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1、红外光谱,红外光谱的基本概念 红外光谱仪及样品制备技术 红外光谱与分子结构的关系 红外图谱解析 红外光谱的应用,红外光谱的基本概念,红外光谱的产生 分子振动的类型 分子振动模型 常见术语 红外光谱的吸收强度 影响红外光谱吸收频率的因素 影响红外光谱吸收频率的因素,返回,双原子分子振动,多原子分子振动,质量效应,常见术语,基频峰、倍频峰、合频峰、热峰 基频峰是分子吸收光子后从一个能基跃迁到相邻的高一能基产生的吸收。 倍频峰是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后，跃迁两个以上能基产生的吸收峰，出现在基频峰波数n倍处。为弱吸收。 和频峰是在两个以上基频峰波数之和或差处出现的吸收峰。为弱峰。 热峰来源于
2、跃迁时低能基不是基态的一些吸收峰。,返回,红外光谱的吸收强度,红外吸收强度及其表示符号,返回,影响红外光谱吸收频率的因素,外在因素 内部因素 质量效应 电子效应 空间效应 振动的偶合,返回,各种化学键的红外吸收位置,外在因素,正己酸在液态和气态的红外光谱 a 蒸气（134）b 液体（室温）,制各样品的方法、溶剂的性质、氢键、样品所处物态、结晶条件、吸收池厚度、色散系统以及测试温度等,质量效应,X-H键的伸缩振动波数（cm-1）,将（mX+1）/（mX+2）近似为1，则上式可简化为：,电子效应 诱导效应，中介效应和共轭效应,诱导效应,中介效应,共轭效应:共轭效应使不饱和键的波数显著降低,空间效应
3、：环张力，,环张力对红外吸收波数的影响,空间位阻,跨环共轭效应,返回,振动耦合效应,含有若干个相同的化学键的振动频率发生分裂的现象称为耦合效应。当一个化学键的伸缩振动与另一个化学键的振动吸收频率很接近时，就会发生振动耦合。 一个化学键的某一种振动的基频和他自己或另一个连在一起的化学键的某一种振动的倍频或组频很接近时，可以发生耦合，这种耦合成为费米共振。,返回,影响红外光谱吸收强度的因素 振动中偶极矩的变化幅度越大，吸收强度越大,极性大的基团，吸收强度大 使基团极性降低的诱导效应使吸收强度减小，使基团极性增大的诱导效应使吸收强度增加。 共轭效应使电子离域程度增大，极化程度增大，吸收强度增加。 振
4、动耦合使吸收增大，费米振动使倍频或组频的吸收强度显著增加。 氢键使参与形成氢键的化学键伸缩振动吸收显著增加。,返回,红外光谱仪及样品制备技术,色散型红外光谱仪 傅立叶变换红外光谱仪（FTIR） 红外样品的制备,色散型红外光谱仪,傅立叶变换红外光谱仪,迈克逊干涉仪,干涉图,FTIR光谱仪的优点,光学部件简单，只有一个动镜在实验中运动，不易磨损。 测量波长范围宽，其波长范围可达到450006cm-1 精度高，光通量大，所有频率同时测量，检测灵敏度高。 扫描速度快，可作快速反应动力学研究，并可与GC、LC联用。 杂散光不影响检测。 对温度湿度要求不高。,红外样品的制备,固体样品：溴化钾压片法 、糊状
5、法 、溶液法 、薄膜法 、显微切片 、热裂解法 液体样品的制备：溶液法、成膜法 气体样品的制备：充入气体样品槽。,返回,各种有机化合物的红外光谱,饱和烃 不饱和烃 醇、酚和醚 含羰基化合物 含氮化合物 其他含杂原子有机化合物 金属有机化合物 高分子化合物 无机化合物,饱和烃,C-H伸缩振动：对称伸缩振动（s）和反对称伸缩振动（as） ，在2800-3000cm-1之间，as较s在较高频率。 C-H弯曲振动：1475-700 cm-1 ，甲基的对称变形振动出现在1375 cm-1处 ，对于异丙基和叔丁基，吸收峰发生分裂。 碳碳骨架振动：750-720cm-1为-(CH2)2-的骨架振动，1253
6、-1000cm-1为分叉甲基的骨架振动。,烷烃吸收峰,正己烷的红外光谱图,2，2，4-三甲基戊烷的红外光谱图,环己烷,不饱和烃,烯烃 炔烃 芳香烃,烯烃双键的特征吸收,影响双键碳碳伸缩振动吸收的因素,对称性：对称性越高，吸收强度越低。 与吸电子基团相连，振动波数下降，吸收强度增加。 取代基的质量效应：双键上的氢被氘取代后，波数下降10-20厘米-1。 共轭效应：使波数下降约30厘米-1 。,图2-9 1-己烯的红外光谱图3060cm-1: 烯烃CH伸缩振动；1820:910cm-1倍频； 1650cm-1: C=C伸缩振动；995，905cm-1: C=CH2 非平面摇摆振动,图 2-10 顺
7、式和反式2，2，5，5四甲基己烯红外光谱 a 顺式 b 反式,=CH的面外弯曲振动,炔烃化合物,C-H伸缩振动：3340-3300厘米-1，波数高于烯烃和芳香烃，峰形尖锐。 C-C叁键伸缩振动：2100厘米-1 ，峰形尖锐，强度中到弱。干扰少，位置特征。末端炔基该吸收强。分子对称性强时，该吸收较弱。 腈类化合物，C-N叁键伸缩振动出现在2300-2220厘米-1，波数比炔烃略高，吸收强度大。,3340cm-1 ：叁键CH伸缩振动，3020cm-1: 苯环=CH伸缩振动 2115cm-1: 伸缩振动,苯基乙炔,1-己炔,正丁腈,丙二烯类,两个双键共用中间碳原子，耦合强烈，1600厘米-1无吸收，
8、在2000-1915厘米-1和1100-1000厘米-1附近有不对称和对称身下厮守，两峰相距900厘米-1，前者为中强峰，后者为弱峰。,芳香烃,取代苯的C-H面外弯曲振动吸收峰位置,各类取代苯的倍频吸收和面外弯曲振动吸收,甲苯的红外光谱图,苯乙烯的红外光谱图,1630cm-1:C=C伸缩振动；1600，1580，1450cm-1:苯环骨架振动,-甲基萘的红外光谱图,苯环二取代的红外光谱（a. 邻位 b. 间位 c. 对位）,醇、酚和醚,醇和酚存在三个特征吸收：羟基OH 伸缩振动和弯曲振动，C-O伸缩振动。,正丁醇的红外光谱,3450cm-1：缔合OH伸缩振动；1350cm-1：OH面内弯曲振动
9、,苯酚的红外光谱图,乙醇在CCl4中浓度变化对红外吸收的影响,浓度对羟基吸收峰的影响,羰基化合物,醛酮 羧酸、羧酸盐 酸酐 酯 酰卤 酰胺,羰基化合物的C=O伸缩振动吸收峰位置,醛酮,醛氢伸缩振动：2900-2700厘米-1有尖锐的小吸收峰出现，该峰往往分叉为双峰。,正丁醛,2720cm-1: 醛基CH伸缩振动，特征；1730cm-1：C=O 伸缩振动,苯甲醛,苯异丙基酮,1694cm-1：C=O伸缩振动，羰基与苯环共轭，吸收移向低波数； 1580cm-1：苯环骨架振动，与羰基共轭，移向低波数,三氯乙酸,由于氯原子吸电子诱导效应的影响，羰基伸缩振动位移到1754厘米-1,羧酸和羧酸盐,CO2-
10、的对称伸缩振动，1650-1540，最强峰，反对称伸缩振动，1420-1300，强峰,2-甲基丙酸,33002500 cm-1：羧酸二聚体的OH伸缩振动，峰形宽，散；1710 cm-1：C=O伸缩振动,苯甲酸,33002500 cm-1：羧酸二聚体的OH伸缩振动，峰形宽，散；1695 cm-1：C=O伸缩振动，因与苯环共轭移向低波数；920cm-1：OH非平面摇摆振动，特征,乙酸铅,1550cm-1：COO反对称伸缩振动；1405cm-1：COO对称伸缩振动,酯,乙酸甲酯,1740cm-1：C=O伸缩振动；1190cm-1：C-O-C非对称伸缩振动，第一吸收,苯甲酸甲酯,酸酐,有两个羰基伸缩振
11、动，相差60厘米-1，反对称伸缩位于高频区，对称伸缩振动位于低频区。开链酸酐的高波数峰比低波数峰强，有张力的环状酸酐两峰的相对强度正好相反，强度差别比开链酸酐悬殊。,三甲基乙酸酐,邻苯二甲酸酐,酰卤,卤素原子直接与羰基相连，强诱导效应使羰基伸缩振动大大升高。脂肪族位于1800厘米-1附近。 C-X伸缩振动：脂肪族1000-910厘米-1，峰形宽大，芳香族1250-1110厘米-1，通常分裂为数个峰。 C-X弯曲振动：1310-1040厘米-1,金刚烷酰氯,酰胺,N-H伸缩振动：3540-3125厘米-1，伯酰胺为强度相近的双峰，相距120厘米-1，仲酰胺为单峰，叔酰胺无此峰。 羰基伸缩振动：1
12、690-1620厘米-1（酰胺I峰） N-H弯曲振动+C-N伸缩振动：1650-1580厘米-1（酰胺II峰） C-N伸缩振动：1430-1050 （酰胺III峰）,吡嗪酰胺（抗结核病药）,胺、亚胺和胺盐,2-戊胺,1590cm-1NH2剪式振动；1185cm-1：CN伸缩振动,二己胺,3310cm-1：弱峰，NH伸缩振动；1460cm-1：CH2剪式振动+CH3反对称变形振动； 1110Cm-1：CN伸缩振动；715cm-1：NH非平面摇摆振动,三乙胺,硝基化合物,对称伸缩振动 反对称伸缩振动 (13901320cm-1) （16151540cm-1）,金属有机化合物,三苯基砷的红外光谱图
13、3078cm-1：苯基C-H伸缩振动；1607cm-1: 苯基C=C伸缩振动；1488，1432 cm-1苯环骨架振动；734，694 cm-1：单取代苯的C-H弯曲振动,高分子化合物,聚异戊二烯的红外光谱图 1652 cm-1: C=C伸缩振动；1438 cm-1：甲基反对称变形振动和亚甲基剪式振动重叠；1369 cm-1：甲基对称变形振动,红外图谱解析,红外光谱的分区 红外标准谱图及检索 萨特勒红外谱图集是较常用的谱图集，数据库，网上资源 红外图谱的解析步骤 红外图谱的解析实例,红外光谱的分区,4000-2500cm-1:这是X-H单键的伸缩振动区。 2500-2000cm-1:此处为叁键
14、和累积双键伸缩振动区 2000-1500cm-1:此处为双键伸缩振动区 1500-600cm-1:此区域主要提供C-H弯曲振动的信息,红外图谱的解析步骤,首先观察谱图的高频区，确定可能存在的官能团，再根据指纹区确定结构。 计算分子的不饱和度，根据不饱和度的结果推断分子中可能存在的官能团。 在解析光谱的时候，往往只要能给出10-20%的谱峰的确切归属，由这些谱峰提供的信息 当某个区域存在一些吸收峰时，不能就此断定分子中一定有某种官能团,其中n为分子中4价原子的数目，如C，Si；a为 分子中3价原子的数目，如P，N；b为分子中1价原子的数目，如H，F，Cl，Br，I。氧和硫的存在对不饱和度没有影响
15、。,不饱和度,某化合物的分子式C6H14，红外谱图如下，试推测该化合物的结构。,从谱图看，谱峰少，峰形尖锐，谱图相对简单，可能化合物为对称结构。从分子式可看出该化合物为烃类，不饱和度的计算： U=（62+2-14）/2=0 表明该化合物为饱和烃类。由于1380cm-1的吸收峰为一单峰，表明无偕二甲基存在。775cm-1的峰表明亚甲基基团是独立存在的。因此结构式应为：由于化合物分子量较小，精细结构较为明显，当化合物的分子量较高时，由于吸收带的相互重叠，其红外吸收带较宽。,解答,谱峰归属,3000-2800cm-1：饱和CH的反对称和对称伸缩振动（甲基：2960和2872cm-1，亚甲基：2926
16、和2853cm-1）。 1461cm-1：亚甲基和甲基弯曲振动（分别为1470和1460cm-1）。 1380cm-1：甲基弯曲振动(1380cm-1)。 775cm-1：乙基CH2的平面摇摆振动（780cm-1）。,试推断化合物C4H5N的结构,解答,不饱和度计算： U=（42+2-5+1）/2=3 由不饱和度分析，分子中可能存在一个双键和一个叁键。由于分子中含N，可能分子中存在CN基团。 由红外谱图看：从谱图的高频区可看到:2260cm-1，氰基的伸缩振动吸收；1647cm-1 ，乙烯基的C=C伸缩振动吸收。可推测分子结构为：由1865，990，935cm-1：表明为末端乙烯基。1418cm-1：亚甲基的弯曲振动（1470cm-1，受到两侧不饱和基团的影响，向低波数位移）和末端乙烯基弯曲振动（1400cm-1）。验证推测正确。,
