1、1 波譜解析波譜解析2主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第二章第二章 紅外光譜紅外光譜第一節(jié) 概述第二節(jié) 紅外光譜基本原理第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率第四節(jié) 紅外光譜的解析應(yīng)用3 第一節(jié) 概述紅外光譜紅外光譜(infrared spectroscopy, IR)是是分子光譜分子光譜，用于研究分子的用于研究分子的振動(dòng)能級(jí)躍遷振動(dòng)能級(jí)躍遷。有機(jī)官能團(tuán)鑒定及結(jié)構(gòu)研究的常用方法之一有機(jī)官能團(tuán)鑒定及結(jié)構(gòu)研究的常用方法之一4 第一節(jié) 概述紅外光波波長(zhǎng)范圍紅外光波波長(zhǎng)范圍 0.75300 （1=10-4cm）v近紅外區(qū)：近紅外區(qū)：0.752.5v中紅外區(qū)：中紅外區(qū)：2.525 （最常用）（最常用）v遠(yuǎn)紅外區(qū)：遠(yuǎn)紅外區(qū)：253

2、0040005 . 210)(10)(441mcm 2.52.52525 波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于40004000400cm400cm-1-15 第一節(jié) 概述 T%，譜帶強(qiáng)度，譜帶強(qiáng)度。 vs, T%10; s, 10T%40; m, 40T%90 ；b 寬吸收帶寬吸收帶6 第二節(jié) 紅外光譜基本原理2.1 2.1 紅外吸收產(chǎn)生的條件紅外吸收產(chǎn)生的條件紅外吸收紅外吸收V1V0E2E1hvhvEEE12偶極矩的凈變化偶極矩的凈變化0 0 7 第二節(jié) 紅外光譜基本原理2.2 2.2 雙原子分子振動(dòng)模型雙原子分子振動(dòng)模型212121mmmmKcvv12121/2121mmmmKcKc/1307)(1Kcm

3、v8 化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)K K越大）原越大）原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越大，子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。)(1190/51307112121212cmvCC)(1690/101307112121212cmvCC第二節(jié) 紅外光譜基本原理)(2060/151307112121212cmvCC/1307)(1Kcmv9 2.5 2.5 基本振動(dòng)方式基本振動(dòng)方式第二節(jié) 紅外光譜基本原理（一）基本振動(dòng)形式伸縮振動(dòng)（伸縮振動(dòng)（）：）：沿鍵軸方向發(fā)生周期性變化的振動(dòng)沿鍵軸方向發(fā)生周期性變化的振動(dòng) 10 第

4、二節(jié) 紅外光譜基本原理彎曲振動(dòng)（彎曲振動(dòng)（）：）：（變形振動(dòng)，變角振動(dòng)）：指鍵（變形振動(dòng)，變角振動(dòng)）：指鍵角發(fā)生周期性變化、而鍵長(zhǎng)不變的振動(dòng)角發(fā)生周期性變化、而鍵長(zhǎng)不變的振動(dòng)sas11 第二節(jié) 紅外光譜基本原理AX3型分子或基團(tuán)型分子或基團(tuán)12 （二）分子振動(dòng)自由度指分子獨(dú)立的振動(dòng)數(shù)目，或基本的振動(dòng)數(shù)目指分子獨(dú)立的振動(dòng)數(shù)目，或基本的振動(dòng)數(shù)目N3振動(dòng)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)自由度平動(dòng)自由度分子自由度轉(zhuǎn)動(dòng)自由度）（平動(dòng)自由度分子振動(dòng)自由度 N363 NF非線性分子：53 NF線性分子：振動(dòng)自由度：振動(dòng)自由度：第二節(jié) 紅外光譜基本原理13 63 NF53 NF第二節(jié) 紅外光譜基本原理14 吸收峰數(shù)少于振動(dòng)自由度的

5、原因：吸收峰數(shù)少于振動(dòng)自由度的原因： 發(fā)生了譜帶簡(jiǎn)并發(fā)生了譜帶簡(jiǎn)并即振動(dòng)頻率相同的峰重疊即振動(dòng)頻率相同的峰重疊 紅外非活性振動(dòng)紅外非活性振動(dòng) 吸收峰太弱或被強(qiáng)峰掩蓋吸收峰太弱或被強(qiáng)峰掩蓋第二節(jié) 紅外光譜基本原理15 第二節(jié) 紅外光譜基本原理2.6 2.6 影響吸收峰的因素影響吸收峰的因素（一）影響吸收譜帶位置的因素X X基：基： R H OR Cl FR H OR Cl Fv vC=OC=O(cm(cm-1-1) :1715 1730 1735 1800 1870) :1715 1730 1735 1800 1870（1） 電子效應(yīng)電子效應(yīng): 誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)（誘導(dǎo)

6、效應(yīng)（induction effect, I）使振動(dòng)頻率移向高波數(shù)區(qū)使振動(dòng)頻率移向高波數(shù)區(qū)CRXO+I-I-I-I p-16 第二節(jié) 紅外光譜基本原理CRSOR共軛效應(yīng)（共軛效應(yīng)（conjugation effect，C）CRNRROv vC=OC=O(cm(cm-1-1): 1690 1680): 1690 1680v vC=OC=O(cm(cm-1-1): 1715 1690): 1715 1690(C-I)(C-I)(C-I)(C-I)17 第二節(jié) 紅外光譜基本原理共軛效應(yīng)（共軛效應(yīng)（conjugation effect，C）CHOCHO(CH3)2Nv vC=OC=O(cm(cm-1-

7、1): 1710 1690 1663): 1710 1690 166318 第二節(jié) 紅外光譜基本原理（2） 空間效應(yīng)空間效應(yīng)（steric effect）場(chǎng)效應(yīng)（場(chǎng)效應(yīng)（field effect，F(xiàn)）v vC=OC=O(cm(cm-1-1): 1716 1728): 1716 1728空間位阻（空間位阻（steric hindrance effect）19 第二節(jié) 紅外光譜基本原理（3） 跨環(huán)共軛效應(yīng)跨環(huán)共軛效應(yīng)（transannular effect）vC=O 1675cm1675cm-1-13365cm3365cm-1-120 第二節(jié) 紅外光譜基本原理（4） 環(huán)張力環(huán)張力（ring str

8、ain）v vC=OC=O(cm(cm-1-1): 1715 1745 1780 1728): 1715 1745 1780 1728v vC=OC=O(cm(cm-1-1): 1651 1657 1678 1781): 1651 1657 1678 1781v vC=OC=O(cm(cm-1-1): 1650 1646 1611 1566 1641): 1650 1646 1611 1566 164121 （5） 氫鍵效應(yīng)氫鍵效應(yīng)（hydrogen bond effects）第二節(jié) 紅外光譜基本原理分子內(nèi)氫鍵（分子內(nèi)氫鍵（intramolecular hydrogen bond）分子間氫鍵（

9、分子間氫鍵（intermolecular hydrogen bond）vC=O 1760cm1760cm-1-1vC=O 1700cm1700cm-1-122 c=o 1738 1717 cm-1 第二節(jié) 紅外光譜基本原理（6） 互變異構(gòu)互變異構(gòu)（tautomerism）C=O 1650 cm-1 OH 3000 cm-1 23 酸酐，丙二酸，丁二酸及酯類，酸酐，丙二酸，丁二酸及酯類，兩個(gè)羰基兩個(gè)羰基-CH(CH3)2（異丙基）或（異丙基）或-C(CH3)3（叔丁基）（叔丁基）兩個(gè)或多個(gè)相同基團(tuán)在分子中靠得很近時(shí)，其兩個(gè)或多個(gè)相同基團(tuán)在分子中靠得很近時(shí)，其相應(yīng)的特征吸收峰常發(fā)生裂分，形成雙峰。

10、相應(yīng)的特征吸收峰常發(fā)生裂分，形成雙峰。第二節(jié) 紅外光譜基本原理（7） 振動(dòng)偶合效應(yīng)振動(dòng)偶合效應(yīng)（vibrational coupling effect）CCH3CH31380cm-11370cm-1伯胺或伯酰胺，伯胺或伯酰胺，胺基中的兩個(gè)胺基中的兩個(gè)N-H費(fèi)米振動(dòng)：弱倍頻帶與強(qiáng)基頻帶相近，它們費(fèi)米振動(dòng)：弱倍頻帶與強(qiáng)基頻帶相近，它們之間發(fā)生偶合，產(chǎn)生共振。之間發(fā)生偶合，產(chǎn)生共振。O1746cm-11728cm-1889cm-124 原子的電負(fù)性：原子的電負(fù)性：電負(fù)性相差越大，電負(fù)性相差越大， 越大越大振動(dòng)形式振動(dòng)形式分子的對(duì)稱性：分子的對(duì)稱性：對(duì)稱性越高，對(duì)稱性越高， 越小越小第二節(jié) 紅外光譜基

11、本原理（二）影響吸收帶強(qiáng)度的因素（1 1） 偶極矩變化的影響偶極矩變化的影響（2 2） 能級(jí)躍遷概率的影響能級(jí)躍遷概率的影響V V0 0 V V 1 1 基頻帶基頻帶 較強(qiáng)較強(qiáng)V V0 0 V V 2 2 一級(jí)泛頻帶一級(jí)泛頻帶 弱弱V V0 0 V V 3 3 二級(jí)泛頻帶二級(jí)泛頻帶 更弱更弱25 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率特征區(qū)特征區(qū)( (functional region) )指紋區(qū)指紋區(qū)( (fingerprint region) )26 （ 一）一）OH、NH伸縮振動(dòng)區(qū)伸縮振動(dòng)區(qū)(37503000cm-1)第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率XH伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)ON醇、酚、羧酸醇、酚、羧酸胺、酰胺

12、胺、酰胺1. OH伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)醇與酚：醇與酚：游離態(tài)游離態(tài) vOH 37003500cm-1，m，尖銳，尖銳二聚態(tài)或多聚態(tài)二聚態(tài)或多聚態(tài) vOH 3350cm-1，s，b27 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率1. OH伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)28 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率29 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率羧酸：羧酸：二聚態(tài)二聚態(tài) vOH 34002500cm-1，b30 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率2. NH伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)胺與酰胺：胺與酰胺：vNH 35003100cm-1，w or m，較較vOH 弱、尖弱、尖胺胺酰胺酰胺伯胺伯胺，vNH 3500，3400cm-1，雙峰雙峰仲胺仲胺，vNH 3400

13、cm-1，單峰單峰叔胺叔胺，無(wú)無(wú)vNH峰峰叔酰胺叔酰胺，無(wú)無(wú)vNH峰峰伯酰胺伯酰胺，vNH 3300，3180cm-1，雙峰雙峰仲酰胺仲酰胺，vNH 3200cm-1，單峰單峰31 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率32 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率33 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率（ 二）不飽和烴和芳烴二）不飽和烴和芳烴C-H伸縮振動(dòng)區(qū)伸縮振動(dòng)區(qū)(33003000cm-1)（強(qiáng)、尖銳）13300cmHC炔烴：炔烴：34 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率烯烴與芳烴：烯烴與芳烴： v=C-H 31003000cm-135 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率36 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率（ 三）飽和烴和醛基的三）飽和烴和

14、醛基的C-H伸縮振動(dòng)區(qū)伸縮振動(dòng)區(qū)(30002700cm-1)飽和烴基：飽和烴基：v-C-H 30002700cm-1)(296013scmasCH)(287013mcmsCH)(293012scmasCH)(285012scmsCH（易淹沒）12890cmCHC-CH3：C-CH2-C：37 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率飽和烴基飽和烴基C-H伸縮振動(dòng)：伸縮振動(dòng)：38 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率醛基：醛基：vC-H 28202720cm-1，雙峰雙峰CHO伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)彎曲振動(dòng)倍頻彎曲振動(dòng)倍頻39 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率CH3O甲氧基：甲氧基：vC-H 28352815cm-140 第三節(jié)

15、特征基團(tuán)與吸收頻率（ 四）三鍵伸縮振動(dòng)區(qū)四）三鍵伸縮振動(dòng)區(qū)(24002100cm-1)1. 伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)CC22602100cm-1O2NCCCOHO對(duì)稱取代則無(wú)峰對(duì)稱取代則無(wú)峰41 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率2. 伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)CN22602240cm-1與苯環(huán)或雙鍵共軛，與苯環(huán)或雙鍵共軛，向低波數(shù)移動(dòng)向低波數(shù)移動(dòng)42 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率C6H5CNC6H5CCH43 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率（ 五）羰基的伸縮振動(dòng)吸收區(qū)五）羰基的伸縮振動(dòng)吸收區(qū)(19001650cm-1)44 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率酰鹵：酰鹵：1800cm-1，vsvC-Cl45 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻

16、率酸酐：酸酐：18601800cm-1， 17801740cm-1，雙峰雙峰開鏈酸酐，開鏈酸酐，高波數(shù)譜帶高波數(shù)譜帶較強(qiáng)較強(qiáng)環(huán)酸酐，低波環(huán)酸酐，低波數(shù)譜帶較強(qiáng)數(shù)譜帶較強(qiáng)OOO46 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率酯：酯：1740cm-1， 共軛，共軛，；誘導(dǎo)，；誘導(dǎo)，CH3COCCH2OCH347 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率羧酸：羧酸：1720cm-148 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率羧基負(fù)離子：羧基負(fù)離子：16101550cm-11400cm-1CH3CHCOONH349 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率醛：醛： 1725cm-112個(gè)峰個(gè)峰強(qiáng)峰強(qiáng)峰與苯環(huán)或雙鍵共軛，與苯環(huán)或雙鍵共軛，向低波數(shù)移動(dòng)向低波數(shù)

17、移動(dòng)50 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率酮：酮： 1715cm-151 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率酰胺：酰胺：16901630cm-1酰胺酰胺I、II帶帶15701510cm-1-NH-NH2 2：16401600cm-1-NH-NH-：NHO52 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率C6H5CHOC6H5CNH2O53 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率（ 六）雙鍵的對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收區(qū)六）雙鍵的對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收區(qū)(16801600cm-1)烯烴：烯烴： 16901620cm-1，m or w共軛共軛 ，波數(shù)，波數(shù) 54 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率CH3COCHCH2OCH3OCCHCH2O55 第三節(jié) 特征基團(tuán)與

18、吸收頻率芳環(huán)骨架振動(dòng)芳環(huán)骨架振動(dòng)16501450cm-11600，1580，1500，1450cm-156 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率硝基化合物硝基化合物vas 16001500cm-1，svs 13901300cm-1，s57 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率（ 七）七）C-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)吸收區(qū)面內(nèi)彎曲振動(dòng)吸收區(qū)(14751300cm-1)-CH3 asas1450cm-1，ms s1380cm-1，m-CH(CH3)21380cm-1，1370cm-1-C(CH3)31390cm-1，1365cm-1CH3CCHCCH3OCH358 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率CH3CHCH2CHCH3CH3CH

19、3CH3(CH2)5CH3-CH2-n判斷判斷n的數(shù)目的數(shù)目4472572572272259 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率（ 八）單鍵伸縮振動(dòng)吸收區(qū)八）單鍵伸縮振動(dòng)吸收區(qū)(13001000cm-1)C-O伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)13001000cm-1醇、酚醇、酚C-O：12501000cm-1伯醇、伯醇、-不飽和仲醇不飽和仲醇，1050cm-1仲醇、仲醇、-不飽和叔醇不飽和叔醇，1100cm-1叔醇叔醇，1150cm-1酚類酚類，1220cm-160 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率苯酚苯酚61 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率醚醚 C-O-C：13001050cm-1OCH3CH2CH2CH2OCHCH2vas

20、vs62 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率酯酯C-O-C： 13001050cm-1，23條譜帶，條譜帶，sCH3COCCH2OCH3CH3COO63 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率13001050cm-1，b，s酸酐酸酐C-O-C：64 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率酮類化合物酮類化合物C-CO-C:13001100cm-12-2-戊酮戊酮65 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率CH3CCH2CH3OCH3COCH2CH3O66 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率（ 九）九）C-H彎曲振動(dòng)吸收區(qū)彎曲振動(dòng)吸收區(qū)(1000650cm-1)烯烴：烯烴：面外彎曲振動(dòng)面外彎曲振動(dòng)1000670cm-1，s or m67 第三節(jié) 特

21、征基團(tuán)與吸收頻率990cm-1，s910cm-1，s68 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率CCC6H5HHCH3CCC6H5CH3HH69 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率芳烴：芳烴：C-H面外彎曲振動(dòng)面外彎曲振動(dòng)900650cm-1，s or m間位取代間位取代鄰位取代鄰位取代對(duì)位取代對(duì)位取代70 第三節(jié) 特征基團(tuán)與吸收頻率單取代單取代對(duì)位雙取代對(duì)位雙取代71 第四節(jié) 紅外光譜的解析應(yīng)用4.4 紅外光譜解析一般程序紅外光譜解析一般程序1.1.求分子式和不飽和度求分子式和不飽和度2.2.先特征、后指紋；先粗查，后細(xì)找；先否定，先特征、后指紋；先粗查，后細(xì)找；先否定，后肯定后肯定; ;尋找有關(guān)一組相關(guān)峰尋找

22、有關(guān)一組相關(guān)峰佐證佐證3.3.先識(shí)別特征區(qū)的第一強(qiáng)峰，找出其相關(guān)峰，并先識(shí)別特征區(qū)的第一強(qiáng)峰，找出其相關(guān)峰，并進(jìn)行峰歸屬進(jìn)行峰歸屬 注意譜帶的位置、吸收強(qiáng)度和峰形注意譜帶的位置、吸收強(qiáng)度和峰形4.4.再識(shí)別特征區(qū)的第二強(qiáng)峰，找出其相關(guān)峰，并再識(shí)別特征區(qū)的第二強(qiáng)峰，找出其相關(guān)峰，并進(jìn)行峰歸屬進(jìn)行峰歸屬 5.5.綜合分析得出可能結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)綜合分析得出可能結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)72計(jì)算分子不飽和度計(jì)算分子不飽和度222134nnnUU0無(wú)雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)無(wú)雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)U1一個(gè)雙鍵或一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)一個(gè)雙鍵或一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)U2兩個(gè)雙鍵，兩個(gè)環(huán)，雙鍵環(huán)，一個(gè)三鍵兩個(gè)雙鍵，兩個(gè)環(huán)，雙鍵環(huán)，一個(gè)三鍵U4分子中可能含有苯環(huán)分子中可能含有苯環(huán)U5分子中可能含有苯環(huán)一個(gè)雙鍵分子中可能含有苯環(huán)一個(gè)雙鍵不飽和度意義：不飽和度意義： 第四節(jié) 紅外光譜的解析應(yīng)用73 例題例題 含有含有C、H、O的有機(jī)化合物的紅外光譜圖。請(qǐng)問(wèn)的有機(jī)化合物的紅外光譜圖。請(qǐng)問(wèn)該化合物是脂肪族還是芳香族？是否為醇、醛、酮或該化合物是脂肪族還是芳香族？是否為醇、醛、酮或羧酸？是否含有雙鍵或三鍵羧酸？是否含有雙