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1、第二章 红外光谱2.1 基本原理2.1.1波长和波数电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：2.1.2 近红外、中红外和远红外波段名称 波长 波数（cm-1）近红外 0.752.5 133004000中红外 2.525 4000400远红外 251000 40010红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。透光度以下式表示：I：表示透过光的强度； I0：表示入射光的强度。2.1.3 红外光谱的表示方法横坐标：波数( )4004000 cm-1；表示吸收峰的位置。纵坐标：透过率
2、（T %），表示吸收强度。T，表明吸 收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。 2.1.4 分子振动与红外光谱 1.分子的振动方式 (1)伸缩振动：(2)弯曲振动： 值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收 ，只有偶极矩()发生变化的，才能有红外吸收。 H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 HCCH、RCCR，其CC（三键）振动 也不能引起红外吸收。 2.振动方程式（Hooke定律） 式中：k 化学键的力常数，单位为N.cm-1 折合质量，单位为 g力常数k：与键长、键能有关：键能（大），键长 (短)，k。 化学 键键长（ nm）键能 （KJ mol-1）力常数 k（N
3、.cm-1）波数范围 （cm-1） CC0.154347.34.57001200CC0.134610.99.616201680CC0.116836.815.621002600折合质量：两振动原子只要有一个的质量， ，(v)，红外吸收信号将出现在高波数区。 一些常见化学键的力常数如下表所示：分子振动频率习惯以 (波数)表示：由此可见： (v） k， (v)与成反比。 吸收峰的峰位：化学键的力常数k越大，原子的折合质量越小，振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区(短波长区）；反之，出现在低波数区(高波长区)结论： 2. 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能 产生红外吸收光谱。1. 红外辐射光的频率与
4、分子振动的频率相 当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能量 ，而产生吸收光谱。 产生红外光谱的必要条件是： 2.2 各类有机化合物的红外特征吸收2.2.1.第一峰区（40002500cm-1）XH 伸缩振动吸收范围。X代表O、N、C、S，对应醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯烃、芳烃及饱和烃类的 OH、NH、CH 伸缩振动。1. OH醇与酚：游离态36403610cm-1，峰形尖锐。缔合3300cm-1附近，峰形宽而钝羧酸：33002500cm-1，中心约3000cm-1,谱带宽2 . NH胺类： 游离35003300cm-1缔合吸收位置降低约100cm-1伯胺：3500，3400cm-1，（吸收
5、强度比羟基弱）仲胺：3400cm-1（吸收峰比羟基要尖锐）叔胺：无吸收酰胺：伯酰胺：3350，3150cm-1 附近出现双峰仲酰胺：3200cm-1 附近出现一条谱带叔酰胺：无吸收3. CH烃类：33002700 cm-1范围，3000 cm-1是分界线。不饱和碳（三键、双键及苯环）3000 cm-1饱和碳（除三元环外）3000 cm-1炔烃：3300 cm-1，峰很尖锐烯烃、芳烃：31003000 cm-1饱和烃基：30002700 cm-1，四个峰CH3：2960（s）、2870 cm-1（m）CH2：2925（s）、2850 cm-1（s）CH：2890 cm-1醛基：28502720
6、cm-1，两个吸收峰巯基：26002500 cm-1，谱带尖锐，容易识别2.2.2.第二峰区（25002000 cm-1）叁键、累积双键（CC、CN、CC C、 NCO、NCS）谱带为中等强度吸收或弱吸收。干扰少，容易识别 。 1. CC 22802100cm-1乙炔及全对称双取代炔在红外光谱中观测不到。2. CN 22502240cm-1，谱带较 CC 强。CN 与苯环或双键共轭，谱带向低波数位移2030cm-1。2.2.3.第三峰区（20001500cm-1）双键的伸缩振动区。包括CO、CC、CN、NO，NH 1. CO19001650cm-1，峰尖锐或稍宽，其强度都较大。羰基的吸收一般为
7、最强峰或次强峰。变化规律 ：酰卤：吸收位于最高波数端，特征，无干扰。酸酐：两个羰基振动偶合产生双峰，波长位移6080 cm-1。酯：脂肪酯1735 cm-1 不饱和酸酯或苯甲酸酯低波数位移约20 cm-1羧酸：1720 cm-1 若在第一区约 3000 cm-1出现强、宽吸收，可确认羧基存在。醛：在28502720 cm-1 范围有 m 或 w 吸收，出现12条谱带，结合此峰，可判断醛基存在。酮：唯一的特征吸收带酰胺：16901630 cm-1 ，缔合态约 1650 cm-1伯酰胺：1690 cm-1（） ,1640 cm-1（）仲酰胺：1680 cm-1（），1530 cm-1（），1260
8、 cm-1 （）叔酰胺：1650 cm-12. CC16701600 cm-1 ，强度中等或较低烯烃： 16801610 cm-1芳环骨架振动： 苯环、吡啶环及其它芳环16501450 cm-1 范围苯： 1600，1580，1500，1450 cm-1吡啶：1600，1570，1500，1435 cm-1呋喃：1600，1500，1400 cm-1喹啉：1620，1596，1571，1470 cm-1硝基、亚硝基化合物：强吸收脂肪族：15801540 cm-1，13801340 cm-1芳香族：15501500 cm-1，13601290 cm-1亚硝基： 16001500 cm-1胺类化合
9、物： NH2 位于16401560 cm-1，为 s 或 m 吸收带。2.2.4.第四峰区（1500600 cm-1）指纹区XC（XH）键的伸缩振动及各类弯曲振动1. CH 弯曲振动烷烃：CH3 约1450 cm-1、1380 cm-1CH(CH3)2 1380 cm-1、1370 cm-1C(CH3)3 1390 cm-1、1370cm-1CH 1340 cm-1 （不特征）烯烃： 面内：14201300 cm-1，不特征面外：1000670 cm-1，容易识别，可用于判断取代情况。芳环：面内：1250950 cm-1范围，应用价值小面外：910650 cm-1，可判断取代基的相对位置苯91
10、0670 cm-1一取代770730 cm-1，710690 cm-1二取代 邻：770735 cm-1对：860800 cm-1间：900800 cm-1，810750 cm-1，725680 cm-12. CO 伸缩振动13001000 cm-1 醇、酚： 12501000 cm-1，强吸收带酚：1200 cm-1伯醇：1050 cm-1仲醇：1100 cm-1叔醇：1150 cm-1醚：COC伸缩振动位于 12501050 cm-1 ，确定醚类存在的唯一谱带酯：COC 伸缩振动位于13001050 cm-1 ，2 条谱带，强吸收酸酐：COC 伸缩振动吸收带位于 13001050 cm-1
11、 ，强而宽3. 其它键的振动NO2：对称伸缩振动位于14001300 cm-1 脂肪族：13801340 cm-1 芳香族：13601284 cm-1 COOH、COO： 约1420 cm-1 ，13001200 cm-1 ，两条强吸收带NH2：面内：16501500 cm-1 面外：900650 cm-1 【 CH2 】n ：13501192 cm-1 （间隔约 20 cm-1 ）的谱带，800700 cm-1 ，弱吸收带2.3 有机化合物基团的特征频率总结大量红外光谱资料后，发现具有同一类型 化学键或官能团的不同化合物，其红外吸收频 率总是出现在一定的波数范围内，我们把这种 能代表某基团，
12、并有较高强度的吸收峰，称为 该基团的特征吸收峰(又称官能团吸收峰)。2.3.1 红外光谱的八个峰区4000-1500cm-1区域又叫官能团区. 该区域出现的吸收峰，较为稀疏，容易辨认.1500-400cm-1区域又叫指纹区. 这一区域主要是：CC、CN、CO 等单键和各种弯曲振动的吸收峰，其特点是谱带密集、难以辨认。 2.3.2 重要官能团的红外特征吸收振 动吸收 峰化合物C-H拉伸（或伸缩）C-H弯曲烷烃2960-2850cm-1-CH2-, 1460cm-1 -CH3 , 1380cm-1 异丙基，两个等强度的峰三级丁基，两个不等强度的峰振 动吸收 峰化合物C-H拉伸（ 或伸缩）C=C，C
13、C，C=C-C=C 苯环(拉伸或伸缩)C-H弯曲烯烃1680-16201000-800RCH=CH2 1645（中）R2C=CH2 1653（中） 顺RCH=CHR 1650（中） 反RCH=CHR 1675（弱）3000 （中 ） 3100-3010三取代 1680（中-弱 ） 四取代 1670（弱-无）四取代 无共轭烯烃与烯烃同向低波数位移，变宽与烯烃同910-905强995-985强895-885强 730-650弱且宽 980-965强840-790强无强吸收峰化合物振动C-H拉伸（ 或伸缩）C=C，CC，C=C-C=C苯环C-H弯析炔烃3310-3300一取代 2140-2100弱非
14、对称二取代2260-2190弱700-6003110-3010中1600中670弱 倍频 2000-1650邻- 770-735强 间- 810-750强710-690中 对- 833-810强泛频 2000-1660取代芳烃较强对称 无强同芳烃同芳烃1580弱 1500强1450弱-无一取代770-730， 710-690强二取代芳烃类 别拉 伸说 明R-XC-F C -Cl C- Br C-I1350-1100强 750-700 中 700-500 中 610-685 中游离 3650-3500 缔合3400-3200宽峰不明显醇、酚 、醚-OHC-O1200-1000不特征胺RNH2 R2NH3500-3400（游离）缔合降低1003500-3300（游离）缔合降低100键和官能团类别拉 伸 (cm-1)说 明1770-1750（缔合时在1710）醛、酮C=OR-CHO1750-16802720羧酸C=OOH酸酐酰卤酰胺腈气相在3550，液固缔合时在3000 -2500（宽峰）C=OC=OC=OC=O酯18001860-1800 1800-17501735NH21690-1650 3520，3380（游离）缔合降低100CN2260-2210键和官能团2.4 影响峰位置变化的因素分子内基团的红外吸收会受到邻
