一、基本原理一、基本原理 二、红外光谱仪及样品制备技术 二、红外光谱仪及样品制备技术 三、影响振动频率的因素 三、影响振动频率的因素 四、各类有机化合物的红外特征吸收 四、各类有机化合物的红外特征吸收 五、红外谱图解析及应用 五、红外谱图解析及应用 一、基本原理1.1 近红外、中红外和远红外 波段名称 波长 波数（cm-1 近红外0.75—2.5 13300－4000 中红外 2.5－25 4000－400 远红外 25－1000 400－10 1.2 红外光谱的产生： 用频率4000~400cm -1 (波长2.5~25m)的光波照射样品, 引起分子内振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱。 1.3波长和波数 电磁波的波长（ ）、频率（v）、能量（E）之间的关系： 横坐标：波数()400～4000 cm -1 ；表示吸收峰的位置。 纵坐标：透过率（T%），表示吸收强度。 T越小红外光谱图解析步骤，吸收越好，曲线低谷表示是一个好的吸收带。 1.4红外光谱的表示方法 1.5分子振动与红外光谱 1.5.1 分子的振动方式：伸缩振动，弯曲振动 (1)伸缩振动： 沿轴振动，只改变键长，不改变键角 (2853cm -1 (2926cm -1 剪式振动(δs)面内摇摆振动(ρ) 弯曲振动只改变键角,不改变键长同一键型： 面内弯曲振动的频率大于面外弯曲振动的频率。

vv vvss 以上振动产生的吸收峰叫基频峰。以上振动产生的吸收峰叫基频峰。 基频峰：基频峰：分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的 分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的 高一能级产生的吸收。 高一能级产生的吸收。 倍频峰：倍频峰：指指 22的振动吸收带，出现在强的基频 的振动吸收带，出现在强的基频 峰的大约 峰的大约22倍处 (实际比两倍低实际比两倍低))。一般为弱吸收峰。 。一般为弱吸收峰。 羰基伸缩振动频率在 羰基伸缩振动频率在1715cm 1715cm --11 左右，在 左右，在3400cm 3400cm --11 附近 附近 倍频峰，通常与羟基的伸缩振动吸收峰重叠。 倍频峰，通常与羟基的伸缩振动吸收峰重叠。 合频峰：出现在两个或多个基频峰之和（组频出现在两个或多个基频峰之和（组频 11 振动偶合：振动偶合： 当分子中两个或两个以上相同的基团与同一个原 当分子中两个或两个以上相同的基团与同一个原 子连接时，其振动吸收峰常发生裂分，形成双峰，这 子连接时，其振动吸收峰常发生裂分，形成双峰，这 种现象叫振动偶合。 种现象叫振动偶合。 伸缩振动偶合、弯曲振动偶合、伸缩与弯曲振动偶合 伸缩振动偶合、弯曲振动偶合、伸缩与弯曲振动偶合 C-H弯曲振动：1380、1370cm-1 C=O伸缩振动： 1845、1775cm -1 两个羰基反对称振动的偶合谱带 两个羰基对称振动的偶合谱带 10 Fermi Fermi（费米）共振： （费米）共振： 当强度很弱的倍频带或合频带位于某一强基频带 当强度很弱的倍频带或合频带位于某一强基频带 附近时，弱的倍频带或合频带和基频带之间发生偶合， 附近时，弱的倍频带或合频带和基频带之间发生偶合， 产生费米共振，吸收强度大大加强。

产生费米共振，吸收强度大大加强。 11 -CHO的C-H伸缩振动2830~2695cm -1 与C-H弯曲振动 1390cm -1 的倍频2780cm -1 发生费米共振，结果产生 2820、2720cm -1 二个吸收峰。 12 1.5.2 振动自由度和选律 分子振动时,分子中各原子之间的相对位置称为该分 子的振动自由度. 分子中每一个原子都可以沿x、y、z轴方向移动，有 三个自由度。含n个原子的分子，有3n个自由度。 其中，平动自由度：3 理论上每个振动自由度在IR中可产生1个吸收峰，实际上IR光谱中的峰数少于基本振动自由度。 13 转动 平动 14 峰数目减少的原因： IR选律：只有偶极矩(μ)发生变化的振动，才能有 红外吸收。 吸收峰太弱，检测不出来15 例：二氧化碳的 例：二氧化碳的IR IR光谱 光谱 对称伸缩振动对称伸缩振动 反对称伸缩振动 反对称伸缩振动 面内弯曲振动 面内弯曲振动 面外弯曲振动 面外弯曲振动 不产生吸收峰 不产生吸收峰 2349 667 667 2349 667 667 因此 因此O=C=O IR光谱只有光谱只有 和和667cm 667cm --1 二个吸收峰二个吸收峰 16 O有3种振动形式，相应的呈现3个吸收谱带。

17 结论： 只有引起分子偶极矩发生变化的振动才能产生红外吸收光谱。 红外辐射光的频率与分子振动的频率相等，才能发生振动能级跃迁，产生吸收吸收光谱。 产生红外光谱的必要条件是： 18 1.6 IR光谱得到的结构信息 峰强：吸收峰的强度vs (very strong), (weak),vw (very weak), sh(sharp) 峰形：吸收峰的形状(尖峰、宽峰、肩峰) 19 分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波谱的一定范围，如：C=O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。 1650cm -1 1715cm -1 1780cm -1 吸电子效应：高波数移动；推电子效应：低波数移动 20 峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化。偶极矩的变化越小，谱带强度越弱。 极性大的基团，吸收强度大。极性大的基团，吸收强度大。 使基团极性降低的诱导效应，吸收强度减小，使基团极性降低的诱导效应，吸收强度减小， 使基团极性增大的诱导效应，吸收强度增加。 使基团极性增大的诱导效应，吸收强度增加。 共轭效应使共轭效应使ππ电子离域程度增大，极化度增大，吸收强度增加 电子离域程度增大，极化度增大，吸收强度增加.. 形成氢键使振动吸收峰变强变宽。

形成氢键使振动吸收峰变强变宽。 振动耦合使吸收增大。振动耦合使吸收增大。 费米振动使倍频或组频的吸收强度显著增加。费米振动使倍频或组频的吸收强度显著增加。 21 不同基团可能在同一频率范围内都有红外吸收，如-OH、-NH的伸缩振动峰都在 cm -1， 者峰形状有显著不同。峰形的不同有助于官能团的鉴别。 22 二、红外光谱仪及样品制备技术 二、红外光谱仪及样品制备技术 色散型红外光谱仪色散型红外光谱仪 傅立叶变换红外光谱仪（傅立叶变换红外光谱仪（FT FT--IR IR）） 红外样品的制备红外样品的制备 23 2.1 2.1 色散型红外光谱仪 色散型红外光谱仪 24 2.2 Fourier 2.2 Fourier变换红外光谱仪 变换红外光谱仪(FT (FT--IR IR仪仪) 仪器组成及工作原理由光源(硅碳棒、高压汞灯)、Michellson干涉仪、 检测器、计算机和记录仪组成。 25 迈克逊干涉仪 干涉图 干涉图 26 FI-IR光谱中背景峰（水、CO ）的扣除：背景干涉图 样品干涉图 27 FTIR FTIR光谱仪的优点 光谱仪的优点 信号累加信号累加，，信噪比提高 信噪比提高（（可达 可达60 60：：11））。

。 检测灵敏度高检测灵敏度高，，样品量减少 样品量减少。。 波数精度高波数精度高，，分辨率可达 分辨率可达00..05 05cm cm --11 测量频率范围宽测量频率范围宽，，可达到 可达到~~66cm cm --11 扫描速度快扫描速度快（（几十次 几十次//秒秒）），，可跟踪反应历程 可跟踪反应历程，，作反 应动力学研究应动力学研究，，并可与 并可与GC GC、、LC LC联用 联用。。 对温度对温度、、湿度要求不高 湿度要求不高。。 光学部件简单光学部件简单，，只有一个动镜在运动 只有一个动镜在运动， ，不易磨损 不易磨损。。 28 2.3 2.3 红外光谱的测定方法 红外光谱的测定方法 11.. 对样品的要求 对样品的要求 单一组分的纯物质，纯度应>98%，便于与纯化合物的标准进行对照。 试样要干燥无水。水本身有红外吸收，不仅严重干扰样品谱，还会侵蚀吸收池的盐窗。 样品的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。 29 固体样品的制备a.压片法: 将1~2mg固体试样与200mg纯KBr研细混合， 研磨到粒度小于2μ m，在油压机上压成透明薄片， 即可用于测定。

b.糊状法: 研细的固体粉末和石蜡油调成糊状，涂在两盐 窗上，进行测试，此法可消除水峰的干扰。 液体石蜡本身有红外吸收，此法不能用来研究 饱和烷烃的红外吸收。 2.制样方法制样方法 30 对沸点较高的液体，直接滴在两块盐片之间，形成没有气泡的毛细厚度液膜，然后用夹具固定红外光谱图解析步骤，放入仪器 光路中进行测试。 液体吸收池法对于低沸点液体样品和定量分析，要用固定密封液体 池。制样时液体池倾斜放置，样品从下口注入，直至 液体被充满为止，用聚四氟乙烯塞子依次堵塞池的入 口和出口，进行测试。 31 气态样品的制备气态样品一般都灌注于气体吸收池内进行测试。 32 三、影响振动频率的因素 1、键力常数k和原子质量的影响 对于A-H(A=C、N、O)键的伸缩振动: 单一粒子的简谐振动 —化学键的力常数，单位为N.cm-133 振动方程式（Hooke定律） cm-1 —折合质量，单位为g一般成键双原子的伸缩振动: 34 结论 结论:: 化学键的力常数 化学键的力常数kk越大，原子的折合质量越小， 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；反 振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区；反 之，出现在低波数区。

之，出现在低波数区。 35 化学 （KJmol -1 力常数k（N.cm -1 波数范围（cm -1 0.154347.3 4.5 700～1200 0.134610.9 9.6 1620～1680 0.116836.8 15.6 2100～2600 OHNHCHCHCHCNCCCOCCCOCC/N.cm -1 7.76.45.95.14.817.715.612.19.65.44.5 一些常见化学键的力常数如下表所示： 力常数k：与键长、键能有关 36kk值值 对单键而言， 对单键而言，kk一般为 一般为5510 10 55 dyn/cm dyn/cm 对双键而言， 对双键而言，kk一般为 一般为10 10 10 10 55 dyn/cm dyn/cm 对三键而言， 对三键而言，kk一般为 一般为15 15 10 10 55 dyn/cm dyn/cm 37 折合质量μ ，(v)，红外吸收信号将出现在高波数区。2800-3000cm -1 3000-3600cm -1 两振动原子只要有一个原子的质量减小，μ值减小。 μ：12/13=0.92 14/15=0.93 16/17=0.94 38 X-H键伸缩振动频率（cm -1 CC--HH NN--HH OO--HH FF--HH Si Si- -HH PP--HH SS--HH Cl Cl--HH Ge Ge- -HH As--HH Se Se--HH Br Br--HH Sn Sn--HH Sb Sb--HH II--HH 从左到右，X电负性增大，K增大，波数增高； 从上到下，X电负性减小，K减小，波数减小。

39 2、电子效应 诱导效应使基团电荷分布发生变化，从而改变了键的力常数，使振动频率发生变化. 40 推电子基，C=O电荷中心向O移动，C=O极性增强，双键性降低，低频移动； 吸电子基，C=O电荷中心向几何中心靠近，C=O极性降低，双键性增强，高频移动。 41 1715cm -1 1665-1685 CH C=CH-CN 42 43 在许多情况下，诱导效应和在许多情况下，诱导效应和共轭效应会同时存在 共轭效应会同时存在:: RCOORRCOOR RR 11 CO CO--NR NR 22 RR 11 COR COR 22 1715 ((--II 吸电子诱导占优势p-π共轭占优势 44 成键碳原子的杂化状态CH CH CH C-H3300 45 44、空间效应：环张力和空间位阻 、空间效应：环张力和空间位阻 环张力环张力 环张力大：环外双键加强，吸收频率增大；环内双键减弱，吸收频率减小。

CH 1750 46 1815 47 空间位阻（降低共轭程度，向高频移动）空间位阻（降低共轭程度，向高频移动） 48 Br1730 Br1742 α-卤代酮规律（甾体类化合物中常见） 49 66、氢键效应（醇、酚、胺、羧酸类） 、氢键效应（醇、酚、胺、羧酸类） 吸收峰向低波数移动；峰型变宽；吸收强度加强。吸收峰向低波数移动；峰型变宽；吸收强度加强。 醇羟基： 游离态 二聚体 3600~3640cm-1 3500~3600cm -1 3200~3400cm -1 5051 固体或液体羧酸，一般以二聚体形式存在。 固体或液体羧酸，一般以二聚体形式存在。 RCO RCO 22 游离态游离态 二聚体 二聚体 vv cmcm --1 1750～～ vv OH OH cm cm --1 3300～～ 52 物态变化的影响一般，同种物质： 气态的特征频率较高，液态和固态较低。 丙酮： vC=O(气)＝1738 cm-1， vC=O(液)＝1715 cm-1。

溶剂也会影响吸收频率。 53 四、各类有机化合物的红外特征吸收 红外光谱的分区 红外光谱的分区 两个区 4000-1500cm-1 ：官能团区 官能团的特征吸收峰，吸收峰较少，容易辨认。 1500-400cm-1 ：指纹区 C－C、C－N、C－O 等单键伸缩振动和各种弯曲 振动的吸收峰。 特点是谱带密集、难以辨认。 54 四个区 四个区 00cm 2500cm --11 X--HH单键的伸缩振动区 单键的伸缩振动区 --cm cm --11 叁键和累积双键伸缩振动区叁键和累积双键伸缩振动区 --cm cm --11 双键伸缩振动区双键伸缩振动区 --600cm 600cm --11 弯曲振动，弯曲振动，C C--CC、、CC--OO、、CC--NN等伸缩振动。 等伸缩振动。 55 八个峰区 56 峰区（4000－2500cm -1 X－H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O－H、N－H、C－H 伸缩振动。 O－H醇与酚：游离态：3640～3610cm -1 ，峰形尖锐。

缔合态：3300cm -1 羧酸：3300～2500cm-1 ，中心约3000cm -1 ,谱带宽 57 N－H胺类：游离——3500～3300cm -1 缔合——吸收位置降低约100cm -1 伯胺：3500，3400cm-1，（吸收强度比羟基弱） 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 58 C－H烃类：3300～2700 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：3100～3000 cm -1 59 饱和烃基：3000～2700 cm-1，两个峰 －CH3：v ～2870cm-1（m） －CH2－：v ～2850cm-1（s） ＞CH－：～2890 cm-1 醛基：2850～2720 cm -1 ，两个吸收峰 C-H伸缩振动与C-H弯曲振动（约1390cm-1）倍频 产生Fermi共振。

巯基：2600～2500 cm -1 ，谱带尖锐，容易识别 60 第二峰区（2500－2000 cm -1 谱带为中等强度吸收或弱吸收。干扰少，容易识别。 ：2280～2100cm-1 乙炔及全对称双取代炔在红外光谱中观测不到。 CN：2250～2240cm-1，谱带较CC 与苯环或双键共轭，向低波数移动20～30cm-161 第三峰区（2000－1500cm -1 1900～1650cm-1 ，峰尖锐，强吸收峰。 变化规律： 62 吸收位于波数端，特征，无干扰。酸酐： 两个羰基振动偶合产生双峰，波长位移60～80 cm -1 酯：脂肪酯：～1735cm -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3000 cm -1 出现强、宽吸收，可确认羧基存在。 63 在2850～2720cm -1 吸收，出现1～2条谱带，结合此峰，可判断醛基存在。 酮：的特征吸收带 酰胺：1690～1630 cm -1 ，缔合态约1650 cm -1 常出现3个特征带：酰胺、、带 伯酰胺：～1690 cm -1 1640cm -1 (氢键缔合) 仲酰胺：～1680 cm -1 1530cm -1 (，N-H弯曲)， 1260 cm -1 （，C-N伸缩） 叔酰胺：～1650 cm -1 64 1670~1600cm -1 ，强度中等或较低 烯烃：1680～1610 cm -1 芳环骨架振动：苯环、吡啶环及其它芳环 1650~1450 cm -1 范围 苯：～1600，1580，1500，1450cm -1 吡啶：～1600，1570，1500，1435 cm -1 呋喃：～1600，1500，1400 cm -1 喹啉：～1620，1596，1571，1470 cm -1 65 硝基、亚硝基化合物：强吸收 脂肪族：v 1580～1540cm -1 1380～1340cm -1 芳香族：v 1550～1500cm -1 1360～1290cm -1 亚硝基：1600～1500 cm -1 胺类化合物：－NH2位于1640～1560 cm -1 吸收带（弯曲振动）。

66 第四峰区: 指纹区（1500～600 cm -1 C－H弯曲振动 烷烃： －CH 约1450cm -1 1380cm -1 －CH(CH 1380cm -1 、1370 cm -1 （振动偶合） －C(CH 1390cm -1 、1370cm -1 （振动偶合） ＞CH－1340 cm -1 （不特征） 67 烯烃： 面内：1420～1300 cm -1 ，不特征 面外：1000～670 cm -1 ，容易识别，可用于判断 取代情况。（P229） 68 69 苯：910～670 cm -1 一取代：770～730 cm-1，710～690 cm -1 二取代：邻：770～735 cm -1 对：860～800 cm -1 间：900～800 cm -1 ，810～750 cm -1 725～680cm -1 面内：1250～950cm-1范围，应用价值小 面外：910～650 cm-1，可判断取代基的相对位置 （P230） 70 Ar Ar- -HH 71 醇、酚：1250～1000 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：C－O－C伸缩振动位于1250～1050 cm -1 C－O伸缩振动 1300～1000 cm -1 72 酯：C－O－C 伸缩振动，1300～1050 cm -1 条谱带，强吸收酸酐：C－O－C 伸缩振动，1300～1050 cm -1 ：对称伸缩振动，1400～1300cm -1 脂肪族：1380～1340 cm -1 芳香族：1360～1284 cm -1 73 COOH，COO ：羧酸二聚体在约1420cm -1 ，1300～ 1200 cm -1 处出现两条强吸收带。

（O-H面外弯曲振动与C-O伸缩振动偶合产生） NH ：面内弯曲：1650～1500cm -1 面外弯曲：900～650 cm -1 【CH 800～700cm -1 ，平面摇摆，弱吸收带 785-770743-734 729-726 725-722 74 五、红外谱图解析及应用 化合物的鉴定： 鉴定已知化合物： 1.观察特征频率区：判断官能团，以确定所属化 合物的类型。 2.观察指纹区：进一步确定基团的结合方式。 3.对照标准谱图验证。 75 1.计算不饱和度 2.官能团的确定( >1500 cm -1 3.指纹区确定细节（1500～600cm -1 综合以上分析提出化合物的可能结构红外谱图解析的基本步骤： 红外谱解析要点及注意事项 1.红外吸收谱的三要素（位置、强度、峰形） 2.同一基团的几种振动的相关峰是否同时存在 76 1.烷烃： 2853～2962cm-1 1460cm-1 、1380cm -1 C—H（—CH 723cm-1 C—H[—(CH 吸收峰将出现在734～743cm-1 772.烯烃 3030cm-1 =C—H伸缩振动； 1625cm-1 C＝C伸缩振动； ）面内弯曲振动；78 ＝C－H的平面弯曲振动吸收峰位置： 顺式：700cm -1 79＝C－H的平面弯曲振动吸收峰位置： 反式：965cm -1 8081 例：未知物分子式为C 16，其红外图谱如下图 所示，试推其结构。

C=C伸缩振动C-H弯曲振动 910的倍频 CH 82解：不饱和度为1，具有一个烯基或一个环。 3079cm-1 处有吸收峰，存在与不饱和碳相连的氢，该 化合物为烯； 在1642cm-1 处有C=C伸缩振动吸收，证实烯基存在。 910、993cm-1 处C-H弯曲振动吸收说明该化合物有端 乙烯基；1823cm -1 的吸收是910吸收的倍频； 2928、1462cm-1 的较强吸收和2951、1379cm -1 的较弱 吸收知未知物CH 未知物为正构端取代乙烯，即1-辛稀。素材和资料部分来自 素材和资料部分来自 网络，如有帮助请下载 网络，如有帮助请下载!!