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1、第一节：概述1、红外吸收光谱与紫外吸收光谱一样是一种分子吸收光谱。红外光的能量(厶 E=0.05-1.0ev)较紫外光(E=l-20ev )低，当红外光照射分子时不足以引起分子中价电子 能级的跃迁，而能引起分子振动能级和转动能级的跃迁，故红外吸收光谱又称为分子振动光 谱或振转光谱。2、红外光谱的特点：特征性强、适用范围广。红外光谱对化合物的鉴定和有机物的结构分析具有鲜明的特征性，构成化合物的原子质 量不同、化学键的性质不同、原子的连接次序和空间位置不同都会造成红外光谱的差别。红外光谱对样品的适用性相当广泛，无论固态、液态或气态都可进行测定。3、红外光谱波长覆盖区域：0.76 mm 1000mm
2、. 红外光按其波长的不同又划分为三个区段。(1) 近红外：波长在0.76-2.5mm之间(波数12820-4000cm-1)(2) 中红外：波长在 2.5-25mm (在 4000-400 cm-1)通常所用的红外光谱是在这一段的(2.5-15mm,即4000-660 cm-1 )光谱范围，本章内容 仅限于中红外光谱。(3) 远红外：波长在251000mm (在400-10 cm-1)转动光谱出现在远红外区。4、红外光谱图：当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时，分子就要吸收 能量，从原来的振动能级跃迁到能量较高的振动能级，将分子吸收红外光的情况用仪器记录， 就得到红外光谱图。5、
3、红外光谱表示方法：(1) 红外光谱图红外光谱图以透光率T %为纵坐标，表示吸收强度，以波长1 ( mm)或波数s (cm-1)为 横坐标，表示吸收峰的位置，现主要以波数作横坐标。波数是频率的一种表示方法(表示每 厘米长的光波中波的数目)。通过吸收峰的位置、相对强度及峰的形状提供化合物结构信息， 其中以吸收峰的位置最为重要。(2) 将吸收峰以文字形式表示：如下图可表示为， 3525cm-1(m)， 3097cm-1(m)， 1637cm-1(s)。 这种方法指出了吸收峰的归属，带有图谱解析的作用。第二节 各类化合物的红外光谱特征有机化合物 的数目非常大，但组成有机化合物的常见元素只有10种左右，
4、组成有机 化合物的结构单元即称为基团的原子组合数目约有几十种。根据上述讨论，基团的振动频率 主要取决于组成基团原子质量(即原子种类)和化学键力常数(即化学键的种类)。一般来 说，组成分子的各种基团如C-H、C-N、C=C、C=O、C-X等都有特定的红外吸收区域 (特征吸收峰)，根据特征吸收峰可以推断物质的结构。所以，有必要对各类有机化合物的 光谱特征加以总结。一、烷烃烷烃中只有C-H键组成的C-H，CH2, CH3基团，纯烷烃的吸收峰只有C-H的伸缩、 弯曲振动和 C-C 骨架振动。1、vC-H烷烃的C-H伸缩振动频率一般不超过3000cm-1，甲基和亚甲基的C-H伸缩分别有对称和不对称振动相
5、应出现四个 吸收峰，甲基的C-H伸缩振动，对称的出现在2872cm-1，不对称的出现在2962cm-1 ；亚甲 基的对称出现在2853cm-1，不对称的出现在2926 cm-1。一般不对称的吸收强度稍强，在高 分辨的红外仪(光栅型)，可以在2853-2962 cm-1处，清楚地观察到这四个峰，而在低分辨 的仪器中，两两重叠只能看到两个峰。如下图：注意：环丙烷的VC-H移向高频，出现在3080-3040cm-l (S)叔C-H的伸缩吸收很弱，(2890cm-1左右)通常消失在其它脂肪族的C-H吸收中，对 于鉴定分析用途不大。2、& C-H : C-H弯曲振动在1460cm-1和1380cm-1处
6、有特征吸收，前者归于甲基及次甲基的不对称& C-H，后者 归于甲基的& S 1380cm-1峰对结构非常敏感，对于识别甲基很有用。(1) 孤立甲基在1380cm-1附近出现单峰，其强度对分子中甲基数目的增多而增强，(2) 偕二甲基-CH (CH3)2 此峰变为双峰(1391- 1380cm-1 (S)和 1372-1365 cm-1 (S), 而且两个峰的强度大约相等。 1380cm-1 附近出现双峰是验证分子中有偕二甲基的根据，(必 须注意：环己烷醇、甾体和二萜类含有的乙酰氧基OOC-CH3,其中甲基在1380-1365 cm-1 出现双峰，不要误认为分子中有异丙基)。(3) 叔丁基1380
7、 cm-1的峰也分裂为双峰，但这两个峰一强一弱(1380 cm-1为弱峰，1365 cm-1 峰为强峰)，足以与偕二甲基区分。(4) 当化合物具有四个以上邻接的 CH2 基团时，几乎总是在(715-725，通常在 720cm-1 处)有谱带(CH2面内摇摆)，它在鉴别上是有用的。3、C-C 骨架振动在 1250-800cm-1 范围，因特征性不强用途不大。总结：d C-H 1460 , 1380cm-1孤立的甲基一CH3 1380单峰C(CH3)2 1380 双峰，强度 1:1(1391- 1380cm-1, 1372-1365 cm- 1)C(CH3)3 1380双峰，强度1 : 2 (低频
8、率为高频率峰强度的2倍)(1380 cm-1 为弱峰， 1365 cm-1 峰为强峰)当化合物具有四个以上邻接的CH2基团时，几乎总是在(715-725，通常在720cm-1处) 有谱带(CH2以内摇摆)，它在鉴别上是有用的。二、烯烃烯烃分子有三类特征吸收峰(v =C-H、v C=C、& =C-H)1、v =C-H(包括苯环的C-H、环丙烷的C-H)在3000cm-1以上，苯出现在3010-3100cm-1的范围内， 在甲基及亚甲基伸缩振动大峰左侧出现一个小峰，这是识别不饱和化合物的一个有效特征吸 收。2、v C=C孤立烯烃双键的伸缩振动吸收位置在1680-1600cm-1,其强度和位置决定于
9、双键碳原 子取代基数目及其性质。分子对称性越高，吸收峰越弱。如果有四个取代烷基时，常常不能 看到它的吸收峰，一元取代烯RCH=CH2和偏二取代烯R2C=CH2的v C=C强于三元取 代烯R2C=CHR和四元取代烯R2C=CH2；顺式强于反式，末端双键强于链中双键。(1) C5以上无张力环烯的v C=C与开链烯的频率相同，环张力愈大，v C=C环内愈低， 但环外双键v C=C愈高。(2) 在共轭体系中，由于共轭使键趋于平均化，而使C=C的力常数降低，伸缩振动向 低波移，例如C=C-C=C中，C=C吸收移至1600cm-1区域，由于两个C=C的振动偶合.在 1650cm-1有时还能看到另一个峰，但
10、1600cm-1的峰是鉴定共轭双键的特征峰。3 & C-H面内变形振动在1500-1000cm-1，结构不敏感，也不特征，用途不大。面外弯曲振动在 1000-700cm-1，对结构敏感，对不同类型的烯烃有其特征吸收，而且比较固定，可以借以判 断双键取代情况和构型很有用，如：RCH=CH2995-985 cm-1(s)6 -CH=935-905cm-1(s)6 =CH2R2C=CH2895-885cm-1(s)三、炔烃：有三个特征带：v =C-H ，6 三 C-H， vC=C1、v =C-H在四氯化碳溶液中位于3320-3310cm-1，强峰，固体或液体时在3300-3250cm-1。峰形较 窄
11、，易于OH和NH区别开。2、& 三 C-H=C-H的面外弯曲振动通常在900-610cm-1出现一宽的谱带，有时在1375-1225cm-1处， 出现它的倍频峰，此峰也很宽，但很弱。3、v C=C碳碳叁键的力常数比碳碳双键的高得多，所以C三C的伸缩振动出现在高波数区域。一 般一元取代炔烃RC=CH的v C=C在2140-2100cm-1,二元取代炔烃在RC=CR1的v C =C在2260-2190cm-1,乙炔和二取代乙炔因分子对称，没有VC三C的吸收峰。所以看不 到v C三C的谱带，不一定表示没有C三C。四、芳香烃的红外光谱芳香族化合物有三种特征吸收带：即苯环上的芳氢伸缩振动，面外弯曲振动和
12、骨架振动。1、芳环上的v C-H3010-3080cm-1（m）2、芳环的骨架伸缩振动v C-C1650-1450cm-1 （m）出现24个吸收峰，由于芳环为一共轭体系，其C=C伸缩振动频 率位于双键区的低频一端，往往1500cm-1附近的吸收峰比1600cm-1强。3、芳环的面外弯曲振动 （g=C-H ）在650-900cm-1,这一区域的吸收峰位置与芳环上取代基性质无关，而与芳环上相连H的 个数有关，相连H越多,g=C-H振动频率愈低，吸收强度越大.五、醇和酚羟基化合物有三个特征吸收带，即v O-H， v C-O，6 O-Ho1、v O-H游离的醇和酚的v O-H在3700-3500cm-
13、1以内（峰尖、强），缔和的羟基在3500-3200cm-1 以内峰形强而宽。大部分是以氢键缔和的形式存在，只有在气相和非极性溶剂中，很稀的溶 液内减少分子间氢键，出现游离的v O-H吸收带，分子间氢键与溶液浓度有关，形成分子内 氢键的与浓度无关，但频率更低，例如水杨醛、邻硝基苯酚、邻羟基苯乙酮等。它们VO-H 出现在 3200-2500cm-12、6 O-H醇和酚的6 O-H （面内弯曲振动）吸收带在15001300cm-1附近。3、v C-O位于 12501000cm-1 附近，通常是谱图中最强吸收峰之一，可根据这个区域的吸收峰 确定伯醇、仲醇和叔醇。各种醇的6 O-H和v C-O的吸收如下
14、：范围6 O-H （面内） cm-1v C-O cm-1伯醇1350-12601050仲醇1350-12601100叔醇1410-13101150酚1410-13101300-1200六、醚醚的特征吸收谱带是C-O-C不对称伸缩振动谱带，各种醚的不对称v C-O-C为：1、脂肪醚： 1150-1060cm-1(s)2、 芳香醚两个 C-O 伸缩振动吸收1270 1230 cm-1 (为 Ar-O 伸缩) 1050 1000 cm-1 (为 R-O 伸缩3、乙烯醚： 1225-1200cm-1(s)注意：醇、酯和内酯在此区域附近也有吸收，但光谱中同时存在-OH和C=O其它 特征峰时。4、六元环中
15、的 C-O-C 基团与无环醚中的此基团的吸收具有相同的频率当环变小时，不 对称 C-O-C 伸缩振动逐渐向低波移。5、在环氧乙烷类中有三条特征谱带可作为这种基团的存在的标志：1280-1240cm-1(S-m) 环的不对称伸缩振动950-810cm-1(S-m) 环的对称伸缩振动 ?840-750cm-1( S)七、羰基化合物(包括醛、酮、羧酸、酯、酸酐和酰胺等)羰基吸收峰是在 1900-1600cm-1 区域出现强的 C=O 伸缩吸收谱带，这个谱带由于其位 置的相对恒、强度高、受干扰小，已成为红外光谱图中最容易辨别的谱带之一。此吸收峰最 常出现在1755-1670cm-1，但不同类别的化合物C=O吸收峰也各不相同。关于 C=O 化合物的红外吸收规律在前面已叙述过，一般吸电子的诱导效应使 C=O 的吸收 向高波移，共轭效应使其向低波移，环张力增加向高波数移，氢键一般向低波数移。下面我 们将分类对各类羰基化合物进行讨论。1、 酮一般饱和脂肪酮C=O伸缩振动在1725-1705cm-1, a、3 -不饱和酮和芳香酮，由于共 轭作用使吸收向低波数移，使之低于1700cm-1，但是由于空间效应使之共轭减弱时，吸收
