紅外光譜紅外光譜基本原理影響紅外光譜吸收頻率的因素各類化合物的紅外特征光譜紅外圖譜解析一、紅外光譜基本原理1、概述2、紅外吸收光譜產生的條件3、分子中基團的基本振動形式4、紅外吸收峰強度1、概述分子中基團的振動和轉動能級躍遷產生：振-轉光譜輻射→分子振動能級躍遷→紅外光譜→官能團→分子結構近紅外區14000-4000cm-1中紅外區4000-400cm-1遠紅外區400-10cm-1

物質分子吸收紅外線（中紅外區、即基本振動-轉動區）產生吸收光譜,主要是由于振動和轉動能級躍遷引起的，因此紅外吸收光譜又稱振轉光譜。紅外光譜的表示方法縱坐標為吸收強度，透過率（T%）或吸光度（A）橫坐標為吸收峰的位置。用波長λ（

m）或波數1/λ單位：cm-1可以用峰數，峰位，峰形，峰強來描述。紅外光譜圖：應用：有機化合物的結構解析。定性：基團的特征吸收頻率；定量：特征峰的強度；back2、紅外吸收光譜產生的條件

滿足兩個條件：

a.紅外輻射光的頻率與分子振動的頻率相當，才能滿足分子振動能級躍遷所需的能量，而產生吸收光譜。

△E=E激

-E基

=△V×h×v，△V=±1

△V是振動光譜的躍遷選率，IR主要觀察的是V=0→V=1的吸收峰，其振動頻率等于紅外輻射的頻率，稱為基頻峰。勢能勢能

U=K(r-r0)2/2V=0V=1V=2

b.振動過程中必須是能引起分子偶極矩變化的分子才能產生紅外吸收光譜。

對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。如：N2、O2、Cl2等。非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。偶極子在交變電場中的作用示意圖。

注意：不是所有的振動都能引起紅外吸收，只有偶極矩(μ)發生變化的，才能有紅外吸收。

back3、分子中基團的基本振動形式分子的振動可以分為伸縮振動和彎曲振動兩大類。（1）伸縮振動原子沿鍵軸方向伸縮，鍵長發生變化而鍵角不變的振動稱為伸縮振動，用符號表示。它又可以分為對稱伸縮振動（s）和不對稱伸縮振動（

as）。對同一基團，不對稱伸縮振動的頻率要稍高于對稱伸縮振動。伸縮振動亞甲基：（2）變形振動（又稱彎曲振動或變角振動）

基團鍵角發生周期變化而鍵長不變的振動稱為變形振動，用符號表示。變形振動又分為面內變形和面外變形振動。面內變形振動又分為剪式（以表示）和平面搖擺振動（以表示）。面外變形振動又分為非平面搖擺（以表示）和扭曲振動（以表示）。由于變形振動的力常數比伸縮振動的小，因此，同一基團的變形振動都在其伸縮振動的低頻端出現。變形振動亞甲基：back4、紅外吸收峰強度

a、峰位化學鍵的力常數K越大，原子折合質量越小，鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現在高波數區（短波長區）；反之，出現在低波數區（高波長區）。例１水分子（非對稱分子）b、峰數峰數與分子自由度有關。無瞬間偶極矩變化時，無紅外吸收。3、峰強瞬間偶基距變化大，吸收峰強紅外吸收譜帶的強度取決于分子振動時偶極矩的變化，而偶極矩與分子結構的對稱性有關。振動的對稱性越高，振動中分子偶極矩變化越小，譜帶強度也就越弱。一般地，極性較強的基團（如C=0，C-X等）振動，吸收強度較大；極性較弱的基團（如C=C、C-C、N=N等）振動，吸收較弱。紅外光譜的吸收強度一般定性地用很強（VS）、強（s）、中（m）、弱（w）和很弱（vw）等表示。按摩爾吸光系數的大小劃分吸收峰的強弱等級，具體如下：非常強峰（vs）>100

強峰（s）20<<100

中強峰（m）10<<20

弱峰（w）1<<10

鍵兩端原子電負性相差越大（極性越大），吸收峰越強；GO二、影響紅外光譜吸收頻率的因素1）極性大的基團，吸收強度大2）使基團極性降低的誘導效應使吸收強度減小，使基團極性增大的誘導效應使吸收強度增加。3）共軛效應使π電子離域程度增大，極化程度增大，吸收強度增加。4）振動耦合使吸收增大，費米振動使倍頻或組頻的吸收強度顯著增加。5）氫鍵使參與形成氫鍵的化學鍵伸縮振動吸收顯著增加。GO三、各類化合物的紅外特征光譜飽和烴a)由于支鏈的引入，使CH3的對稱變形振動發生變化。b)C—C骨架振動明顯c)CH2面外變形振動—(CH2)n—，證明長碳鏈的存在。n=1770~785cm-1（中）n=2740~750cm-1（中）n=3730~740cm-1（中）n≥722cm-1（中強）d)CH2和CH3的相對含量也可以由1460cm-1和1380cm-1的峰強度估算強度不飽和烴伸縮振動變形振動a)C-H伸縮振動(>3000cm-1)b)C=C伸縮振動(1680-1630cm-1)c)C-H變形振動(1000-700cm-1)面內變形（=C-H）1400-1420cm-1（弱）面外變形（=C-H）1000-700cm-1（有價值）炔烴化合物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。C-C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。腈類化合物：C-N叁鍵伸縮振動出現在2300-2220厘米-1，波數比炔烴略高，吸收強度大。丙二烯類兩個雙鍵共用中間碳原子，耦合強烈，1600厘米-1無吸收，在2000-1915厘米-1和1100-1000厘米-1附近有不對稱和對稱身下廝守，兩峰相距900厘米-1，前者為中強峰，后者為弱峰。芳香烴

振動類型波數（cm-1）說明芳環C-H伸縮振動3050±50強度不定骨架振動1650~1450峰形尖銳，通常為4個峰，但不一定同時出現C-H彎曲振動（面外）910~650隨取代情況改變1600~2000cm-1倍頻吸收，確定取代苯的重要旁證。1600~2000cm-1倍頻吸收，確定取代苯的重要旁證。1600~2000cm-1倍頻吸收，確定取代苯的重要旁證。1600~2000cm-1倍頻吸收，確定取代苯的重要旁證。1600~2000cm-1倍頻吸收，確定取代苯的重要旁證。取代苯的C-H面外彎曲振動吸收峰位置取代類型C-H面外彎曲振動吸收峰位置（cm-1）苯670單取代770-730，710-690二取代1，2-770-7351，3-810-750，710-6901，4-833-810三取代1，2，3-780-760，745-7051，2，4-885-870，825-8051，3，5-865-810，730-675四取代1，2，3，4-810-8001，2，3，5-850-8401，2，4，5-870-855五取代870鹵代烴（C-X）

隨鹵素原子量增加，C-X伸縮振動逐漸降低:

C-F1400~1100cm-1;C-Cl785~540cm-1;

C-Br650~510cm-1;C-I600~485cm-1

易受鄰近基團影響，IR鑒定受到限制。醇、酚和醚基團吸收位置（cm-1）說明υO—H3650~3580（游離）3550~3450（二聚體）3400~3200（多聚體）3600-2500（分子內締合）尖中強，較尖強，寬寬，散δC—O1050（伯）1100（仲）1150（叔）1200（酚）強，有時發生裂分δH—O1500~1250650面內彎曲，強，寬面外彎曲，寬醇和酚存在三個特征吸收：羥基OH伸縮振動和彎曲振動，C-O伸縮振動。

羧酸及其衍生物1.O—H伸縮振動吸收峰：二聚體3000～2500cm-1；

2.C—H伸縮振動吸收峰：

3.C＝O伸縮振動吸收峰：1725～1700cm-1（脂肪族羧酸），1700～1680cm-1（芳香族羧酸）。

羧酸和羧酸鹽CO2-的對稱伸縮振動，1650-1540，最強峰，反對稱伸縮振動，1420-1300，強峰CO2-的對稱伸縮振動，1650-1540，最強峰，反對稱伸縮振動，1420-1300，強峰酸酐1.C＝O伸縮振動：在1850～1780cm-1、1790～1740cm-1兩處同時出現。

2.C—O—C伸縮振動：1300～1050cm-1（強吸收）。有兩個羰基伸縮振動，相差60厘米-1，反對稱伸縮位于高頻區，對稱伸縮振動位于低頻區。開鏈酸酐的高波數峰比低波數峰強，有張力的環狀酸酐兩峰的相對強度正好相反，強度差別比開鏈酸酐懸殊。酰鹵

1.鹵素原子直接與羰基相連，強誘導效應使羰基伸縮振動大大升高。脂肪族位于1800厘米-1附近。2.C-X伸縮振動：脂肪族1000-910厘米-1，峰形寬大，芳香族1250-1110厘米-1，通常分裂為數個峰。3.C-X彎曲振動：1310-1040厘米-1酰胺1.N-H伸縮振動：3540-3125厘米-1，伯酰胺為強度相近的雙峰，相距120厘米-1，仲酰胺為單峰，叔酰胺無此峰。2.羰基伸縮振動：1690-1620厘米-1（酰胺I峰）3.N-H彎曲振動+C-N伸縮振動：1650-1580厘米-1（酰胺II峰）4.C-N伸縮振動：1430-1050（酰胺III峰）不同酰胺吸收峰數據胺、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伸縮振動伯胺類3500-3300兩個峰，強度中

仲胺類3500-3300一個峰，強度中

亞胺類3400-3300一個峰，強度中NH彎曲振動伯胺類1650-1590強度強，中

仲胺類1650-1550強度極弱C-N振動芳香胺伯1340-1250強度強

仲1350-1280強度強

叔1360-1310強度強

脂肪胺

1220-1020強度中，弱

1410強度弱Back四、紅外圖譜解析

在定性分析過程中，除了獲得清晰可靠的圖譜外，最重要的是對譜圖作出正確的解析。所謂譜圖的解析就是根據實驗所測繪的紅外光譜圖的吸收峰位置、強度和形狀，利用基團振動頻率與分子結構的關系，確定吸收帶的歸屬，確認分子中所含的基團或鍵，進而推定分子的結構。簡單地說，就是根據紅外光譜所提供的信息，正確地把化合物的結構“翻譯”出來。往往還需結合其他實驗資料，如相對分子質量、物理常數、紫外光譜、核磁共振波譜及質譜等數據才能正確判斷其結構。紅外光譜的分區400-2500cm-1:這是X-H單鍵的伸縮振動區。2500-2000cm-1:此處為叁鍵和累積雙鍵伸縮振動區2000-1500cm-1:此處為雙鍵伸縮振動區1500-600cm-1:此區域主要提供C-H彎曲振動的信息

紅外圖譜的解析步驟

1）準備工作在進行未知物光譜解析之前，必須對樣品有透徹的了解，例如樣品的來源、外觀，根據樣品存在的形態，選擇適當的制樣方法；注意視察樣品的顏色、氣味等，它們住往是判斷未知物結構的佐證。還應注意樣品的純度以及樣品的元素分析及其它物理常數的測定結果。元素分析是推斷未知樣品結構的另一依據。樣品的相對分子質量、沸點、熔點、折光率、旋光率等物理常數，可作光譜解釋的旁證，并有助于縮小化合物的范圍。

2）確定未知物的不飽和度由元素分析的結果可求出化合物的經驗式，由相對分子質量可求出其化學式，并求出不飽和度。從不飽和度可推出化合物可能的范圍。不飽和度是表示有機分子中碳原子的不飽和程度。計算不飽和度的經驗公式為：=1+n4+(n3-n1)/2式中n4、n3、n1分別為分子中所含的四價、三價和一價元素原子的數目。二價原子如S、O等不參加計算。

當計算得：當