红外光谱必备知识Word文件下载.docx

1、当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时，分子就要吸收能量，从原来的振动能级跃迁到能量较高的振动能级， 将分子吸收红外光的情况用仪器记录，就得到红外光谱图。5、 红外光谱表示方法：（1） 红外光谱图红外光谱图以透光率 T %为纵坐标，表示吸收强度，以波长 l （ mm）或波数s （cm-1）为 横坐标，表示吸收峰的位置，现主要以波数作横坐标。波数是频率的一种表示方法 （表示每厘米长的光波中波的数目）。通过吸收峰的位置、相对强度及峰的形状提供化合物结构信息， 其中以吸收峰的位置最为重要。（2） 将吸收峰以文字形式表示： 如下图可表示为，3525cm-1（ m） ,3097cm-1（m）

2、 , 1637cm-1（s）。 这种方法指出了吸收峰的归属，带有图谱解析的作用。第二节 各类化合物的红外光谱特征有机化合物 的数目非常大，但组成有机化合物的常见元素只有 10种左右，组成有机化合物的结构单元即称为基团的原子组合数目约有几十种。 根据上述讨论，基团的振动频率主要取决于组成基团原子质量（即原子种类）和化学键力常数（即化学键的种类） 。一般来说，组成分子的各种基团如 C-H、 C-N、C=C、 C=O、C-X等都有特定的红外吸收区域（特征吸收峰），根据特征吸收峰可以推断物质的结构。所以，有必要对各类有机化合物的 光谱特征加以总结。一、烷烃烷烃中只有 C-H键组成的C-H , CH2

3、, CH3基团，纯烷烃的吸收峰只有 C-H的伸缩、弯曲振动和C-C骨架振动。1、V C-H 烷烃的C-H伸缩振动频率一般不超过3000cm-1 ,甲基和亚甲基的 C-H伸缩分别有对称和不对称振动相应出现四个 吸收峰，甲基的 C-H伸缩振动，对称的出现在 2872cm-1，不对称的出现在 2962cm-1;亚甲 基的对称出现在 2853cm-1，不对称的出现在 2926 cm-1。一般不对称的吸收强度稍强，在高 分辨的红外仪（光栅型） ，可以在 2853-2962 cm-1 处，清楚地观察到这四个峰，而在低分辨 的仪器中，两两重叠只能看到两个峰。如下图：注意：环丙烷的 VC-H 移向高频，出现在

4、 3080-3040cm-1 （S）叔 C-H 的伸缩吸收很弱， （ 2890cm-1 左右 ）通常消失在其它脂肪族的 C-H 吸收中，对 于鉴定分析用途不大。2、 S C-H : C-H弯曲振动在1460cm-1和1380cm-1处有特征吸收，前者归于甲基及次甲基的不对称 S C-H，后者归于甲基的 S S 1380cm-1 峰对结构非常敏感，对于识别甲基很有用。（1）孤立甲基在 1380cm-1 附近出现单峰，其强度对分子中甲基数目的增多而增强，（2） 偕二甲基 -CH （CH3）2 此峰变为双峰 （1391- 1380cm-1 （S）和 1372-1365 cm-1 （S）, 而且两个峰

5、的强度大约相等。 1380cm-1 附近出现双峰是验证分子中有偕二甲基的根据， （必 须注意：环己烷醇、甾体和二萜类含有的乙酰氧基 -00C-CH3，其中甲基在1380-1365 cm-1 出现双峰，不要误认为分子中有异丙基） 。（3） 叔丁基1380 cm-1的峰也分裂为双峰，但这两个峰一强一弱（ 1380 cm-1为弱峰，1365 cm-1 峰为强峰），足以与偕二甲基区分。（4） 当化合物具有四个以上邻接的 CH2 基团时，几乎总是在（ 715-725，通常在 720cm-1 处）有谱带（ CH2 面内摇摆），它在鉴别上是有用的。3、 C-C 骨架振动在 1250-800cm-1 范围，因

6、特征性不强用途不大。总结：d C-H 1460 , 1380cm-1孤立的甲基 CH3 1380单峰C（CH3）2 1380 双峰，强度 1 :1 （1391- 1380cm-1, 1372-1365 cm- 1）C（CH3）3 1380双峰，强度1 : 2 （低频率为高频率峰强度的2倍） （1380 cm-1为弱峰， 1365 cm-1 峰为强峰）当化合物具有四个以上邻接的 CH2 基团时，几乎总是在（ 715-725，通常在 720cm-1 处） 有谱带（ CH2 以内摇摆），它在鉴别上是有用的。二、烯烃烯烃分子有三类特征吸收峰（ v =C-H、v C=C、S =C-H ）1、 v = C

7、-H（包括苯环的 C-H、环丙烷的C-H ）在3000cm-1以上，苯出现在 3010-3100cm-1的范围内， 在甲基及亚甲基伸缩振动大峰左侧出现一个小峰， 这是识别不饱和化合物的一个有效特征吸 收。2、 v C=C孤立烯烃双键的伸缩振动吸收位置在 1680-1600cm-1，其强度和位置决定于双键碳原 子取代基数目及其性质。 分子对称性越高，吸收峰越弱。 如果有四个取代烷基时， 常常不能 看到它的吸收峰，一元取代烯 RCH=CH2和偏二取代烯 R2C=CH2的v C=C强于三元取代烯 R2C=CHR 和四元取代烯 R2C=CH2 ；顺式强于反式，末端双键强于链中双键。（1） C5 以上无

8、张力环烯的 v C=C 与开链烯的频率相同，环张力愈大， v C=C 环内愈低， 但环外双键 v C=C 愈高。（2） 在共轭体系中，由于共轭使键趋于平均化，而使 C=C 的力常数降低，伸缩振动向 低波移， 例如 C=C-C=C 中， C=C 吸收移至 1600cm-1 区域，由于两个 C=C 的振动偶合 . 在 1650cm-1 有时还能看到另一个峰，但 1600cm-1 的峰是鉴定共轭双键的特征峰。3 S C-H面内变形振动在 1500-1000cm-1 ，结构不敏感，也不特征，用途不大。面外弯曲振动在1000-700cm-1 ，对结构敏感，对不同类型的烯烃有其特征吸收，而且比较固定，可以

9、借以判 断双键取代情况和构型很有用，如：在四氯化碳溶液中位于 3320-3310cm-1 ，强峰，固体或液体时在 3300-3250cm-1 。峰形较 窄，易于 OH 和 NH 区别开。2、 S 三 C-H三C-H的面外弯曲振动通常在 900-610cm-1出现一宽的谱带， 有时在1375-1225cm-1处， 出现它的倍频峰，此峰也很宽，但很弱。3、 v C= C碳碳叁键的力常数比碳碳双键的高得多，所以 C-C的伸缩振动出现在高波数区域。一般一元取代炔烃 RC三CH的v C三C在2140-2100cm-1 ,二元取代炔烃在 RC三CR1的v C 三C在2260-2190cm-1，乙炔和二取代

10、乙炔因分子对称，没有 VC三C的吸收峰。所以看不到v C三C的谱带，不一定表示没有 C三C。四、 芳香烃的红外光谱芳香族化合物有三种特征吸收带： 即苯环上的芳氢伸缩振动， 面外弯曲振动和骨架振动。1 、芳环上的 v C-H3010-3080cm-1 （ m）2、 芳环的骨架伸缩振动 v C-C1650-1450cm-1 （m）出现24个吸收峰，由于芳环为一共轭体系，其 C=C伸缩振动频率位于双键区的低频一端，往往 1500cm-1 附近的吸收峰比 1600cm-1 强。3、 芳环的面外弯曲振动 （g=C-H ）在 650-900cm-1 ，这一区域的吸收峰位置与芳环上取代基性质无关 ,而与芳环

11、上相连 H 的个数有关，相连 H 越多 , g=C-H 振动频率愈低 ,吸收强度越大 .五、 醇和酚羟基化合物有三个特征吸收带，即 v O-H ， v C-O ， S O-H 。1 、 v O-H游离的醇和酚的 v O-H 在 3700-3500cm-1 以内（峰尖、 强），缔和的羟基在 3500-3200cm-1 以内峰形强而宽。 大部分是以氢键缔和的形式存在， 只有在气相和非极性溶剂中， 很稀的溶 液内减少分子间氢键， 出现游离的 v O-H 吸收带， 分子间氢键与溶液浓度有关， 形成分子内 氢键的与浓度无关，但频率更低，例如水杨醛、邻硝基苯酚、邻羟基苯乙酮等。它们 VO-H出现在 320

12、0-2500cm-1 。2、 S O-H醇和酚的 S O-H （面内弯曲振动） 吸收带在 15001300cm-1 附近。3、 v C-O位于 12501000cm-1 附近，通常是谱图中最强吸收峰之一，可根据这个区域的吸收峰 确定伯醇、仲醇和叔醇。各种醇的S O-H和v C-O的吸收如下：范围S O-H （面内）cm-1V C-O cm-1伯醇1350-12601050仲醇1100叔醇1410-13101150酚1300-1200六、醚醚的特征吸收谱带是 C-O-C不对称伸缩振动谱带，各种醚的不对称 V C-O-C为：1、 脂肪醚： 1150-1060cm-1（ s）2、 芳香醚 两个 C-

13、O 伸缩振动吸收1270 1230 cm-1 （为 Ar-O 伸缩）1050 1000 cm-1 （为 R-O 伸缩3、乙烯醚： 1225-1200cm-1 （ s）醇、酯和内酯在此区域附近也有吸收，但光谱中同时存在 -OH和C=O其它特征峰时。4、 六元环中的 C-O-C 基团与无环醚中的此基团的吸收具有相同的频率当环变小时，不 对称 C-O-C 伸缩振动逐渐向低波移。5、 在环氧乙烷类中有三条特征谱带可作为这种基团的存在的标志：1280-1240cm-1 （ S-m） 环的不对称伸缩振动950-810cm-1 （S-m） 环的对称伸缩振动 ?840-750cm-1 （ S）七、羰基化合物（

14、包括醛、酮、羧酸、酯、酸酐和酰胺等）羰基吸收峰是在 1900-1600cm-1 区域出现强的 C=O 伸缩吸收谱带，这个谱带由于其位 置的相对恒、强度高、受干扰小，已成为红外光谱图中最容易辨别的谱带之一。此吸收峰最 常出现在 1755-1670cm-1 ，但不同类别的化合物 C=O 吸收峰也各不相同。关于 C=O 化合物的红外吸收规律在前面已叙述过， 一般吸电子的诱导效应使 C=O 的吸收 向高波移， 共轭效应使其向低波移， 环张力增加向高波数移， 氢键一般向低波数移。下面我 们将分类对各类羰基化合物进行讨论。1、 酮一般饱和脂肪酮 C=O伸缩振动在1725-1705cm-1 , a、3 -不

15、饱和酮和芳香酮， 由于共轭作用使吸收向低波数移，使之低于 1700cm-1，但是由于空间效应使之共轭减弱时，吸收频率下降不显著。中的甲酮基受邻位两个甲基的空间阻碍作用，使羰基与苯环不能共平面，共轭效应减弱， 所以 VC=O 在 1700cm-1 。羰基的 a -碳上连有负性取代基时，由于 -I 诱导效应的结果，吸收向高频率移动。例如 a氯化酮比一般的酮要高出 20cm-1 。 在环酮类中 VC=O 将随环中张力增大而波数增加。2、醛醛的C=O比酮的力常数大，故吸收位置较高，一般在 1740-1720cm-1 （s）,但不易区 别。但是 -CHO 中的 C-H 键的伸缩振动在 2720-2820

16、 区域出现两个强度相等的吸收峰，此峰 比较特征，借以可用来区别是否有 -CHO 存在。各种因素对醛中羰基吸收频率的影响同酮 相同。3、羧酸 羧酸的最特征的吸收峰是： V O-H 和 VC=O（ 1 ） V O-H羧酸的 V O-H 只有在气相或极稀的非极性溶剂溶液中，才能看到游离的 O-H 伸缩振动吸收峰在 3550 cm-1 区域。但由于羧酸易形成氢键，所以一般液体及固体羧酸均以二 缔和体存在，使V O-H向低波数移动，常在3200-2500cm-1区出现一宽而散的峰。 这个峰通常在 2700-2500cm-1 出现一系列连续的小峰，羧酸的这一谱带是它的特征峰，特别是与 羧基的 C=O 伸缩

17、振动吸收联合考虑，特征性更强 . 缔合的醇 , 酚在何处 ?（2）nC=OC=O 的伸缩振动由于受氢键的影响，羧基中的 C=O 吸收向低波移。例如： 单体 二缔合体当羧基的a -氢为卤素或其它吸电子基团取代后，使 v C=O向高波移。分子内氢键将羧基的 V C=O 波数降低程度比分子间氢键更甚 .（2） V C-O羧酸的 V C-O 伸缩振动带在 1250cm-1 附近，是一强峰，（3）S O-H羧酸的S O-H 出现在1400cm-1和920cm-1区域有两个强而宽的吸收峰。（ 4）羧酸盐当羧酸的酸性质子被不同的阳离子取代，生成羧 酸盐时，就会产生羧酸的羧基消失的特征谱带。因为离子化产生的

18、R-COO- 基团， 使得羧酸基的 1710cm-1 附近的吸收带就消失， 代 之出现的是 1580cm-1 和 1400cm-1 之间的两个谱带，这两个带对应于结构的反对称和对 称的伸缩振动。4、酯（ V C=O H 和 V C-O-C）（1）V C=O大多数饱和脂肪酸酯的强的 V C=O伸缩振动发生在比酮的正常频率为高的1740cm-1 处（甲酸甲酯除外，在 1725-1720cm-1 ）。C=C-COOR 或ArCOOR勺v C=O吸收，由于共轭作用移向低波数，在 1730-1715cm-1。O=C-O-C=C或RCOOA结构的V C=O吸收，则移向高波区。a -卤代羧酸酯的v C=O吸

19、收频率也升高，如：三氯乙酸酯在 1770cm-1。六元环状内酯羰基吸收与正常酯的相同，当环变小时，其吸收位置将移向高波区。（2）V C-O-C酯的v C-O-C伸缩振动吸收带在 1330-1030区域有两个吸收带，其一是 v asC-O在 1300-1000cm-1 ,此带有吸收强度大和较宽的特征，用处较大。另一个是 v sC-O在1140-1030cm-1 ，此带吸收强度小，参考价值不大，但是内酯此带吸收强度较大。（其中 1250-1230cm-1 处的宽而强的谱带是乙酸烷基酯的特征吸收带。）5、酸酐 （1）n C=O酸酐的C=Of申缩振动在1860-1800cm-1和1800-1750cm

20、-1出现两个强的吸收峰， 前者是反对称伸缩振动，后者是对称伸缩振动。这两个峰相距约 60cm-1,开链酸酐高波数峰稍强于低波数峰，而环状酸酐则高波数峰弱于低波数峰，以此可区别这两类酸酐。共轭的酸酐则使羰基吸收向低波数移，在靠近 1775cm-1 和 1720cm-1 处出现吸收。环状酸酐中，随着环的张力变大，吸收峰向高波移动。五元酸酐 VC=O 1871cm-1 1793cm-1六元酸酐 VC=O 1822cm-1 1780cm-1（2） n C-O-C酸酐的C-O伸缩振动产生强的吸收峰，开链的在 1180-1045cm-1，而环状酸酐在1310-1200cm-1 ，利用此峰也可以区别这两种酸

21、酐。6、 酰胺 : 兼有胺和羰基化合物的特点 .酰胺的主要特征峰有三个，即 v C=O伸缩振动（称为酰胺 I带）；v N-H伸缩振动及3 N-H弯曲振动（称为酰胺II带），酰胺还有 C-N吸收带（酰胺III带），（1） v N-H在稀溶液中，伯酰胺出现两个中等强度的峰，分别在 3500cm-1 和 3400cm-1 附近，相 应于 N-H 的反对称伸缩振动。在浓溶液和固体中由于有氢键发生，将移向 3350-3180cm-1低频区。随着二缔和和三缔和体的存在将在此区域出现多重峰。仲酰胺在很稀溶液中，在 3460-3420cm-1处只出现一个谱带，浓溶液中或固体中缔和体出现在 3330cm-1，在

22、3110-3060出现一个弱吸收带，是 3 N-H （1550cm-1 ）的倍频峰。叔酰胺由于 N上没有H而没此吸收带，因此利用此吸收带可以识别伯、仲、叔酰胺。（3） 3 N-H 弯曲振动 （酰胺 II 带）伯酰胺在v C=O吸收区较低一些的地方出现尖峰，其强度相当于 v C=O峰的1/3-1/2 。游离态在 1600cm-1 处，缔合态在 1650-1620 处, 易被 I 带覆盖 .仲酰胺游离态在 1550-1510 处；缔和体在 1570-1515 处, I 带和 II 带能够分开 . 利用此特点区分伯 ,仲酰胺 . 叔酰胺和 内酰胺没有此吸收带。内酰胺含有 N-H 键也不含有 3 N-

23、H 谱带。（4）酰胺还有 C-N 吸收带（酰胺 III 带），它们的吸收位置如下：八、胺和胺盐1胺：胺有三个特征吸收带即： nNH S N-H和nC-N吸收带， 其中nNH吸收带用处较大（3550-3250cm-1 ）。nNH游离一级胺的nN-H伸缩振动在3400-3490 （中）处，有两个吸收峰，相应于 N-H的对称 和反对称伸缩振动，另外，脂肪族伯胺在 n NH（ S）吸收带的低一侧有肩峰；而芳香伯胺有一个尖锐独立的小峰， 它们是S N-H2（s）的倍频和nNH2（s）共振的结果。 缔和的nN-H伸缩振动向低波数方向移动， 但位移程度不及 O-H 吸收峰的情况， 位移一般不大于 100cm

24、-1， 并且吸收峰较弱、较尖锐。二级胺的稀溶液在 3310-3350cm-1 区域只有一个吸收峰。三级 胺没有N-H,故没有N-H伸缩振动吸收峰。S N-H一级胺的面内S N-H弯曲（剪式）振动吸收在 1540-1650cm-1 （中、强）区域，可用于鉴定（与芳环的骨架振动吸收重叠），一级胺的非平面（面外）摇摆振动吸收在 650-900cm-1（宽）区域，而脂肪一级胺则在 750-850cm-1 （宽、中）区域，非常特征。二级胺的 N-H 弯曲振动吸收很弱，不能用于鉴定，二级胺的 N-H非平面摇摆振动在 700-750cm-1区域有强的吸收 .VC-N 位于指纹区与 VC-C 重叠, 难以辨别

25、 .2、 铵盐成盐之后，伯胺和仲胺的v NH v NH3+伯胺盐在3000-2800cm-1之间出现强和宽的吸 收带，由NH3+基中不对称和对称伸缩振动引起的。伯胺盐的S NH3+出现在1600-1575cm-1和1550-1504cm-1处两个吸收带，这相应于不 对称和对称弯曲振动吸收带。仲胺盐的 v NH2+ 出现在 2700-2250cm-1 区域，是一个强的宽带或是一组较尖锐的谱 带。 S NH2+ 出现在 1620-1560cm-1 区域是一个中等强度的谱带。叔胺盐的 v NH+ 在 2700-2250cm-1 区域出现一个强的宽带或一组较尖的谱带。 叔胺盐 的S NH1+谱带很弱，

26、没有实用价值。确定样品是否为胺的最好办法是将样品用无机酸处理，然后观察 3000-2200cm-1 范围出现宽而强的“铵谱带”。然后再根据各类胺盐的吸收特征，确定是哪类胺。九、硝基化合物硝基化和物主要有 V NO2的反对称和对称伸缩吸收带，它们分别在 1650-1500cm-1和 1370-1250cm-1 ，很容易认出。脂肪族硝基化和物的两个峰分别在 1565-1545cm-1 ；1380-1350cm-1 。芳香族硝基化和物和共轭的脂肪族硝基化和物由于共轭使 v N02频率降低，如芳香族硝基化和物v as （ N02 1525 15cm-1 ; v s （ N02 1345 cm-1，另外

27、，芳香硝基化和物 在870cm-1附近出现CN伸缩振动带。十、腈类-C三N饱和脂肪腈在2260-2240 cm -1有尖而强的v -C三N伸缩振动吸收带，当与不饱和键和芳 环共轭时，该带位移到 2240-2220 cm -1区间，且强度增加。一般说来，共轭的 v -C = N伸缩振动吸收带位移要比非共轭的低约 30 cm-1。十一、其它各类化合物主要对含有卤素、硫、磷、硅等元素的有机化合物的特征吸收作简单介绍。1 、有机卤化合物：在有机卤化合物中 C-X 键的伸缩振动吸收很强，随着卤原子量的增大，吸收带的 位置向低波数移动。当两个以上卤原子连接在同一碳原子上时，有对称伸缩振动和不对称 伸缩振动

28、两种吸收带。2、 有机硫化合物以 S-0 键伸缩振动吸收最强（ 900-700cm-1 ）较易识别，其它以 S-H 键（ 2600-2550cm-1 很弱）； S-C（ 700-590cm-1 此键的吸收很弱，位置易变，难以利用）， 亚砜的S=0键伸缩振动吸收位于 （1060-1040 cm-1 ）是强吸收；砜的-SO2-基在（1340-1290 cm-1 ）和（ 1160-1135 cm-1 ）区，分别为不对称伸缩振动和对称伸缩振动吸收带。磺酸卤 RSO2C啲-SO2-基在（1385-1340 cm-1 强）和（1185-1160 cm-1 强）区，分别 为不对称伸缩振动和对称伸缩振动吸收带

29、。磺酸RSO3啲1385-1340 cm-1中等）区，分别为不对称伸缩振动和对称伸缩振动吸收带，S-0伸缩振动吸收带在 （700-810 cm-1强）。磺酸酯 RSO2OR的（SO2-基在（1390-1290 cm-1 强）和（ 1190-1120 cm-1 强）3、 有机磷化合物显示特征的吸收带有： P - H 、 P = O、 P - C 的伸缩振动吸收带。P - H 的伸缩振动吸收在（ 2425 - 2325cm-1 ）峰形尖，位置恒定，受分子其余部分结构 影响较小，具有中等强度。P = O 的伸缩振动吸收在（ 1300 - 1140cm-1 ），也是一个强吸收带。P - C的伸缩振动吸收：Ph - P 出现在（1450 - 1420cm-1 ）; P - CH3 出现在（1320 - 1280cm-1 ）。4、有机硅化合物：较为典型的特征吸收带为： Si - H, Si - O, Si - C 等的伸缩振动吸收带。Si-H 的伸缩振动吸收在（ 2230-2150cm-1