红外崔红花PPT课件

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1、第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 红外分光光度法红外分光光度法红外分光光度法红外分光光度法红外分光光度法红外分光光度法影响谱带位置的因素影响谱带位置的因素基基 本本 原原 理理 概概 述述红外分光光度计红外分光光度计红外光谱与分子结构的关系红外光谱与分子结构的关系应应 用用第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法一、定义一、定义二、红外光的区划二、红外光的区划三、红外吸收光谱的特点三、红外吸收光谱的特点 四、红外光谱的作用四、红外光谱的作用五、红外光谱的表示方法五、红外光谱的表示方法

2、六、六、IR与与UV的区别的区别第一节第一节第一节第一节第一节第一节 概概概概概概 述述述述述述一、定义一、定义一、定义 红外分光光度法红外分光光度法(IR) ：利用物质对利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收的特性红外光区电磁辐射的选择性吸收的特性来进行结构分析、定性和定量的分析方来进行结构分析、定性和定量的分析方法，又称红外吸收光谱法。法，又称红外吸收光谱法。二、红外光区的划分二、红外光区的划分二、红外光区的划分红外线红外线：波长在0.76500m (1000m) 范围内的电磁波近红外区：近红外区：0.762.5m OH和和NH倍频吸收区倍频吸收区 远红外区：远红外区：25500m 纯转动

3、光谱纯转动光谱 中红外区：中红外区：2.525m 振动、伴随转动光谱振动、伴随转动光谱三、红外吸收光谱的特点三、红外吸收光谱的特点三、红外吸收光谱的特点特征性高特征性高 不破坏样品不破坏样品对任何样品的存在状态都适用（气、液、固）对任何样品的存在状态都适用（气、液、固）分析速度快分析速度快 样品用量少、操作简便，且可以回收样品用量少、操作简便，且可以回收 四、红外光谱图的表示方法四、红外光谱图的表示方法四、红外光谱图的表示方法)(10)(41mcmvT曲线曲线 前密后疏前密后疏T 曲线曲线 前疏后密前疏后密v五、红外吸收光谱与紫外吸收光谱的区五、红外吸收光谱与紫外吸收光谱的区五、红外吸收光谱与

4、紫外吸收光谱的区五、红外吸收光谱与紫外吸收光谱的区五、红外吸收光谱与紫外吸收光谱的区五、红外吸收光谱与紫外吸收光谱的区别别别别别别 IR UV起源起源 振动能级伴随转动能级跃迁 外层价电子能级跃迁适用适用 所有红外吸收的有机化合物 具n-*跃迁有机化合物 具-*跃迁有机化合物特征性特征性 特征性强 简单、特征性不强用途用途 鉴定化合物类别 定量 鉴定官能团 推测有机化合物共轭骨架 推测结构第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法 第二第二 节节 基本原理基本原理一、振动一、振动-转动转动 光谱光谱 二

5、、红外光谱产生的条件二、红外光谱产生的条件和吸收峰强度和吸收峰强度三、吸收峰的位置三、吸收峰的位置四、特征峰与相关峰四、特征峰与相关峰第二第二第二第二第二第二 节节节节节节 基本原理基本原理基本原理基本原理基本原理基本原理第三节第三节第三节第三节第三节第三节影响谱带位置的因素影响谱带位置的因素影响谱带位置的因素影响谱带位置的因素影响谱带位置的因素影响谱带位置的因素一、振动一、振动一、振动一、振动一、振动一、振动- - -转动光谱转动光谱转动光谱转动光谱转动光谱转动光谱0.05eV0.0001E1.0eV0.05E转振（一）谐振子（一）谐振子 与位能曲线与位能曲线 转振EEEu红外光谱主要由分子

6、的振动能级跃迁产生红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生u分子的振动能级差远大于转动能级差分子的振动能级差远大于转动能级差u分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁w双原子分子A-B近似看作谐振子w两原子间的伸缩振动近似看作简谐振动 2)(21errKU简谐振动位能）化学键力常数（原子间平衡距离原子间实际距离cmNKrre/00UrrrrUrreee或当当TUEV分子振动总能量动能位能TUTEUrrVe，当0UETrrVe，）最大当（0hVEV）（分子振动总能量213210，分子振动量子数分子振动频率VVhVE振分子振动能级差LLhE光子照射能量L

7、EE振产生红外光谱前提VL即分子的振动频率红外光的照射频率L分子振动能级跃迁的必要条件之一是：分子振动能级跃迁的必要条件之一是：L L = = VV 当当V V=1 ( =1 ( V V0 0V V1 1 ) ) 时，则：时，则： L L = = ( ( ( ( ( (二二二二二二) ) ) ) ) )振动能与振动频率振动能与振动频率振动能与振动频率振动能与振动频率振动能与振动频率振动能与振动频率分子振动方程式分子振动方程式: :K:化学键力常数化学键力常数 ( N/cm ) 单健单健: K 5 N/cm ；双健双健: K 10 N/cm;叁健叁健:K15N/cm 振动频率为振动频率为振动频率

8、为振动频率为振动频率为振动频率为cvv1 ukCv21试计算下列各基团的基本振动频率试计算下列各基团的基本振动频率试计算下列各基团的基本振动频率11112910119016502060/5/5/10/15cmvcmvcmvcmvcmNKcmNKcmNKcmNKvHCCCCCCC（光谱区左端），一定，同类原子：vKu，（光谱区右端），影响大，（光谱区左端），影响大，不同类原子：LLvuuvKK二、振动形式二、振动形式二、振动形式二、振动形式二、振动形式二、振动形式两类基本振动形式两类基本振动形式伸缩振动伸缩振动 亚甲基：亚甲基：弯曲振动弯曲振动 亚甲基：亚甲基：甲基的振动形式甲基的振动形式甲基的

9、振动形式甲基的振动形式甲基的振动形式甲基的振动形式伸缩振动伸缩振动 甲基：甲基：变形振动变形振动 甲基甲基对称对称s s(CH(CH3 3)1380)1380-1-1 不不对称对称asas(CH(CH3 3)1460)1460-1-1对称对称 不对称不对称s s(CH(CH3 3) ) asas(CH(CH3 3) )2870 2870 -1 -1 2960 2960-1-1三、振动自由度三、振动自由度三、振动自由度三、振动自由度三、振动自由度三、振动自由度 N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度N3振动自由度转动自由度平动自由度分子自由度指分子基本的振动数目，或独立的振动数目63 NF

10、非线性分子：53 NF线性分子：注：l振动自由度反映吸收峰数量 l并非每个振动都产生基频峰l吸收峰数常少于振动自由度数振动自由度=分子自由度（3N）（平动自由度+转动自由度）水分子水分子非线性分子非线性分子 f = 3N6 = 336 = 3 CO2分子 线性分子4533F四、基频峰与泛频峰四、基频峰与泛频峰四、基频峰与泛频峰四、基频峰与泛频峰四、基频峰与泛频峰四、基频峰与泛频峰（一）基频峰：（一）基频峰：分子吸收某一频率的红外线后，振分子吸收某一频率的红外线后，振动能级由基态动能级由基态 ( V = 0 ) 跃迁到第一激发态跃迁到第一激发态 ( V = 1 ) 时产生的吸收峰时产生的吸收峰

11、。LV1基频峰的峰位等于分子的振动频率基频峰的峰位等于分子的振动频率基频峰强度大基频峰强度大红外主要吸收峰红外主要吸收峰（二）泛（二）泛频峰：频峰：当分子吸收某一频率的红外线后，振动能级由基态当分子吸收某一频率的红外线后，振动能级由基态 ( V = 0 ) 跃迁到第二激发态跃迁到第二激发态 ( V = 2 ) 或第三激发或第三激发态态 ( V = 3 ) 所产生的吸收峰称为所产生的吸收峰称为泛泛频峰（频峰（倍频峰）。）。（即V=1V=2，3- - -产生的峰）泛 倍频峰 二倍频峰（V=0V=2）频 三倍频峰（V=0V=3）峰 合频峰 差频峰（即V=1V=2，3- - -产生的峰）注：泛频峰强度

12、较弱，难辨认注：泛频峰强度较弱，难辨认却增加了光谱特征性却增加了光谱特征性基频峰的分布规律性：基频峰的分布规律性：基频峰的分布规律性：基频峰的分布规律性：基频峰的分布规律性：基频峰的分布规律性：基频峰的分布规律性：基频峰的分布规律性：基频峰的分布规律性：基频峰的分布规律性：基频峰的分布规律性：基频峰的分布规律性：折合质量越小，伸缩频率越高。所有含H官能团的伸缩振动能级跃迁产生的基频峰，一般出现在红外光谱的高波数区（左端），如C-H，O-H，N-H 折合质量相同时，K越大，频率越高。折合质量相同的基团，一般。如C-HC-HC-H五、特征峰与相关峰五、特征峰与相关峰五、特征峰与相关峰五、特征峰与相

13、关峰五、特征峰与相关峰五、特征峰与相关峰 （一）特征峰：（一）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰，称为特征峰（二）相关峰：（二）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系的特征峰。注：注：l相关峰的数目与基团的活性振动及光谱的波数范围有关l用一组相关峰才可以确定确定一个官能团的存在12247cmNC130902cmasCH116392cmsCH19902cmCH1909cmCH六、吸收峰的位置六、吸收峰的位置六、吸收峰的位置 峰位峰位：化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。例水分子例水分子（非对称分

14、子）（非对称分子）七、红外光谱产生的条件和吸收峰强度七、红外光谱产生的条件和吸收峰强度七、红外光谱产生的条件和吸收峰强度吸收峰数少于振动自由度的原因：吸收峰数少于振动自由度的原因：简并简并即振动频率相同的峰重叠即振动频率相同的峰重叠 红外非活性振动红外非活性振动例例CO2分子分子（有一种振动无红外（有一种振动无红外活性）活性）（一）红外吸收光谱产生的条件（一）红外吸收光谱产生的条件（一）红外吸收光谱产生的条件（一）红外吸收光谱产生的条件（一）红外吸收光谱产生的条件（一）红外吸收光谱产生的条件满足两个条件：满足两个条件：红外辐射的能量必须与分子的振动能级差相等红外辐射的能量必须与分子的振动能级差

15、相等0 0 分子振动过程中偶极矩必须发生变化分子振动过程中偶极矩必须发生变化 对称分子对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子非对称分子：有偶极矩，红外活性。 红外活性振动：红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化， 从而产生红 外吸收的性质红外非活性振动：红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化， 不产生 红外吸收的性质（二）吸收峰的强度（二）吸收峰的强度（二）吸收峰的强度吸收峰强的表示方法吸收峰强的表示方法吸收峰强的表示方法吸收峰强的表示方法吸收峰强的表示方法吸收峰强的表示方法影响峰强度的因素：影响峰强度的因素：影响峰强度的因素：影响峰

16、强度的因素：影响峰强度的因素：影响峰强度的因素：l振动过程中偶极矩的变化振动过程中偶极矩的变化l跃迁几率跃迁几率注：注： ，跃迁几率，跃迁几率， 原子的电负性原子的电负性：键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强振动形式振动形式 ：v ； Vas Vs分子的对称性：分子的对称性：l完全对称的结构，=0，产生红外非活性振动l不对称的结构，0，产生红外活性振动 瞬间偶极矩的大小主要取决于：瞬间偶极矩的大小主要取决于：瞬间偶极矩的大小主要取决于：瞬间偶极矩的大小主要取决于：瞬间偶极矩的大小主要取决于：瞬间偶极矩的大小主要取决于：能级的跃迁几率能级的跃迁几率能级的跃迁几率能级的跃迁几率能级的跃

17、迁几率能级的跃迁几率: : :w激发态通过与周围基态分子的碰撞等原因损失能量而回到基态，达到动态平衡时，激发态分激发态分子占总分子的百分数称为跃迁几率子占总分子的百分数称为跃迁几率。w跃迁几率越大，吸收峰的强度越大跃迁几率越大，吸收峰的强度越大。如分子吸收红外线的一定能量后，能级从基态跃迁至第一激发态，再继续被激发至第二激发态，其振幅加大，偶极矩变大，峰强本该增大，但是由于这种跃迁几率很低，结果峰强反而很弱。w样品浓度加大，峰强也随之加大，也是跃迁几率增加的结果。第三节第三节影响谱带位置的因素影响谱带位置的因素一内部因素一内部因素（一）电子效应（一）电子效应1诱导效应诱导效应：吸电子基团使吸收

18、峰向高频方向移动化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。R-COR C=0 1715cm-1 ; R-COH C=0 1730cm -1 ；R-COCl C=0 1800cm-1 ; R-COF C=0 1920cm-1 ; 2 2 2共轭效应共轭效应共轭效应共轭效应共轭效应共轭效应COH3CCH3COCH3COCH3CO1715168516851660cm -1cm -1cm -1cm -1R-CONH2 C=0 1690cm-1 由于由于或或P共轭引起共轭引起电子的电子的“离域离域”，使电，使电子云的分布在整个共轭链上趋

19、于平均化，结果双键子云的分布在整个共轭链上趋于平均化，结果双键的电子云密度降低，键的力常数减小，振动频率向的电子云密度降低，键的力常数减小，振动频率向低频方向移动；低频方向移动； （二）空间效应（二）空间效应（二）空间效应（二）空间效应（二）空间效应（二）空间效应C H3060-3030 cm-12900-2800 cm-1C HC HC HC H1576cm-11611cm-11644cm- 11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-122221、环张力效应（键角效应）、环张力效应（键角效应） 2 2 2、空间位阻、空间位阻、空间位阻CCH3 OCCH3 OCH3CCH

20、3 OCH3CH3CH3C=O 1663cm1 C=O 1686cm1 C=O 1693cm1空间效应空间效应破坏了破坏了共轭共轭( ( (三三三) ) )偶极场效应偶极场效应偶极场效应 OCHHHHClClCC-OCHHHHClClCC-OCClHHHClClCC-C=O 1728cm1 C=O 1742cm1 C=O 1755cm1 ( ( ( ( ( (四四四四四四) ) ) ) ) )氢键效应氢键效应氢键效应氢键效应氢键效应氢键效应分子内氢键：对峰位的影响大，不受浓度影响分子内氢键：对峰位的影响大，不受浓度影响分子间氢键：受浓度影响较大，分子间氢键：受浓度影响较大， 浓度稀释，吸收峰浓

21、度稀释，吸收峰 位向高位向高 频移动。频移动。 O OO H O OOH OH (缔合) 2843cm1 OH (游离) 3615 3605cm1 CO (缔合) 1622cm1 CO (游离) 1676cm1 CO (游离) 1675cm1 CO (游离) 1673cm1（五）互变异构（五）互变异构（五）互变异构（五）互变异构（五）互变异构（五）互变异构乙酰乙酸乙酯:酮型: CO 1738cm1 ;1717cm1 两个峰烯醇型：CO 1650 cm1 一个峰（六）振动耦合效应（六）振动耦合效应 当两个相同的基团在分子中靠的很近时，其相应的特征吸收峰发生分裂，形成两个峰，这种现象叫振动耦合振动

22、耦合 费米共振费米共振：它是当倍频峰位于某强的基频吸收峰附近时，弱的倍频峰发吸收强度常常被大大强化，这种倍频与基频峰之间的振动耦合称为费米共振。振动耦合振动耦合费米共振费米共振二二二二二二. . . . . .外部因素外部因素外部因素外部因素外部因素外部因素 （1）物态效应 ：气态提供的是游离分子的情况，固态和液态提供的是分子间缔合及氢键产生下的峰形。（2）溶剂效应 ( 单体 ) RCOOH C=O 1760cm1COOHOHOC( 二聚体 ) C=O 1710cm1 醚溶液中： C=O 1735cm1 COOHORR 醇溶液中： C=O 1720cm1 COOH HOR在测定溶液的光谱时，应

23、尽可能在在测定溶液的光谱时，应尽可能在非极性稀溶液非极性稀溶液中进行。中进行。 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 红外红外红外红外红外红外吸收吸收吸收吸收吸收吸收光谱法光谱法光谱法光谱法光谱法光谱法一、一、脂脂肪烃类肪烃类二、芳香烃类二、芳香烃类三、醇、酚、醚类三、醇、酚、醚类四、羰基化合物四、羰基化合物五、含氮有机化合物五、含氮有机化合物第四节第四节第四节第四节第四节第四节 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱 仪仪仪仪仪仪 第五节第五节第五节第五节第五节第五节红外光谱与分子结构的红外光谱与分子结构的红外光谱与分子结构的红外光谱与分子结构的红外光谱与分子结构的红外

24、光谱与分子结构的关系关系关系关系关系关系 第四节第四节第四节第四节第四节第四节 红外光谱仪红外光谱仪红外光谱仪红外光谱仪红外光谱仪红外光谱仪w光栅型红外分光光谱仪 w傅里叶变换红外光谱仪 w红外光谱仪的性能 红外光谱仪由辐射源、吸收池、单色器、检测器及记录仪等五个基本部分所组成红外分光光度计与紫外可见分光光度计的比较红外分光光度计与紫外可见分光光度计的比较红外分光光度计与紫外可见分光光度计的比较w红外分光光度计是先用复光照射样品，而后再分光检测；w紫外可见分光光度计多数是先分光，用单色光照射样品，然后检测w两者无实质性差别。 红外分光光度计红外分光光度计红外分光光度计仪器类型仪器类型仪器类型第

25、一代棱镜红外分光光度计（岩盐棱镜）第二代光栅红外分光光度计（光栅）第三代傅里叶变换红外光谱仪 (FT-IR； Michelson 干涉仪 ）一、一、一、一、一、一、 光栅型红外光谱仪主要部件光栅型红外光谱仪主要部件光栅型红外光谱仪主要部件光栅型红外光谱仪主要部件光栅型红外光谱仪主要部件光栅型红外光谱仪主要部件1. 辐射源（光源）辐射源（光源） 硅碳棒：硅碳棒：两端粗，中间细；直径5 mm，长20-50mm；不需预热；两端需用水冷却；工作温度为1200 1500 能斯特灯：能斯特灯：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成的中空或实心圆棒，直径1-3 mm，长20-50mm；室温下，非导体，正常工作温度为

26、1800左右，使用前预热到800 C； 特点：发光强度大；寿命0.5-1年；2. 色散元件（单色器）色散元件（单色器） 衍射光栅3. 检测器检测器 真空热电偶:不同导体构成回路时的温差电现象涂黑金箔接受红外辐射； Golay池 (气胀式检测器) ：灵敏度较高 4. 吸收池 分为液体吸收池和气体吸收池，均具有岩盐窗片 。 光栅型红外分光光度计的工作原理光栅型红外分光光度计的工作原理光栅型红外分光光度计的工作原理 光源光被分成两束，分别作为参比和样品光束通过样品池。各光束交替通过扇形旋转镜M7，利用参比光路的衰减器对经参比光路和样品光路的光的吸收强度进行对照。因此通过参比和样品后溶剂的影响被消除，

27、得到的谱图只是样品本身的吸收。光栅型红外分光光度计的特点：光栅型红外分光光度计的特点：光栅型红外分光光度计的特点： w多为双光束仪器。使用单光束仪器时，大气中的多为双光束仪器。使用单光束仪器时，大气中的H2O、CO2 在重要的红外区域内有较强的吸收，因此需要一参比光路来补偿，在重要的红外区域内有较强的吸收，因此需要一参比光路来补偿，使这两种物质的吸收补偿到零。也可以消除光源不稳定的影响使这两种物质的吸收补偿到零。也可以消除光源不稳定的影响w单色器在样品室之后。红外光谱仪的光源能量低，即使靠近样品单色器在样品室之后。红外光谱仪的光源能量低，即使靠近样品也不足以使其产生光分解。而单色器在样品室之后

28、可以消除大部也不足以使其产生光分解。而单色器在样品室之后可以消除大部分散射光而不至于到达检测器分散射光而不至于到达检测器w切光器转动频率低，响应速率慢，以消除检测器周围物体的红外切光器转动频率低，响应速率慢，以消除检测器周围物体的红外辐射。辐射。二、傅里叶变换红外光谱仪二、傅里叶变换红外光谱仪二、傅里叶变换红外光谱仪二、傅里叶变换红外光谱仪二、傅里叶变换红外光谱仪二、傅里叶变换红外光谱仪 构成：构成：光源发出的红外辐射，光源发出的红外辐射，由迈克逊干涉仪产生干涉图，通过样由迈克逊干涉仪产生干涉图，通过样品后，得到带有样品信息的干涉图到品后，得到带有样品信息的干涉图到达检测器，经放大器将信号放大

29、，这达检测器，经放大器将信号放大，这种干涉信号难以进行光谱解析，将它种干涉信号难以进行光谱解析，将它输入到专用计算机的磁芯储存体系中，输入到专用计算机的磁芯储存体系中，由计算机进行傅里叶变换的快速计算，由计算机进行傅里叶变换的快速计算，将干涉图进行演算后，再经数字将干涉图进行演算后，再经数字-模拟模拟转换转换 (D/A) 及波数分析器扫描记录，及波数分析器扫描记录，得到通常的红外光谱图。得到通常的红外光谱图。傅里叶变换红外光谱仪傅里叶变换红外光谱仪傅里叶变换红外光谱仪主要部件主要部件主要部件主要部件主要部件主要部件1.辐射源（光源）：辐射源（光源）：硅碳棒硅碳棒 和能斯特灯能斯特灯2.单色器：

30、单色器： Michelson 干涉仪 3.检测器：检测器：采用热释电(TGS)和碲镉汞(MCT)检测器； TGS：硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应与温度有关，温度高表面电荷减少(热释电)；傅里叶变换光谱仪的优点：傅里叶变换光谱仪的优点：傅里叶变换光谱仪的优点： u扫描速度快 u分辨率高：可达0.1 0.005cm1 u灵敏度高 ：可分析10-9 10-12g 超微量样品 u精密度高 ：可准确测量到0.01cm 1 u测定光谱范围宽：测定光谱范围可达10104cm 1 第五节第五节 红外光谱与分子结构的关系红外光谱与分子结构的关系一、特征区和指纹区一、特征区和指纹区一、特征区和指纹区1特征区

31、（特征频谱区）：40001250cm-1区间称为特征区。包含：H的各种单键、双键和三键的伸缩振动及面 内弯曲振动特点：吸收峰稀疏、较强，易辨认作用：查找特征峰存在与否，确定是否存在某种官 能团，来确定化合物的类别。2 2 2指纹区：指纹区：指纹区：指纹区：指纹区：指纹区： 1250400cm1250400cm1250400cm-1-1-1的低频区称为指纹区。此区间的的低频区称为指纹区。此区间的的低频区称为指纹区。此区间的的低频区称为指纹区。此区间的的低频区称为指纹区。此区间的的低频区称为指纹区。此区间的红外线能量较低，所出现的谱带起源于各种单键的伸缩振动，红外线能量较低，所出现的谱带起源于各种

32、单键的伸缩振动，红外线能量较低，所出现的谱带起源于各种单键的伸缩振动，红外线能量较低，所出现的谱带起源于各种单键的伸缩振动，红外线能量较低，所出现的谱带起源于各种单键的伸缩振动，红外线能量较低，所出现的谱带起源于各种单键的伸缩振动，以及多数基团的弯曲振动。因为弯曲振动的能级差小，因此在以及多数基团的弯曲振动。因为弯曲振动的能级差小，因此在以及多数基团的弯曲振动。因为弯曲振动的能级差小，因此在以及多数基团的弯曲振动。因为弯曲振动的能级差小，因此在以及多数基团的弯曲振动。因为弯曲振动的能级差小，因此在以及多数基团的弯曲振动。因为弯曲振动的能级差小，因此在此区间谱带一般较密集，犹如人的指纹，故称为指

33、纹区此区间谱带一般较密集，犹如人的指纹，故称为指纹区此区间谱带一般较密集，犹如人的指纹，故称为指纹区此区间谱带一般较密集，犹如人的指纹，故称为指纹区此区间谱带一般较密集，犹如人的指纹，故称为指纹区此区间谱带一般较密集，犹如人的指纹，故称为指纹区。 包含：包含：包含：包含：包含：包含：CXCXCX（X X X：OO O，HH H，N N N）单键的伸缩振动及）单键的伸缩振动及）单键的伸缩振动及）单键的伸缩振动及）单键的伸缩振动及）单键的伸缩振动及 各种面内弯曲振动各种面内弯曲振动各种面内弯曲振动各种面内弯曲振动各种面内弯曲振动各种面内弯曲振动特点：吸收峰密集、难辨认特点：吸收峰密集、难辨认特点：

34、吸收峰密集、难辨认特点：吸收峰密集、难辨认特点：吸收峰密集、难辨认特点：吸收峰密集、难辨认指纹指纹指纹指纹指纹指纹作用：查找相关吸收峰，进一步确定官能团的作用：查找相关吸收峰，进一步确定官能团的作用：查找相关吸收峰，进一步确定官能团的作用：查找相关吸收峰，进一步确定官能团的作用：查找相关吸收峰，进一步确定官能团的作用：查找相关吸收峰，进一步确定官能团的 存，并用来与标准图谱或已知化合物图谱存，并用来与标准图谱或已知化合物图谱存，并用来与标准图谱或已知化合物图谱存，并用来与标准图谱或已知化合物图谱存，并用来与标准图谱或已知化合物图谱存，并用来与标准图谱或已知化合物图谱 进行比较解析。进行比较解析

35、。进行比较解析。进行比较解析。进行比较解析。进行比较解析。w二、红外光谱的九个重要区段三、典型光谱（一）脂肪烃类（一）脂肪烃类（一）脂肪烃类（一）脂肪烃类（一）脂肪烃类（一）脂肪烃类1.烷烃烷烃（CH3，CH2，CH）(CC,CH )-（CH2）n-nasas14601460 cm-1 s s13801380 cm-1CH3 CH2 s s14651465 cm-1CH2 722 cm722 cm-1-1（水平摇摆）重重叠叠 CH2 对称伸缩2853cm-110CH3 对称伸缩2872cm-110 CH2不对称伸缩2926cm-110 CH3不对称伸缩2962cm-110 3000cm-1 H

36、C1385-1380cm-11372-1368cm-1CH3CH3CH3 s s C CC C骨架振动骨架振动 1:11:111551155cmcm-1-111701170cmcm-1-1CCH3CH31391-1381cm-11368-1366cm-14:5 4:5 1195 1195 cmcm-1-1 CCH3CH3CH31405-1385cm-11372-1365cm-11:21:21250 1250 cmcm-1-1a)由于支链的引入，使由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。的对称变形振动发生变化。b)b)C CC C骨架振动骨架振动明显明显c) CH2面外变形振动面外变形振

37、动(CH2)n n，证明长碳链的存在。证明长碳链的存在。n=1 770785 cmcm-1-1 （中 ） n=2 740 750 cmcm-1-1 （中 ） n=3 730 740 cmcm-1-1 （中 ） n 722 cmcm-1-1 （中强 ） d) CH2和和CH3的相对含量也可以由的相对含量也可以由1460 cmcm-1-1和和1380 1380 cmcm-1-1的峰的峰 强度估算强度估算强度强度cmcm-1-115001400 1300正二十八正二十八烷烷cmcm-1-1150014001300正十二正十二烷烷cmcm-1-11500 1400 1300正庚烷正庚烷2. 2. 烯烃

38、，炔烃烯烃，炔烃HCC HC CCC伸缩伸缩振动振动C H弯曲弯曲振动振动a)C-H 伸缩振动伸缩振动( 3000 cmcm-1-1) ) HCC HHCHC CH2H3080 cmcm-1-1 3030 cmcm-1-1 3080 cmcm-1-1 3030 cmcm-1-1 3300 cmcm-1-1 （C-HC-H）3080-3030 cmcm-1-1 2900-2800 cmcm-1 -1 3000 cmcm-1 -1 b)C=C 伸缩振动伸缩振动(1680-1630 cmcm-1-1 ) )1660cmcm-1-1 分界线分界线C CR1HHR2C CR1R2R3HC CR1R2R3

39、R4（C=CC=C）反式烯反式烯三取代烯三取代烯四取代烯四取代烯1680-1665 cmcm-1-1 弱，尖弱，尖C CR1HHR2C CR1HHHC CR1R2HH顺式烯顺式烯乙烯基烯乙烯基烯亚乙烯基烯亚乙烯基烯1660-1630cmcm-1-1 中强，尖中强，尖 分界线1660cmcm-1-1 顺强，反弱 四取代（不与O，N等相连）无（C=CC=C）峰 端烯的强度强 共轭使（C=CC=C）下降20-30 cmcm-1-1 CCRHCCR2R1C CC C 2140-2100cmcm-1-1 （弱）（弱） 2260-2190 cmcm-1-1 （弱）（弱）总结总结c)C-H 变形振动变形振动

40、(1000-700 cmcm-1-1 ) )面内弯曲 （=C-H）1400-1420 cmcm-1-1 （弱）弱）面外弯曲 （=C-H） 1000-700 cmcm-1-1 （有价值）有价值）C CCCR1HHR2C CR1R2R3HC CR1R2R3R4RH （=C-H）970 cmcm-1-1（强）强） 790-840 cmcm-1-1 （820 cmcm-1-1） 610-700 cmcm-1-1（强）强） 2：1375-1225 cmcm-1-1（弱）弱） C CR1HHR2C CR1HHHC CR1R2HHCCR2R1 （=C-H）800-650 cmcm-1-1（ 690 690

41、cm-cm-1 1）990 cmcm-1-1910910 cmcm-1-1 （强）强） 2：1850-1780 cmcm-1-1 890 cmcm-1-1（强）强） 2：1800-1780 cmcm-1-1 对比对比对比对比对比对比烯烃顺反异构体烯烃顺反异构体示例示例示例29252asCH28502sCH28703sCH14603asCH29603asCH13903sCH14652CH7232CH3000CH1650CC1010CH9122CH3300CH2200CC1238CH（二）芳香烃类（二）芳香烃类（二）芳香烃类（二）芳香烃类（二）芳香烃类（二）芳香烃类1芳氢伸缩振动2芳环骨架伸缩振动

42、确定苯环存在中）（弱130003100cmH双峰（强）和（芳环）115001600cmCC（三峰）和，（芳环共轭）1150015801600cmCC（四峰）和，（芳环共轭）11450150015801600cmCC3 3 3芳氢弯曲振动芳氢弯曲振动芳氢弯曲振动判断苯的取代形式判断苯的取代形式判断苯的取代形式16501000cmHl单取代l双取代邻取代对取代间取代l多取代1. 单取代 (含5个相邻H)（较强）（强）（双峰）11700750cmcmH12000cm11667cm泛频峰11667cm12000cm2. 双取代 邻取代（4个相邻H） 间取代（3个相邻H，1个孤立H） 对取代（2个相邻H

43、） 与单取代峰位重叠（强，单峰）1750cmH（中强）（较强）（强）（三峰）111860900680725750810cmcmcmH（强，单峰）1800860cmH3. 多取代3000H双峰1500,1600CC（单峰）（邻）1743cmH太弱（间）900692,767H（单峰）792H（三）醇、酚、醚（三）醇、酚、醚（三）醇、酚、醚（三）醇、酚、醚（三）醇、酚、醚（三）醇、酚、醚1O-H伸缩振动：2C-O伸缩振动： 一）醇、酚一）醇、酚 （强）132003650cmHO变，锐峰）（较强（游离）136003650cmHO中强，宽、钝峰）（强（缔合）132003500cmHO（强）1100012

44、60cmOC11050cmOC（伯醇）11100cmOC（仲醇）11150cmOC（叔醇）111701260cmOC（酚）OH基团特性基团特性 双分子缔合（二聚体）3550-3450 cmcm-1-1多分子缔合（多聚体）3400-3200 cmcm-1-1分子内氢键：分子内氢键：分子间氢键：分子间氢键：多元醇（如1，2-二醇 ） 3600-3500 cmcm-1-1螯合键（和C=O，NO2等）3200-3500 cmcm-1-1多分子缔合（多聚体）3400-3200 cmcm-1-1 分子间氢键随浓度而变，分子间氢键随浓度而变，而分子内氢键不随浓度而变。而分子内氢键不随浓度而变。水（溶液）水（

45、溶液）3710 cmcm-1-1水（固体）水（固体）33003300cm-1cm-1结晶水结晶水 3600-3450 3600-3450 cmcm-1-13515cm-10 00101M M01M025M10M3640cm-13350cm-1 乙醇在四氯化碳中不同浓度的乙醇在四氯化碳中不同浓度的IR图图2950cm-12895 cm-1二）醚二）醚1链醚和环醚 2芳醚和烯醚110001300cmOC（强）（链）110601150cmasCOC消失弱（链）sOC112001275cmasOC)(12501)(强cmasOC)(10401)(中cmsOC示例示例示例3200HO1050OC1100

46、OC（四）羰基化合物（四）羰基化合物（四）羰基化合物（四）羰基化合物（四）羰基化合物（四）羰基化合物 1酮 （强）116001900cmOC（一）酮、醛、酰氯（一）酮、醛、酰氯（极强）（酮）11715cmOC共轭效应使吸收峰低波数区环酮：环张力，吸收峰高波数区C ORRC OArRC OCRC OArArRR O O H 1715cm-1 1685cm-1 1680cm-1 1665cm-1 1640cm-12醛 3酰氯 共轭效应使吸收峰低波数区双峰原因费米共振诱导效应使吸收峰高波数区 （强，尖锐）（醛）11725cmOC（双峰）和1)(27202820cmOCH分裂成双峰接近二倍频峰与1)(

47、)(2850cmOCHOCH11800cmOC（酰氯）1715（酮）OC1725（醛）OC1800（酰氯）OC900OCC2720,2820（醛）OC）（羧酸盐）svasCOO155016104羧酸其盐5酯6酸酐（强）（酯）11735cmOC111001280cmOC（酯）（强）111001280cmasOC（弱）110001150cmsOC（较强）（强）双峰（酸酐）111740178018001850cmcmsOCasOCOC（强）（酸酐）19001300cmOC（强、钝峰）（羧酸）116801740cmOC（强、宽峰）（羧酸）125003400cmOH（中强）（羧酸）112001320cm

48、OC）（羧酸盐）svsCOO136014401718（羧酸）OC1744（酯）OC（双）（酸酐）1757,1824OC1248OC为中心（强宽）以3000OH1190OC（强）1042OC 7.酰胺酰胺特征区分 （强）（酰胺）116301680cmOC（强）（酰胺）131003500cmNH峰叔酰胺：无尖锐单峰仲酰胺：伯酰胺：双峰NH115501640cmNH（酰胺）示例示例示例31803350sNHasNH，伯酰胺（双峰）15501640NH16301680OC双CC不同酰胺吸收峰数据不同酰胺吸收峰数据（五）含氮化合物（五）含氮化合物（五）含氮化合物（五）含氮化合物（五）含氮化合物（五）含氮

49、化合物一）胺及胺盐一）胺及胺盐特征区分 峰强峰弱；芳香胺脂肪胺（强度不定）（胺）133003500cmNH峰叔胺：无单峰仲胺：伯胺：双峰NH（中，单峰）115601650cmNH（中强）仲胺：（弱）伯胺：1115501650159016502cmcmNHNH（中）（胺）111001300cmNC（双）HN（单）HN（强单）HN3000H（仲）中强NC（伯）弱NC（双）1500,1600CC 二）硝基 三）腈（强）（强）11130013901500160022cmcmsNOasNO（强）122402260cmNC硝基化合物的硝基化合物的红外光谱图红外光谱图AS AS （N=ON=O）=1565-

50、1545cm=1565-1545cm-1-1S S （N=ON=O）=1385-1350cm=1385-1350cm-1-1脂肪族脂肪族芳香族芳香族S S （N=ON=O）=1365-1290cm=1365-1290cm-1-1AS AS （N=ON=O）=1550-1500cm=1550-1500cm-1-1氰基化合物氰基化合物的红外光谱的红外光谱图图CNCN=2275-2220cm=2275-2220cm-1-1第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 红外吸收光谱红外吸收光谱红外吸收光谱红外吸收光谱红外吸收光谱红外吸收光谱 法法法法法法一、试样的制备一、试样的制备二、不饱和度二、

51、不饱和度三、红外光谱解析方法三、红外光谱解析方法四、光谱解析示例四、光谱解析示例第六节第六节第六节第六节第六节第六节 红外吸收光谱的分析红外吸收光谱的分析红外吸收光谱的分析红外吸收光谱的分析红外吸收光谱的分析红外吸收光谱的分析infrared absorption spec-troscopy，IR一、试样的制备一、试样的制备一、试样的制备1. 1. 固体试样固体试样薄膜法薄膜法糊膏法（液体石腊法）糊膏法（液体石腊法）压片法（压片法（KBr）2.液体试样液体试样液体池法液体池法夹片法及涂片法夹片法及涂片法3. 气体试样气体试样气体池气体池样品的来源及性质样品的来源及性质样品的来源及性质样品的来源

52、及性质样品的来源及性质样品的来源及性质 来源、纯度、灰分来源、纯度、灰分 ：样品的纯度高于：样品的纯度高于98% 物理化学常数：沸点、熔点、折光率、旋光度等物理化学常数：沸点、熔点、折光率、旋光度等 分子式分子式 利用分子式计算不饱和度利用分子式计算不饱和度 (U)，估计分子，估计分子中是否有双键、脂环、叁键、苯环等中是否有双键、脂环、叁键、苯环等不饱和度的计算不饱和度的计算 n1 、n3、n4、分别为一价、三价、四价元素的数目、分别为一价、三价、四价元素的数目 222134nnnU不饱和度的计算不饱和度的计算不饱和度的计算不饱和度的计算不饱和度的计算不饱和度的计算例：苯甲酰胺 (C 7 H

53、7 NO)C ONH25271722U 由结构可知，苯环有三个双键和一个环，所以不饱和度为 4，一个羰基的不饱和度为1。例例例 樟脑樟脑樟脑 ( C ( C ( C 101010 H H H 161616 O ) O ) O )32161022U O例 (C 8 H 7ClO3) 528822U不饱和度意义：不饱和度意义：不饱和度意义：不饱和度意义：不饱和度意义：不饱和度意义：一个双键分子中可能含苯环分子中可能含苯环或一个叁键环，或一个双键分子中可能含两个双键或一个环分子中可能含一个双键构分子中无双键或环状结54210UUUUU特征区（官能团区）与指纹区的应用特征区（官能团区）与指纹区的应用特

54、征区（官能团区）与指纹区的应用特征区（官能团区）与指纹区的应用特征区（官能团区）与指纹区的应用特征区（官能团区）与指纹区的应用1.1.特征区（官能团区）特征区（官能团区）(4000-1250cm(4000-1250cm1 )1 )l化合物具有哪些官能团？查找特征吸收以确定化合物含有哪些基团。l根据第一强峰的峰位初步估计化合物的类别，确定化合物是芳香族、脂肪族饱和和或不饱和化合物。2.2.指纹区指纹区 ( 1250-400cm( 1250-400cm1 ) 1 ) l指纹区的许多吸收峰为特征区吸收峰的相关峰，可作为化合物存在哪些基团的旁证。l确定化合物较细微的结构。如芳环上的取代位置，判断几何异

55、构体等。红外光谱解析程序红外光谱解析程序 : :“四先、四后、相关法四先、四后、相关法”:先特征、后指纹；先强峰，后次强峰；先粗查，后细找；先否定，后肯定;寻找有关一组相关峰佐证l先识别特征区的第一强峰的起源（由何种振动引起），探讨可能的归属（属于什么样的基团）l第一强峰的归属确认后，据此再解析第二强峰，第三强峰。方法同上。有必要时，再解析指纹区第一、第二强峰。l遵循“先否定，后肯定”及防止孤立解析的原则 光谱解析实例光谱解析实例光谱解析实例光谱解析实例光谱解析实例光谱解析实例 一未知物的分子式为 C8H8O ，测得其沸点为202，红外光谱如图，试推断其结构。解解: 根据分子式计算不饱和度根据

56、分子式计算不饱和度 计算表明结构中可能含有苯环，为芳香族化合物。计算表明结构中可能含有苯环，为芳香族化合物。在特征区的强峰分别为在特征区的强峰分别为1685cm1 、1363cm1、1600cm1 等。等。分析各峰的归属为分析各峰的归属为: 3040、3080cm1 CH (H) 1687cm1 CO (波数较低，可能与苯环共轭波数较低，可能与苯环共轭) 1363cm1 CH (CH3) 1600, 1580, 1450cm1 CC (苯环骨架振动苯环骨架振动)528822U 760, 692cm1 CH (上五个相邻上五个相邻H，示单取代，示单取代) 1685cm1 表明为羰基，在分子式中仅

57、一个氧原子，已构表明为羰基，在分子式中仅一个氧原子，已构成羰基基团，因此不可能是醚，也不可能是酸或酯。成羰基基团，因此不可能是醚，也不可能是酸或酯。1600、1580、1450cm1 为芳环的骨架振动，并且分裂成三个峰，为芳环的骨架振动，并且分裂成三个峰，表明羰基与苯环共轭，因此可能为芳香酮。在表明羰基与苯环共轭，因此可能为芳香酮。在1363、 1430cm1 处的吸收峰及处的吸收峰及3000cm1 以内有吸收，表示有以内有吸收，表示有甲基的存在。根据上述解析，推断可能的结构为甲基的存在。根据上述解析，推断可能的结构为:C OCH3示例示例示例3000H（双）702,756H14931584,

58、1600和（芳）CC2860291829382和，CH14522CH解:OHOCNHNC无苯环，但具有只有化合物；和，其中三个还分别具有含有苯环，此题五个化合物有四个2（单取代形式）为芳环（双峰）和为芳环三处吸收和，为芳环有吸收和，一系列特征吸收图上可见芳香化合物的HCCHcmcmcm111702756149315841600302030403060没有芳环特征吸收且结构吸收，无2320036001OHcm2否定结构吸收且无芳环对位取代特征吸收无吸收无吸收无311113752220224032003500CHNCNHcmcmcm31 和否定结构吸收无OCcm1163016804否定结构1111

59、1145228602918293870275614931584160030203040306022cmcmcmcmcmCHCHHCCH和，（双峰）和（单取代）和，（芳环）和，：综上所述，峰归属如下5该化合物为结构3270NH1638OC1533NH3300CH2100CC1268CH3030H144514951597，（芳环）CC（双峰）， 694763H1323NC可能含有苯环7271922UOCcm为强吸收11638NCNHNHcmcmcm111132315333270吸收有吸收CHCCCHcmcmcm111126821003300含（强）含（强）（单取代）为（双峰）和（芳环）为（三峰）和

60、，为HCCHcmcmcm1116947631445149515973030峰归属如下：峰归属如下：11111323153316383270cmcmcmcmNCNHOCNH111126821003300cmcmcmCHCCCH（双峰），和，（芳环骨架）1116947631445149515973030cmcmcmHCCHNHC0含酰胺结构CHC 含含单取代苯结构式应为wC10H12OC10H12O二、振动形式二、振动形式二、振动形式二、振动形式二、振动形式二、振动形式两类基本振动形式两类基本振动形式伸缩振动伸缩振动 亚甲基：亚甲基：弯曲振动弯曲振动 亚甲基：亚甲基：（一）红外吸收光谱产生的条件（

61、一）红外吸收光谱产生的条件（一）红外吸收光谱产生的条件（一）红外吸收光谱产生的条件（一）红外吸收光谱产生的条件（一）红外吸收光谱产生的条件满足两个条件：满足两个条件：红外辐射的能量必须与分子的振动能级差相等红外辐射的能量必须与分子的振动能级差相等0 0 分子振动过程中偶极矩必须发生变化分子振动过程中偶极矩必须发生变化 对称分子对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子非对称分子：有偶极矩，红外活性。 红外活性振动：红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化， 从而产生红 外吸收的性质红外非活性振动：红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化， 不

62、产生 红外吸收的性质一、一、一、一、一、一、 光栅型红外光谱仪主要部件光栅型红外光谱仪主要部件光栅型红外光谱仪主要部件光栅型红外光谱仪主要部件光栅型红外光谱仪主要部件光栅型红外光谱仪主要部件1. 辐射源（光源）辐射源（光源） 硅碳棒：硅碳棒：两端粗，中间细；直径5 mm，长20-50mm；不需预热；两端需用水冷却；工作温度为1200 1500 能斯特灯：能斯特灯：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成的中空或实心圆棒，直径1-3 mm，长20-50mm；室温下，非导体，正常工作温度为1800左右，使用前预热到800 C； 特点：发光强度大；寿命0.5-1年；2. 色散元件（单色器）色散元件（单色器）

63、衍射光栅HC1385-1380cm-11372-1368cm-1CH3CH3CH3 s s C CC C骨架振动骨架振动 1:11:111551155cmcm-1-111701170cmcm-1-1CCH3CH31391-1381cm-11368-1366cm-14:5 4:5 1195 1195 cmcm-1-1 CCH3CH3CH31405-1385cm-11372-1365cm-11:21:21250 1250 cmcm-1-1a)由于支链的引入，使由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。的对称变形振动发生变化。b)b)C CC C骨架振动骨架振动明显明显b)C=C 伸缩振动伸缩

64、振动(1680-1630 cmcm-1-1 ) )1660cmcm-1-1 分界线分界线C CR1HHR2C CR1R2R3HC CR1R2R3R4（C=CC=C）反式烯反式烯三取代烯三取代烯四取代烯四取代烯1680-1665 cmcm-1-1 弱，尖弱，尖C CR1HHR2C CR1HHHC CR1R2HH顺式烯顺式烯乙烯基烯乙烯基烯亚乙烯基烯亚乙烯基烯1660-1630cmcm-1-1 中强，尖中强，尖3515cm-10 00101M M01M025M10M3640cm-13350cm-1 乙醇在四氯化碳中不同浓度的乙醇在四氯化碳中不同浓度的IR图图2950cm-12895 cm-1没有芳环特征吸收且结构吸收，无2320036001OHcm2否定结构吸收且无芳环对位取代特征吸收无吸收无吸收无311113752220224032003500CHNCNHcmcmcm31 和否定结构吸收无OCcm1163016804否定结构3270NH1638OC1533NH3300CH2100CC1268CH3030H144514951597，（芳环）CC（双峰）， 694763H1323NC