第三章紅外光譜

1、 Infrared Spectroscopy 紅外光譜的概念紅外光譜的概念： 用連續(xù)波長(波長2.525m, 頻率4000400cm-1)的紅外光光波照射樣品，引起分子內振動和轉動能級躍遷所產生的吸收光譜, 用IR表示.紅外光譜的產生條件紅外光譜的產生條件： (1). 輻射光的頻率與分子振動的頻率相當,才能被吸收產生紅外 光譜. (2). 振動過程中能引起分子偶極矩變化的分子才能產生紅外吸收 光譜.例如例如: : H H2 2,O,O2 2,N,N2 2等雙原子分子等雙原子分子振動不引起偶極矩變化振動不引起偶極矩變化, , 無紅外吸收無紅外吸收. . , , , , 其其 鍵伸縮振動不引起偶極

2、矩鍵伸縮振動不引起偶極矩變化變化, 無紅外吸收無紅外吸收.H C C HR C C RCC紅外吸收光譜中各種主要基團的伸縮振動大致分布圖紅外吸收光譜中各種主要基團的伸縮振動大致分布圖 紅外光譜的應用紅外光譜的應用 1.通過紅外光譜圖的比較,可以判斷是否是同一種化合物. 2.可以獲取分子中各種結構信息, 特別是官能團信息.例如: 3000150cm-1區(qū)域的任何吸收, 都可以歸結為C-H伸縮振動. 1715100cm-1區(qū)域的任何強吸收, 基本上都可以歸結為C=O 伸縮振動.紅外光譜表示方法紅外光譜表示方法：常用坐標曲線表示法. 橫坐標橫坐標: :表示吸收峰的位置, 用波數波數(cm-1, 40

3、00400cm-1)或波波 長長(m, 2.5 25m)作量度. 縱坐標縱坐標: 表示吸收峰的強弱, 用百分透過率百分透過率(T%) 或吸光度吸光度(A)作量 度單位. 正己烷的紅外光譜正己烷的紅外光譜摩爾消光系數（摩爾消光系數（）強度強度符號符號200200很強VS7575200200強S25257575中等M5 52525弱W0 05 5很弱VW紅外吸收強度及其表示符號紅外吸收強度及其表示符號 寬峰尖峰肩峰雙峰：1. 具有高度特征性； 定性分析、結構鑒定 2. 應用范圍廣：有機、無機； 氣液固三態(tài)均可 3. 分析速度快，樣品用量少，操作簡便，屬于非破壞性分析 4. 靈敏度低： 定性分析、結

4、構鑒定時，需提純樣品 定量分析時，準確度低，對微量成分無能為力： 未知物鑒別、化學結構確定、化學反應跟蹤、純度檢查、區(qū)別異構體、質量控制、定量分析CHHCHH剪式振動剪式振動平面搖擺平面搖擺CHH+CHH+非平面搖擺非平面搖擺扭曲振動扭曲振動CHHCHH對稱對稱 伸縮振動伸縮振動(as)不對稱不對稱 伸縮振動伸縮振動(s)伸縮振動伸縮振動面內彎曲面內彎曲(面內面內)面外彎曲面外彎曲(面外面外)彎曲振動彎曲振動振動類型振動類型高頻區(qū)高頻區(qū)低頻區(qū)低頻區(qū)亞甲基的振動形式亞甲基的振動形式鍵角不變鍵角不變,鍵長改變鍵長改變鍵長不變鍵長不變,鍵角改變鍵角改變)，k21振2121.mmmm練習1 在下面各種

5、振動模式中，不產生紅外吸收的是： A：乙炔分子中對稱伸縮振動 B：乙醚分子中不對稱伸縮振動 C：CO2分子中對稱伸縮振動 D：H2O分子中對稱伸縮振動 E：HCl分子中H鍵伸縮振動練習2 下面五種氣體，不吸收紅外光的是： ：OH22COHCl2N4CH多原子分子的振動自由度和峰含n個原子的分子，自由度為：非線性分子有 3n-6 個（三維，3n，除3個整體平動自度和3個整體轉動自由度），線性分子有3n-5 個。理論上每個自由度在IR中可產生1個吸收峰，實際上IR光譜的峰數少于基本振動自由度。原因是：1 振動過程中，伴隨有偶極矩的振動才能產生吸收峰2 頻率完全相同的吸收峰，彼此發(fā)生簡并（峰重疊）3

6、 強、寬峰覆蓋相近的弱、窄峰4 有些峰落在中紅外區(qū)之外5 吸收峰太弱，檢測不出來200很強很強VS75200強強S2575中等中等M525弱弱W05很弱很弱VW16003700cm-13700cm-14 725,n=3 729-726, n=2 743-734, n=1 785-770 C-CC-C伸縮振動：伸縮振動：1253-800cm-1， 對結構分析作用不大。as1460 cm-1CH312:17:411烷烴-（CH2）n-n4CH2CH2s1465 cm-1r 720 cm-1（水平搖擺）重疊CH2 對稱伸縮2853cm-110CH3 對稱伸縮2872cm-110CH2不對稱伸縮292

7、6cm-110CH3不對稱伸縮2962cm-110（CH3，CH2，CH）(CC,CH )3000cm-1s1380 cm-1C H31368-1366cm12:17:41CH3 s CC骨架振動1155cm-11:11170cm-14:51195 cm-1C C H3C H3CC H3C H3-11405-1385cm-11372-1365cm-11:21250 cm-1a)由于支鏈的引入，使CH3的對稱變形振動發(fā)生變化。b)CC骨架振動明顯HC C H3 1385-1380cm-1C H31372-1368cm-11391-1381cm-1c) CH2面外變形振動(CH2)n，證明長碳鏈的

8、存在。n=1 770785 cm-1 （中 ）n=2 740 750 cm-1（中 ）d) CH2和CH3的相對含量也可以由1460 cm-1和1380 cm 的峰強度估算強度正二十八烷cm-1 1500 1400 1300cm-1正十二烷1500 1400 1300cm-1 1500 1400 130012:17:41正庚烷正己烷紅外光譜圖12:17:411660cm-1C CR 1R 2R 3HC=C 伸縮振動(1680-1630 cm-1 )R1反式烯 C CH三取代烯1680-1665 cm-1弱，尖分界線C CC CR 1R 2R 1HR 3R 4R 2HC CC CR 1HR 1R

9、 2HHHH四取代烯順式烯乙烯基烯亞乙烯基烯1660-1630cm-1中強，尖R1H）-1R2R1R3790-840 cm-1R2 H （820 cm ）R4 2：1375-1225 cm-1H C C R（ 690 cm-1）H 990 cm-1H 910 cm-1 （強）R1HH 890 cm （強）R2C-H 變形振動(1000-700 cm-1 )面內變形（=C-H）1400-1420 cm-1 （弱）面外變形（=C-H） 1000-700 cm-1 （有價值）HC CC C12:17:41HR1 R3R2（=C-C C 970 cm （強）-1610-700 cm-1（強）（弱）H

10、HR1C CHC CR1 C C R2H）R1 R2 （=C-C C 800-650 cm-1 2：1850-1780 cm-1-1 2：1800-1780 cm-11-己烯紅外光譜圖 炔鍵C-H伸縮振動：3340-3300厘米-1，波數高于烯烴和芳香烴，峰形尖銳。 CC叁鍵伸縮振動：2100厘米-1 ，峰形尖銳，強度中到弱。干擾少，位置特征。末端炔基該吸收強。分子對稱性強時，該吸收較弱。770-730，710-690770-735810-750，725-680860-780780-760，720-685860-800，730-690850-800，730-675860-780900-8409

11、00-840900-840含氮化合物1. 胺、亞胺和胺鹽特征吸收化合物吸收峰位置(cm-1)吸收峰特征NH伯胺類3500-3300兩個峰，強度中伸縮振動仲胺類亞胺類3500-33003400-3300一個峰，強度弱一個峰，強度中NH伯胺類1650-1590強度強，中彎曲振動仲胺類1650-1550強度極弱CN芳香伯1340-1250強度強伸縮振動胺脂肪胺仲叔1350-12801360-13101220-10201410強度強強度強強度中，弱強度弱2-戊胺戊胺NH2伯胺類N-H兩個峰強度中N-H 1590cm-1： NH2剪式振動；C-N 1185cm-1： CN伸縮振動伸縮振動三乙胺叔胺類 無

12、N-HNCN伸縮振動NOONOO153913481245104815591409128317711702干涉儀光源樣品室檢測器顯示器繪圖儀計算機干涉圖光譜圖12:17:22FTS傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖（動畫）12:17:22 傅立葉變換紅外光譜儀的原理與特點光源發(fā)出的輻射經干涉儀轉變?yōu)楦缮婀?，通過試樣后，包含的光信息需要經過數學上的傅立葉變換解析成普通的譜圖。特點：(1) 掃描速度極快(1s)；適合儀器聯用；(2)不需要分光，信號強，靈敏度很高；(3)儀器小巧。紅外圖譜解析紅外圖譜解析 紅外光譜的分區(qū) 紅外標準譜圖及檢索 薩特勒紅外譜圖集是較常用的譜圖集，數據庫，網上資源 紅外圖譜的解析

13、步驟 紅外圖譜的解析實例紅外圖譜的解析步驟紅外圖譜的解析步驟 化合物類型的判斷化合物類型的判斷 有機物和無機物有機物和無機物 飽和化合物與不飽和化合物飽和化合物與不飽和化合物 烯烴或芳烴烯烴或芳烴 推斷可能含有的功能團推斷可能含有的功能團 先看特征頻率區(qū)（3600-1350），再看指紋區(qū)（1350-400）。 先看強峰，再看弱峰 先找特征吸收峰，再找相關峰佐證 計算分子的計算分子的不飽和度不飽和度，根據不飽和度的結果推斷分子中可，根據不飽和度的結果推斷分子中可能存在的官能團。能存在的官能團。 根據吸收峰的位置、強度、形狀分析各根據吸收峰的位置、強度、形狀分析各種官能團及其相對種官能團及其相對關

14、系，推出化合物的化學結構關系，推出化合物的化學結構 222banU其中n為分子中4價原子的數目，如C，Si；a為 分子中3價原子的數目，如P，N；b為分子中1價原子的數目，如H，F，Cl，Br，I。氧和硫的存在對不飽和度沒有影響。不飽和度不飽和度紅外譜圖解析1680-1880是否有強峰羧酸3300-2500強寬峰1300-1100寬峰1300-1100強峰酯1740-1720強峰2850,2720弱峰醛1725-1705強峰酮1680強峰酰胺1800強峰酰鹵是否見下頁18001700雙峰酸酐1680-1880沒有強峰3600-3300有強峰醇1650弱峰1650-1450一系列峰烯芳香烴無其他

15、峰2860-2960強峰烷667溴代烴1275-1060強峰醚某化合物的分子式某化合物的分子式C6H14，紅外譜圖如下，試推測該化合，紅外譜圖如下，試推測該化合物的結構。物的結構。從譜圖看，譜峰少，峰形尖銳，譜圖相對簡單，可從譜圖看，譜峰少，峰形尖銳，譜圖相對簡單，可能化合物為對稱結構。能化合物為對稱結構。 從分子式可看出該化合物為烴類，不飽和度的計從分子式可看出該化合物為烴類，不飽和度的計算：算：U=（62+2-14）/2=0表明該化合物為飽和烴類。由于表明該化合物為飽和烴類。由于1380cm-1的吸收峰的吸收峰為一單峰，表明無偕二甲基存在。為一單峰，表明無偕二甲基存在。775cm-1的峰表

16、明的峰表明亞甲基基團是獨立存在的。因此結構式應為：亞甲基基團是獨立存在的。因此結構式應為：由于化合物分子量較小，精細結構較為明顯，當化由于化合物分子量較小，精細結構較為明顯，當化合物的分子量較高時，由于吸收帶的相互重疊，其紅合物的分子量較高時，由于吸收帶的相互重疊，其紅外吸收帶較寬。外吸收帶較寬。CH3CH2CHCH3CH2CH3解答解答譜峰歸屬譜峰歸屬 3000-2800cm-1：飽和：飽和CH的反對稱和的反對稱和對稱伸縮振動（甲基：對稱伸縮振動（甲基：2960和和2872cm-1，亞甲基：亞甲基：2926和和2853cm-1）。）。1461cm-1：亞甲基和甲基彎曲振動（分：亞甲基和甲基彎

17、曲振動（分別為別為1470和和1460cm-1）。）。1380cm-1：甲基彎曲振動：甲基彎曲振動(1380cm-1)。775cm-1：乙基：乙基CH2的平面搖擺振的平面搖擺振動（動（780cm-1）。）。試推斷化合物試推斷化合物C4H5N的結構的結構解答解答 不飽和度計算：不飽和度計算：U=（42+2-5+1）/2=3由不飽和度分析，分子中可能存在一個雙鍵和一個叁鍵。由由不飽和度分析，分子中可能存在一個雙鍵和一個叁鍵。由于分子中含于分子中含N，可能分子中存在，可能分子中存在CN基團?；鶊F。由紅外譜圖看：從譜圖的高頻區(qū)可看到由紅外譜圖看：從譜圖的高頻區(qū)可看到:2262cm-1，氰基的伸，氰基的

18、伸縮振動吸收；縮振動吸收；1645cm-1 ，乙烯基的，乙烯基的C=C伸縮振動吸收。伸縮振動吸收?？赏茰y分子結構為：可推測分子結構為：由由1870，991，937cm-1：表明為末端乙烯基。：表明為末端乙烯基。1419cm-1：亞甲：亞甲基的彎曲振動（基的彎曲振動（1470cm-1，受到兩側不飽和基團的影響，向，受到兩側不飽和基團的影響，向低波數位移）。驗證推測正確。低波數位移）。驗證推測正確。CH2CHCH2CN試推斷化合物試推斷化合物C7H9N的結構的結構解答解答 不飽和度的計算：不飽和度的計算：U=（72+2-9+1）/2=4不飽和度為不飽和度為4，可能分子中有多個雙鍵，或者含有一個苯環(huán)

19、。，可能分子中有多個雙鍵，或者含有一個苯環(huán)。3520和和3430cm-1：兩個中等強度的吸收峰表明為：兩個中等強度的吸收峰表明為-NH2的反對的反對稱和對稱伸縮振動吸收（稱和對稱伸縮振動吸收（3500和和3400cm-1）。）。1622，1588，1494，1471cm-1：苯環(huán)的骨架振動（：苯環(huán)的骨架振動（1600、1585、1500及及1450cm-1）。證明苯環(huán)的存在。）。證明苯環(huán)的存在。748cm-1：苯環(huán)取代為鄰位（：苯環(huán)取代為鄰位（770-735cm-1）。）。 1442和和1379cm-1：甲基的彎曲振動（：甲基的彎曲振動（1460和和1380cm-1）。）。1271cm-1：伯

20、芳胺的：伯芳胺的CN伸縮振動（伸縮振動（1340-1250cm-1）。）。由以上信息可知該化合物為鄰由以上信息可知該化合物為鄰-甲苯胺。甲苯胺。 試推測化合物試推測化合物C8H8O的分子結構。的分子結構。1388解答解答 不飽和度的計算不飽和度的計算U=（82+2-8）/2=5不飽和度大于不飽和度大于4，分子中可能由苯環(huán)存在，由于僅含，分子中可能由苯環(huán)存在，由于僅含8個碳個碳，因此分子應為含一個苯環(huán)一個雙鍵。，因此分子應為含一個苯環(huán)一個雙鍵。1606，1577，1520，1450cm-1：苯環(huán)的骨架振動（：苯環(huán)的骨架振動（1600、1585、1500及及1450cm-1）。證明苯環(huán)的存在。）。

21、證明苯環(huán)的存在。810cm-1：對位取代苯（：對位取代苯（860-780cm-1）。）。1690cm-1：醛基：醛基C=O伸縮振動吸收（伸縮振動吸收（1735-1715cm-1，由，由于與苯環(huán)發(fā)生共軛向低波數方向位移）。于與苯環(huán)發(fā)生共軛向低波數方向位移）。2827和和2734cm-1：醛基的：醛基的CH伸縮振動（伸縮振動（2820和和2720cm-1）。）。1450和和1388 cm-1：甲基的彎曲振動（：甲基的彎曲振動（1460和和1380cm-1）。）。由以上信息可知化合物的結構為：由以上信息可知化合物的結構為：CH3CHO 分子式為C4H10O計算出其不飽和度為計算出其不飽和度為0 33

22、47 cm-1締合羥基的伸縮振動；締合羥基的伸縮振動； 2968 cm-1, 2931 cm-1飽和碳原子的飽和碳原子的C-H伸縮振動；伸縮振動； 1389 cm-1雙峰為叔氫的彎曲振動；雙峰為叔氫的彎曲振動； 一級醇的一級醇的C-O伸縮振動伸縮振動 CH3CHCH2OHCH3推測化合物結構為：推測化合物結構為：分子式為C3H6O波譜解析v 3084、3014、1647、993、919 cm-1等處的吸收，等處的吸收，判斷該化合物具有端取代乙烯判斷該化合物具有端取代乙烯；v 3338 cm-1處有強吸收，峰形圓而鈍，判斷該化合處有強吸收，峰形圓而鈍，判斷該化合物為醇類。物為醇類。1028 cm

23、-1有吸收，知為伯醇。由于有吸收，知為伯醇。由于C-O伸縮振動往低波數移動了伸縮振動往低波數移動了20 cm-1 ，判斷，判斷-CH2OH與與C=C相連相連 ；v推斷該化合物結構為：推斷該化合物結構為：CH2=CH-CH2-OH分子式為C12H24O2波譜解析：v 1703 cm-1最強吸收，知該化合物含羰基；最強吸收，知該化合物含羰基；v 2920、2851 cm-1處的吸收很強而處的吸收很強而2956、2866 cm-1處的吸收很弱，說明處的吸收很弱，說明CH2多而多而CH3少，說明未知少，說明未知物可能具有一個正構的長碳鏈；物可能具有一個正構的長碳鏈；v 2955、2851 cm-1的吸收是疊加在另一個寬峰之的吸收是疊加在另一個寬峰之上，從分子式含兩個氧知此寬上，從分子式含兩個氧知此寬 峰來自峰來自-OH，很強的很強的低波數位移說明有很強的氫鍵締合作用，推測含有低波數位移說明有很強的氫鍵締合作用，推測含有 -COOH；v940、1305、1412 cm-1等處的吸收進一步說明羧等處的吸收進一步說明羧基的存在基的存在未知物為：未知物為： CH3-(CH2)10 -COOH芳香胺：分子式為C6H8N2v 由分子式可計算出其不飽和度為由分子式可計算出其不飽和度為4，可能含