红外谱图基础知识.docx

1、红外谱图基础知识第一节：概述 1、 红外吸收光谱与紫外吸收光谱一样是一种分子吸收光谱。红外光的能量（E=0.05-1.0ev）较紫外光（E=1-20ev）低，当红外光照射分子时不足以引起分子中价电子能级的跃迁，而能引起分子振动能级和转动能级的跃迁，故红外吸收光谱又称为分子振动光谱或振转光谱。 2、红外光谱的特点：特征性强、适用范围广。 红外光谱对化合物的鉴定和有机物的结构分析具有鲜明的特征性，构成化合物的原子质量不同、化学键的性质不同、原子的连接次序和空间位置不同都会造成红外光谱的差别。 红外光谱对样品的适用性相当广泛，无论固态、液态或气态都可进行测定。3、红外光谱波长覆盖区域：0.76 mm

2、 1000mm. 红外光按其波长的不同又划分为三个区段。（1）近红外：波长在0.76-2.5mm之间（波数12820-4000cm-1）（2）中红外：波长在2.5-25mm（在4000-400 cm-1） 通常所用的红外光谱是在这一段的（2.5-15mm，即 4000-660 cm-1）光谱范围，本章内容仅限于中红外光谱。（3） 远红外：波长在251000mm（在400-10 cm-1） 转动光谱出现在远红外区。4、红外光谱图：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、

3、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)， 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

4、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，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、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

5、，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、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

6、及次甲基的不对称C-H，后者归于甲基的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-OOC-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

7、 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: （1391- 1380cm-1, 1372-1365 cm- 1） C(CH3)3 1380双峰，强度:（低频率为高频率峰强度的倍） ( 1380 cm-1为弱峰，1365 cm-1峰为强峰） 当

8、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（=C-H、C=C、=C-H）1、C-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、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

9、烯 RCH=CH2 和偏二取代烯 R2C=CH2的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以上无张力环烯的C=C 与开链烯的频率相同，环张力愈大，C=C 环内愈低，但环外双键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 C-H 面内变形振动在1500-1000cm-1，结构不敏

10、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，可以借以判断双键取代情况和构型很有用，如：RCH=CH2 995-985 cm-1 (s) -CH= 935-905cm-1 (s) =CH2R2C=CH2 895-885 cm-1 (s) 三、炔烃：有三个特征带： C-H ，C-H ， CC1、 C-H 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、 C-H 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-

11、1225cm-1处，出现它的倍频峰，此峰也很宽，但很弱。3、 CC 碳碳叁键的力常数比碳碳双键的高得多，所以CC的伸缩振动出现在高波数区域。一般一元取代炔烃 RCCH 的CC在2140-2100cm-1，二元取代炔烃在 RCCR1 的CC 在2260-2190cm-1，乙炔和二取代乙炔因分子对称，没有VCC的吸收峰。所以看不到CC的谱带，不一定表示没有CC。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C-H 3010-3080cm-1（m）2、芳环的骨架伸缩振动C-C 1650-1450cm-1（m）出现24个吸收峰，由于芳环

12、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O-H ， C-O，O-H。1、 O-H 游离的醇和酚的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

13、离的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3200-2500cm-1。2、 O-H 醇和酚的O-H（面内弯曲振动） 吸收带在15001300cm-1附近。3、 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O-H和C-O的吸收如下： 范围 O-H （面内）cm-1 C-O cm-1 伯醇 1350-1260 1050 仲醇 1350-1260 1100 叔醇 1410-1310 1150 酚 1410-1310 1300

14、-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C-O-C 为： 1、 脂肪醚： 1150-1060cm-1（s） 2、 芳香醚 两个 C-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） 注意: 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

15、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（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

16、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，、-不饱和酮和芳香酮，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-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-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，

17、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： O-H 和 VC=O（1）O-H 羧酸的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

18、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伸缩振动吸收联合考虑，特征性更强. 缔合的醇, 酚在何处?（2）nC=O C=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 RCOOH 1750-1770cm-1 1725-1700cm-1 CH2=CHCOOH 1720cm-1 1690cm-1 ArCOOH 1720cm-1 1680-1700cm-1 当羧基的-氢为卤素或其它吸电子基团取代后，使C=O向高波移。 分子内氢键将羧基的C=O波数降低程度比分子间氢键更甚.（2）C-O 羧酸的 C-O 伸缩振动带在 1250cm-1 附近，是

19、一强峰，（3） O-H 羧酸的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 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（C=O H 和 C-O-C） 酯和内酯有两个由C=O和C-O伸缩引起的很强的特征吸收带. (1) C=O 大多数饱和脂肪酸酯的强的C=O伸缩振动发生在比酮的正常频率为高的1740cm-

20、1处（甲酸甲酯除外，在1725-1720cm-1）。 C=C-COOR或ArCOOR的C=O吸收，由于共轭作用移向低波数，在1730-1715cm-1。 注意：O=C-O-C=C-或RCOOAr结构的C=O吸收，则移向高波区。-卤代羧酸酯的C=O吸收频率也升高，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) C-O-C 酯的C-O-C 伸缩振动吸收带在1330-1030区域有两个吸收带，其一是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sC-O在1140-1030cm-1，此带吸收强度

21、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=O伸缩振动在1860-1800cm-1和1800-1750cm-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。例如： 五元酸酐 VC=O 1871cm-1 1793cm-

22、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C=O伸缩振动（称为酰胺I带）；N-H伸缩振动及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)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3350-3180c

23、m-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3110-3060出现一个弱吸收带，是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)N-H弯曲振动(酰胺II带） 伯酰胺在C=O 吸收区较低一些的地方出现尖峰，其强度相当于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

24、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。注意：内酰胺含有N-H键也不含有 N-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： 伯酰胺 1420-1400cm-1（中）；仲酰胺 1305-1200cm-1（中） 叔酰胺 700-620cm-1（中）八、胺和胺盐1、胺：胺有三个特征吸收带即：nNH、 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nNH（S）吸收带的低一侧有肩峰

25、；而芳香伯胺有一个尖锐独立的小峰，它们是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-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。 N-H 一级胺的面内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

26、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.2、铵盐 成盐之后,伯胺和仲胺的NH 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。 NH2+ 出现在1620-1560cm-1区域是一个中等强度的谱带。 叔

27、胺盐的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 NH1+ 谱带很弱，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 硝基化和物主要有的反对称和对称伸缩吸收带，它们分别在1650-1500cm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O频率降低，如芳香族硝基化和物as（NO2）152515cm-1 ；s（NO2）1345cm-1，另外，芳香硝基化和物在870cm-1附近出现伸缩振动带。十、腈类 -CN饱和脂肪腈在2260-2240 cm有尖而强的-CN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区间，且强度增加。一般说来，共轭的-CN伸缩振动吸收带位移要比非共轭的低约30 cm。十一、其它各类化合物 主要对含有卤素、硫、磷、硅等元素的有