部。
每个官能团的红外光谱波数可能会因分子的具体结构而有所差异。
因此，在实际应用中，需要综合考虑红外光谱的峰位、峰形以及峰强等信息来确定具体的官能团。
红外测定蛋白质结构
ＹＹＳＷＤＢ００８７ 蛋白质多肽二级结构的测定傅立叶变换红外光谱法 YY-SW-DB-0087蛋白质／多肽傅立叶变换红外光谱法 １． 范围 本方法采用傅立叶变换红外光谱法测定蛋白质和多肽的二级结构为半定量方法具有样品用量小和不需要高纯晶体等特点蛋白质等的结构除能获得有关组分的信息外如水溶液酸碱性等这是用其它仪器难以得到的成果主要是对其红外光谱中酰胺Ｉ谱带（氘代后，称酰胺Ｉ酰胺Ｉ谱带为无规卷曲和转角等不同结构振动峰的加合带在１６２０ｃｍ１７００ｃｍ目前常应用去卷积使加合带中处于不同波数的无规卷曲等各个吸收峰得以分辨，最后经谱带拟合 ３．试剂 ３．１ Ｄ２０ 光谱纯真空干燥箱中１０５然后保存在干燥器中备用 ＨｇＣｄＴｅ或ＤＴＧＳ检测器 ５．试样制备 ５．１ 液体样品ｗ／ｖ装入密封式液体池或可拆卸式液体池液层厚度为２５ ５．３ 固体样品以样品ｌ２００ｍｇ的比例在玛瑙研钵中研细混匀在油压机上以１２０００ ｌｂ５ｍｉｎ ５．４ 薄膜法一种是将样品加热熔融另一种方法是将样品制成溶液熔融法制膜时必须注意升华和其它化学变化因为溶剂的去除比较麻烦往往需要在真空干燥箱中烘数小时之久常常选用对样品溶解度好易挥发的溶剂主要记录蛋白的酰胺Ｉ ６．２ 图谱分析１１ 范围为一宽峰１７００ｃｍ－１范围为酰胺Ｉ经去卷积处理后谱带可分离出７个未确定峰位的吸收峰进一步确定７个吸收峰的波数位置对峰位半峰宽谱带拟合的准确性用残余均方根因子表示 一般认为无规卷曲常出现在１６４３ ｃｍ－１折叠结构分别在１６２３ｃｍ－１而１６６５ｃｍ－１和１６８０ｃｍ－１附近的两个吸收峰常被指定为转角结构的吸收，中国分析网１６１２ ｃｍ－１附近的吸收峰解释为蛋白质和多肽的侧链吸收选择吸收峰半高宽为１６ｃｍ分辨率增强因子ｋ＝２．３拟合过程中依次优化峰高，半高宽，最后调整峰位８．参考文献 １ 张丰德南开大学出版社， １９９６． １８５－１９４ ２ 聂松青． 生物物理学报，１９８９，５（２）：２０８－２１２ ３ 宋占军． 生物化学杂志高等教育出版社。
各类有机化合物的红外光谱
4. 芳烃
芳烃的特征吸收：（与烯烃类似） 芳烃的特征吸收：（与烯烃类似） ：（与烯烃类似
• υ=C－H 3000～3100 cm-1 （芳环C-H伸缩振动） 3000～ 芳环C 伸缩振动） =C－ • υC=C =C 1650～ 芳环骨架伸缩振动） 1650～1450 cm-1（芳环骨架伸缩振动） • γ面外=C-H 900～650 cm-1 用于确定芳烃取代类型 900～ 用于确定 确定芳 取代类型 C 芳环取代基性质无关 而与取代个数有关， 取代基性质无关， （与芳环取代基性质无关，而与取代个数有关，取代 基个数越多， 芳环上氢数目越少， 基个数越多，即芳环上氢数目越少，振动频率越 低。） • γ面外=C-H C 2000～ 倍频 2000～1600 cm-1（w) 用于确定芳 用于确定芳烃取代类型
C4H9－O－C4H9 －
丁醚的红外光谱图
1210-1000cm –1是醚键的不对称伸缩振动 υC-O-C 是醚键的不对称伸缩振动 -
7. 胺和铵盐
CH3CH2CH2CH2NH2
丙胺的红外光谱图
CH3CH2CH2NH3＋Cl－
丙胺盐的红外光谱图
8.羰基化合物 8.羰基化合物 • 因υC=O 非常特征，羰基化合物易与其他 非常特征， 有机物区分。 有机物区分。 • 不同的羰基化合物的区分主要依据： 不同的羰基化合物的区分主要依据： • υC=O 位置 • 其他辅助信息
3. 炔烃
端基炔烃有两个主要特征吸收峰： 端基炔烃有两个主要特征吸收峰： 一是叁键上不饱和C 伸缩振动υ 约在3300cm 一是叁键上不饱和C-H伸缩振动υ≡C-H约在3300cm-1处产 叁键上不饱和 生一个中强的尖锐峰 二是C 伸缩振动υ 吸收峰在2140 二是C≡C伸缩振动υ≡C-C吸收峰在2140 ~2100cm-1。 位于碳链中间则只有υ 若C≡C位于碳链中间则只有υ≡C-C在2200cm-1左右一个尖 在对称结构中， 峰，强度较弱。如果在对称结构中，则该峰不出现。 强度较弱。如果在对称结构中 则该峰不出现。
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。
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双原子分子振动的机械模型-谐振子振动
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。双原子分子 振动时，两个原子各自的位移如下图所示。
分子振动方式与振动数
分子振动有伸缩振动和弯曲振动两种基本类 型。伸缩振动指原子间的距离沿键轴方向的周期 性变化，一般出现在高波数区；弯曲振动指具有 一个共有原子的两个化学键键角的变化，或与某 一原子团内各原子间的相互运动无关的、原子团 整体相对于分子内其它部分的运动。弯曲振动一
一、实验目的 1、联系红外光谱的理论知识，了解傅立叶红 外光谱仪的工作原理及操作；
2、掌握红外光谱制样方法；
3、初步学会根据红外光谱图进行结构分析的 方法。
二、红外吸收的基本原理
能量在4000~400cm-1的红外光不足以使样品产 生分子电子能级的跃迁，而只是振动能级与转动能
级的跃迁。由于每个振动能级的变化都伴随许多转
实验九 红外光谱法
鉴定有机化合物结构
仪器名称 傅立叶变换红外光谱仪
国别厂家：日本岛津公司 仪器型号：FTIR-8300
红外光谱法概述： 十九世纪初人们通过实验证实了红外光的 存在。二十世纪初人们进一步系统地了解了不 同官能团具有不同红外吸收频率这一事实。 1950年以后出现了自动记录式红外分光光度计。 随着计算机科学的进步，1970年以后出现了傅 立叶变换型红外光谱仪。红外测定技术如全反 射红外、显微红外、光声光谱以及色谱-红外联 用等也不断发展和完善，使红外光谱法得到广 泛应用。
三、仪器与试剂
压片机、玛瑙研钵、盐池等。
KBr A· R级以上，经过处理并由IR测定合格 样品 有机未知物（固体或液体）
四、实验步骤
1、固体样品（溴化钾压片法）： 取约1~2mg固体试样加入100mgKBr粉末于玛瑙 研钵，充分研细混匀（粒度小于2微米），然后装入
专用的锭剂成型器中进行压片，当压片机指示压力
为7.5吨时，停止加压。取下模具后将压好的半透明
薄片小心转移至放样品的片夹中，上机扫描测绘谱
图。
2、液体样品（液膜法）：
取两片氯化钠盐片，用洁净的棉球沾少许
溶剂将表面擦干净，待溶剂挥发后，滴一小滴 试样在盐片上，将另一盐片压在上面，使试样 均匀铺散在盐片中间形成液膜，中间不能有气 泡。然后将其装入可拆式液池架中，轻轻用螺 丝固定好，插入仪器试样池中测绘谱图。
下图为典型的红外光谱。横坐标为波数(cm-1，
最常见)或波长(µm)，纵坐标为透光率或吸光度。
红外吸收光谱是由分子振动、转动能级的 跃迁而引起的，故又称分子的振转光谱。物质 分子中的各种不同基因，有选择性地吸收不同 频率的红外辐射后，发生振动能级之间的跃迁， 形成各自独特的红外吸收光谱。据此，可对物 质进行定性、定量分析，特别是对化合物结构
的鉴定，应用更为广泛。
基团的振动频率和吸收强度与组成基团的原子质
量、化学键类型及分子的几何构型等有关。因此根 据红外吸收光谱的峰位、峰强、峰形和峰的数目， 可以判断物质中可能存在的某些官能团，进而推断 未知物的结构。如果分子比较复杂，还需结合紫外 光谱、核磁共振谱以及质谱等手段作综合判断。最 后可通过与未知样品相同测定条件下得到的标准样 品的谱图或已发表的标准谱图（Sadtler红外光谱图 等）进行比较分析，得出未知样品的鉴定结果。
般出现在低波数区。分子振动方式如下图所示。
红外光谱区域
红外光谱属于振动光谱，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光谱区域可进一步细分如下：
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。
动能级的变化，因此红外光谱也是带状光谱。分子
在振动和转动过程中只有伴随净的偶极矩变化的键
才有红外活性。因为分子振动伴随偶极矩改变时， 分子内电荷分布变化会产生交变电场，当其频率与 入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收。因 此，除少数同核双原子分子如O2，N2，Cl2等无红外
吸收外，大多数分子都有红外活性。
亦即是将以光程差为函数的干涉图变换成以波 长为函数的光谱图，故将这种干涉型红外光谱 仪称为傅立叶变换红外光谱仪。确切地说，即 光源发出的红外辐射经干涉仪转变成干涉光， 通过试样后得到含试样信息的干涉图，由电子
计算机采集，并经过快速傅立叶变换，得到吸
收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱
图。其工作原理如下图所示：
五、结果处理
根据特征吸收频率数据，找出其主要特征
吸收峰的归属，写出其可能的结构及判断出是
何化合物。
六、思考题
1、压片法是将试样分散在固体介质中，那么
固体介质应具备哪些条件？
2、压片法中试样研磨的粒度要小于2微米，
为什么？
红外光谱是分子振动光谱。通过谱图解析
可以获取分子结构的信息。任何气态、液态、 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。由于每种化合物均有 红外吸收，尤其是有机化合物的红外光谱能提
供丰富的结构信息，因此红外光谱是有机化合
物结构解析的重要手段之一。
工作原理：
傅立叶红外光谱仪是利用光的相干性原理 而设计的干涉型红外分光光度仪。FTIR是基于 光相干性原理而设计的干涉型红外光谱仪。它 不同于依据光的折射和衍射而设计的色散型红 外光谱仪。它与棱镜和光栅的红外光谱仪比较， 称为第三代红外光谱仪。但由于干涉仪不能得 到人们业已习惯并熟知的光源的光谱图，而是 光源的干涉图。为此可根据数学上的傅立叶变 换函数的特性，利用电子计算机将其光源 的干涉图转换成光源的光谱图。