1、21:46:54第二章第二章第二章第二章第二章第二章 紅外光譜紅外光譜紅外光譜紅外光譜紅外光譜紅外光譜一、概述概述 Introduction二、二、紅外光譜紅外光譜基本原理基本原理Principles of Infrared Spectroscopy三、三、特特征基團與吸收頻率征基團與吸收頻率Functional Group and Absorption Frequency四、紅外光譜的解析應(yīng)用四、紅外光譜的解析應(yīng)用Analysis of Infrared SpectroscopyInfrared Spectroscopy（IR）劉媛媛劉媛媛劉媛媛劉媛媛劉媛媛劉媛媛化工與制藥工程系化工與制藥工

2、程系化工與制藥工程系化工與制藥工程系化工與制藥工程系化工與制藥工程系21:46:55一、概述一、概述一、概述一、概述一、概述一、概述 紅外吸收光譜（紅外吸收光譜（IR）是一種分子振動是一種分子振動-轉(zhuǎn)動光譜（吸收轉(zhuǎn)動光譜（吸收光譜），是由光譜），是由分子的振動分子的振動-轉(zhuǎn)動能級間的躍遷轉(zhuǎn)動能級間的躍遷而產(chǎn)生的。而產(chǎn)生的。峰位峰位峰強峰強峰形峰形IR判斷可能存在的判斷可能存在的官能團官能團推斷未知物結(jié)構(gòu)推斷未知物結(jié)構(gòu) 對于某一特定的官能團和相關(guān)的化學(xué)鍵，不管分子中其對于某一特定的官能團和相關(guān)的化學(xué)鍵，不管分子中其他部分的結(jié)構(gòu)如何，它總是在相同或幾乎相同的波數(shù)處產(chǎn)生他部分的結(jié)構(gòu)如何，它總是在相同

3、或幾乎相同的波數(shù)處產(chǎn)生特征的吸收譜帶特征的吸收譜帶，除光學(xué)異構(gòu)體及長鏈烷烴同系物外，幾乎，除光學(xué)異構(gòu)體及長鏈烷烴同系物外，幾乎沒有兩種化合物具有相同的沒有兩種化合物具有相同的IR譜圖。譜圖。特征性強特征性強應(yīng)用范圍廣應(yīng)用范圍廣分析速度快分析速度快樣品量少樣品量少21:46:55 波長（波長（ m） 波數(shù)（波數(shù)（cm-1）近紅外區(qū)：近紅外區(qū)： 0.78 2.5 12820 4000中紅外區(qū)：中紅外區(qū)： 2.5 25 4000 400遠紅外區(qū)：遠紅外區(qū)： 25 300 400 33 絕大多數(shù)有機化合物紅外吸收波數(shù)范圍：絕大多數(shù)有機化合物紅外吸收波數(shù)范圍：4000 400 cm-1 用波長用波長2.

4、525 m，頻率，頻率4000400 cm-1的光照射樣品，的光照射樣品，引起分子內(nèi)振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷所產(chǎn)生的吸收光譜引起分子內(nèi)振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷所產(chǎn)生的吸收光譜。 紅外光譜的產(chǎn)生：紅外光譜的產(chǎn)生： 紅外區(qū)域的劃分：紅外區(qū)域的劃分：21:46:55二、紅外光譜基本原理二、紅外光譜基本原理二、紅外光譜基本原理二、紅外光譜基本原理二、紅外光譜基本原理二、紅外光譜基本原理滿足兩個條件：滿足兩個條件： (1) (1)輻射能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動能級躍遷所需的能量；輻射能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動能級躍遷所需的能量； (2) (2)伴隨凈的偶極矩的變化。伴隨凈的偶極矩的變化。對稱分子：對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起

5、共振，無紅外活性。沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。如：如：N2、O2、Cl2等。等。非對稱分子：非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。有偶極矩，紅外活性。21:46:55w伸縮振動伸縮振動化學(xué)鍵兩端的原子沿鍵軸方向作來回周期運動化學(xué)鍵兩端的原子沿鍵軸方向作來回周期運動對稱伸縮振動對稱伸縮振動 s、非對稱伸縮振動非對稱伸縮振動 as 鍵長有變化，鍵角無變化。鍵長有變化，鍵角無變化。 w彎曲振動（變形振動）彎曲振動（變形振動）使化學(xué)鍵的鍵角發(fā)生周期性變化的振動使化學(xué)鍵的鍵角發(fā)生周期性變化的振動面內(nèi)彎曲振動面內(nèi)彎曲振動 （剪式振動（剪式振動 、面內(nèi)搖擺、面內(nèi)搖擺 ）面外彎曲振動面外彎曲振動 （面

6、外搖擺（面外搖擺 、扭曲振動、扭曲振動 ）分子中基團的基本振動形式分子中基團的基本振動形式分子中基團的基本振動形式分子中基團的基本振動形式分子中基團的基本振動形式分子中基團的基本振動形式21:46:55三、特征基團與吸收頻率三、特征基團與吸收頻率三、特征基團與吸收頻率三、特征基團與吸收頻率三、特征基團與吸收頻率三、特征基團與吸收頻率幾個常用術(shù)語幾個常用術(shù)語 特征峰：特征峰：用于鑒定官能團的存在并具有較高強度的吸收峰。如用于鑒定官能團的存在并具有較高強度的吸收峰。如: : 相關(guān)峰：相關(guān)峰：一個基團除了有特征峰外，還有一些其他振動形式的一個基團除了有特征峰外，還有一些其他振動形式的吸收峰，這些相互

7、依存而又相互可以左證的吸收峰稱為相關(guān)峰。吸收峰，這些相互依存而又相互可以左證的吸收峰稱為相關(guān)峰。 特征區(qū)：特征區(qū)：4000-1300 cm-1 指紋區(qū)：指紋區(qū)：1300-400 cm-1吸收峰的強度：吸收峰的強度： vs (very strong)，s (strong)，m (medium)，w (weak)，vw (very weak)，b (broad)，sh (sharp)，v (variable)1OCcm 1650850121:46:55(1) 4000-2500 cm-1 區(qū)域區(qū)域 氫鍵伸縮振動區(qū)：氫鍵伸縮振動區(qū)：O-H、N-H、C-H 和和 S-H 等。等。(2) 2500-16

8、00 cm-1 區(qū)域區(qū)域 叁鍵和雙鍵伸縮振動區(qū)：叁鍵和雙鍵伸縮振動區(qū)：CC、CN、 C=C、C=O等。等。(3) 1600-1450 cm-1 區(qū)域區(qū)域 苯環(huán)骨架振動苯環(huán)骨架振動(4) 1600-1300 cm-1 區(qū)域區(qū)域 面內(nèi)彎曲振動區(qū)：面內(nèi)彎曲振動區(qū)：-CH3、-CH2、-CH、-OH等。等?；鶊F頻率和紅外光譜的分區(qū)基團頻率和紅外光譜的分區(qū)基團頻率和紅外光譜的分區(qū)基團頻率和紅外光譜的分區(qū)基團頻率和紅外光譜的分區(qū)基團頻率和紅外光譜的分區(qū) 紅外光譜可大致分為兩個區(qū)域：特征區(qū)（官能團區(qū)）紅外光譜可大致分為兩個區(qū)域：特征區(qū)（官能團區(qū)）（40001300 cm-1）和指紋區(qū)（）和指紋區(qū)（13004

9、00 cm-1）。）。判斷和識別烷基判斷和識別烷基21:46:55有機化合物各種官能團的特征吸收有機化合物各種官能團的特征吸收有機化合物各種官能團的特征吸收有機化合物各種官能團的特征吸收有機化合物各種官能團的特征吸收有機化合物各種官能團的特征吸收C-H 伸縮振動（伸縮振動（CH）和彎曲振動（）和彎曲振動（CH）吸收峰。）吸收峰。(s)cm 294029701asCH3(m)cm 286528751sCH3(s)cm 292029321asCH2 (m)cm 285028551sCH21(cm 1350149023asCHCH）或1cm 14503asCH1cm 13803sCH1cm 1465

10、2CH烷烴的紅外吸收光譜烷烴的紅外吸收光譜烷烴的紅外吸收光譜烷烴的紅外吸收光譜烷烴的紅外吸收光譜烷烴的紅外吸收光譜21:46:55C-H 的對稱面內(nèi)彎曲振動，由于引入支鏈，會發(fā)生裂分：的對稱面內(nèi)彎曲振動，由于引入支鏈，會發(fā)生裂分： 1:1CCH3CH3H1385 cm-11365 cm-1CCH3CH3CH31390 cm-11365 cm-11:2振動偶合效應(yīng)（振動偶合效應(yīng)（P38）1cm 13803sCH21:46:55(m)cm 281528351OCH31asCHCOcm 143031sCHCOcm 13603C-C：1250 800 cm-1 ， 因特征性不強因特征性不強，用處不大。

11、用處不大。C-H：分子中具有：分子中具有-(CH2)n-鏈節(jié)，且鏈節(jié)，且n 4 時，在時，在720 cm-1 有一個弱吸收峰；隨著有一個弱吸收峰；隨著CH2 個數(shù)的減少，吸收峰向高波個數(shù)的減少，吸收峰向高波數(shù)方向位移，由此可推斷分子鏈的長短。當(dāng)數(shù)方向位移，由此可推斷分子鏈的長短。當(dāng)n 15時，此時，此類化合物的紅外光譜不能給出特征吸收峰，無鑒別意義。類化合物的紅外光譜不能給出特征吸收峰，無鑒別意義。21:46:552,4-二甲基戊烷的紅外光譜圖（液膜法）二甲基戊烷的紅外光譜圖（液膜法）1386136814682958 293728712840asH-CsH-CHCsHC21:46:55C=C、

12、C=C-H伸縮振動（伸縮振動（=CH、 C=C）和）和C=C-H面外彎面外彎曲振動（曲振動（ = =CH）吸收峰）吸收峰(1) =CH 3100 3010 cm-1，強度較弱，易與飽和烷烴的，強度較弱，易與飽和烷烴的C-H分開。分開。烯烴的紅外吸收光譜烯烴的紅外吸收光譜烯烴的紅外吸收光譜烯烴的紅外吸收光譜烯烴的紅外吸收光譜烯烴的紅外吸收光譜21:46:55(2) C=C 1690 1620 cm-1，強度較弱。，強度較弱。(3) = =CH 1000 690 cm-1，判斷雙鍵的取代類型。，判斷雙鍵的取代類型。21:46:55順式順式-2-戊烯的紅外光譜圖（液膜法）戊烯的紅外光譜圖（液膜法）1

13、6696983016H-CCCH-C(順順)21:46:55下列化合物的下列化合物的IR 光譜特征有何不同光譜特征有何不同?(1) =CH 3100 3010 cm-1； C=C 1690 1620 cm-1。(2) A：分子比較對稱：分子比較對稱, 故峰強稍弱些。故峰強稍弱些。（P39（二）（二）-2）(3) =CH 1000 690 cm-1，判斷雙鍵的取代類型。，判斷雙鍵的取代類型。A：=CH ：690 cm-1 ；B：=CH ：970 cm-1 ；C：=CH ：990 和和910 cm-1 。21:46:55 炔烴主要有三種特征吸收炔烴主要有三種特征吸收： HCC33603300 cm

14、-1 ，m CC22602100 cm-1，較較 wHCC 700610 cm-1炔烴的紅外吸收光譜炔烴的紅外吸收光譜RCCH：CC 在在21402100 cm-1之間。之間。RCCR：CC 在在22602190 cm-1（w）之間。）之間。21:46:551-己炔的紅外光譜圖己炔的紅外光譜圖H-CC21:46:56 芳烴主要包括苯環(huán)上的芳烴主要包括苯環(huán)上的 C- -H 及環(huán)骨架的及環(huán)骨架的 C=C伸縮振動和伸縮振動和 C- -H 面外彎曲振動三種特征吸收峰。面外彎曲振動三種特征吸收峰。芳烴的紅外吸收光譜芳烴的紅外吸收光譜（1）苯環(huán)上的苯環(huán)上的 ArH ，30303070 cm-1，m（2）苯

15、環(huán)骨架的苯環(huán)骨架的 C=C，1600、(1580)、1500、 1450 cm-1 （3）ArH ，900690 cm-1 ，較較 s 21:46:56750 cm-1 s690 cm-1 s750 cm-1 s 810-750 cm-1725-680 cm-1 900-860 cm-1苯環(huán)上取代位置與數(shù)目的主要依據(jù)苯環(huán)上取代位置與數(shù)目的主要依據(jù)ArH21:46:56甲苯的紅外光譜圖甲苯的紅外光譜圖21:46:56鄰二甲苯的紅外光譜圖鄰二甲苯的紅外光譜圖21:46:56對二甲苯的紅外光譜圖對二甲苯的紅外光譜圖21:46:56醇和酚的紅外吸收光譜醇和酚的紅外吸收光譜醇和酚的紅外吸收光譜醇和酚的紅

16、外吸收光譜醇和酚的紅外吸收光譜醇和酚的紅外吸收光譜化合物化合物振動形式及峰位（振動形式及峰位（cm1）特征特征伯醇伯醇OH 3640（游離游離）尖尖CO 1050強強仲醇仲醇OH 3630（游離游離）尖尖CO 1100強強叔醇叔醇OH 3620（游離游離）尖尖CO 1150 強強酚類酚類OH 3610（游離游離）尖尖CO 1220強強醇和酚的特征吸收是醇和酚的特征吸收是 O- -H 和和 C- -O 的伸縮振動峰的伸縮振動峰。OH 35003200 cm-1（締和締和）；）；OH 14001200 cm-121:46:56正丁醇的紅外光譜圖（液膜法）正丁醇的紅外光譜圖（液膜法）33332960

17、 29342875146613791073H-OasH-CsH-CHCsHCO-CasH-CsH-C21:46:56苯酚的紅外光譜圖苯酚的紅外光譜圖21:46:57醚的紅外吸收光譜醚的紅外吸收光譜醚的紅外吸收光譜醚的紅外吸收光譜醚的紅外吸收光譜醚的紅外吸收光譜醚與醇最明顯的區(qū)別是醚在醚與醇最明顯的區(qū)別是醚在36003200 cm-1無特征無特征吸收峰。醚類主要是吸收峰。醚類主要是CO 形式。形式。21:46:57乙醚的紅外光譜圖（液膜法）乙醚的紅外光譜圖（液膜法）29892868138913511126asH-CsH-CO-CsH-C21:46:57苯甲醚的紅外光譜圖苯甲醚的紅外光譜圖21:4

18、6:57羰基化合物的紅外吸收光譜羰基化合物的紅外吸收光譜羰基化合物的紅外吸收光譜羰基化合物的紅外吸收光譜羰基化合物的紅外吸收光譜羰基化合物的紅外吸收光譜化合物化合物振動形式振動形式峰位（峰位（cm1）特征特征醛醛C=O C-H17252820和和2720兩個峰兩個峰sw酮酮C=O1715（脂肪族酮）（脂肪族酮）17001680（芳香族酮）（芳香族酮）ss羧酸羧酸O-HC=OC-OO-H3550（游離）；（游離）；30002500（締合）（締合）1760（游離）；（游離）；17251705（締合）（締合）13201200（多重峰）（多重峰）950900msms b21:46:57化合物化合物振動

19、形式振動形式峰位（峰位（cm1）特征特征酯酯C=O C-O1745172513001050ss羧酸酐羧酸酐C=OC-Oas：18601800s：177517401300900（其中：（其中：11751045 開鏈；開鏈； 1310 1210 環(huán)狀環(huán)狀 ）sss b酰鹵酰鹵C=OC-X1800（C=O與不飽和鍵共軛：與不飽和鍵共軛：1850 1765 ）1250 910ss b21:46:57乙酸乙酯的紅外光譜圖（液膜法）乙酸乙酯的紅外光譜圖（液膜法）29831743137412431048OCOC21:46:57含氮化合物的紅外吸收光譜含氮化合物的紅外吸收光譜含氮化合物的紅外吸收光譜含氮化合物

20、的紅外吸收光譜含氮化合物的紅外吸收光譜含氮化合物的紅外吸收光譜化合物化合物振動形式振動形式峰位（峰位（cm1）特征特征胺胺N-H 伯胺伯胺雙峰：雙峰：3490和和3400仲胺仲胺單峰：單峰：35003400w-mw-mN-H伯胺伯胺：16501570仲胺仲胺：1500m-svwN-H伯胺：伯胺：900770仲胺：仲胺：750700s bs bC-N脂肪胺：脂肪胺：12501020芳香胺：芳香胺：13801250ms b21:46:57化合物化合物振動形式振動形式峰位（峰位（cm1）特征特征酰胺酰胺N-H 伯伯酰胺雙峰：酰胺雙峰：3500和和3400（游離）（游離） 3300和和3180（締合）

21、（締合）仲仲酰胺單峰：酰胺單峰：35003400（游離）（游離） 33303060（締合）（締合）mmmmC=O（I峰）峰）伯伯酰胺：酰胺：1690（游離）（游離） 1650（締合）（締合）仲仲酰胺：酰胺：1680（游離）（游離） 1640（締合）（締合）叔酰胺：叔酰胺：1650（不締合）（不締合）sssss21:46:57化合物化合物振動形式振動形式峰位（峰位（cm1）特征特征酰胺酰胺N-H （II峰）峰）伯伯酰胺：酰胺：16401600仲仲酰胺：酰胺：15701510ssC-N（III峰）峰）伯酰胺：伯酰胺：1400仲酰胺：仲酰胺：1300ssN-H（IV峰）峰）750600寬吸收寬吸收硝

22、基硝基N=Oas：16001500s： 13901300ssC-N920800s氰類氰類CN22602215m21:46:571、不飽和度、不飽和度的計算的計算 = n4+1+(n3-n1)/22、譜圖的解析、譜圖的解析 四先四后一抓法，即：四先四后一抓法，即： 先特征，后指紋；先特征，后指紋； 先最強峰后次強峰；先最強峰后次強峰； 先粗查，后細找；先粗查，后細找； 先否定，后肯定；先否定，后肯定； 一抓，即抓一組相關(guān)峰。一抓，即抓一組相關(guān)峰。紅外光譜解析的一般程序紅外光譜解析的一般程序紅外光譜解析的一般程序紅外光譜解析的一般程序紅外光譜解析的一般程序紅外光譜解析的一般程序21:46:57 4

23、0003200 cm- -1 無峰無峰，肯定不是醇類、伯胺、，肯定不是醇類、伯胺、仲胺、酰胺、酚類化合物。仲胺、酰胺、酚類化合物。 33103300 cm-1-1 無峰無峰，肯定無炔類化合物。，肯定無炔類化合物。 31003000 cm-1-1 無峰無峰，肯定沒有芳環(huán)或烯烴。，肯定沒有芳環(huán)或烯烴。 30002700 cm-1-1 無峰無峰，肯定沒有甲基、亞甲基，肯定沒有甲基、亞甲基和次甲基。和次甲基。 24002100 cm-1-1 無峰無峰，肯定沒有炔類、氰酸鹽，肯定沒有炔類、氰酸鹽和累積雙鍵化合物等。和累積雙鍵化合物等。第一步：第一步：把整個光譜區(qū)分成把整個光譜區(qū)分成9個區(qū)域，即：個區(qū)域，即：21:46:57 19001650 cm-1-1無峰無峰，肯定沒有酸、醛、酮、酰，肯定沒有酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐等。胺、酯、酸酐等。 16751500 cm-1 無峰無峰，肯定沒有苯環(huán)，肯定沒有苯環(huán)、烯烴。、烯烴。 14751000 cm1 有峰有峰，為：，為：若若 1380cm-1 無峰，肯定沒有甲基。無峰，肯定沒有甲基。 1000 650 cm-1 有峰有峰，為：，為： =C-H、 C-H。 第二步：第二步：結(jié)合相關(guān)峰，初步推測化合物的結(jié)構(gòu)。結(jié)合相關(guān)峰，初步推測化合物的結(jié)構(gòu)。 第三步：第三步：與與Sadt