第三章红外光谱

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1、 Infrared Spectroscopy 红外光谱的概念红外光谱的概念： 用连续波长(波长2.525m, 频率4000400cm-1)的红外光光波照射样品，引起分子内振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱, 用IR表示.红外光谱的产生条件红外光谱的产生条件： (1). 辐射光的频率与分子振动的频率相当,才能被吸收产生红外 光谱. (2). 振动过程中能引起分子偶极矩变化的分子才能产生红外吸收 光谱.例如例如: : H H2 2,O,O2 2,N,N2 2等双原子分子等双原子分子振动不引起偶极矩变化振动不引起偶极矩变化, , 无红外吸收无红外吸收. . , , , , 其其 键伸缩振动不引起偶极

2、矩键伸缩振动不引起偶极矩变化变化, 无红外吸收无红外吸收.H C C HR C C RCC红外吸收光谱中各种主要基团的伸缩振动大致分布图红外吸收光谱中各种主要基团的伸缩振动大致分布图 红外光谱的应用红外光谱的应用 1.通过红外光谱图的比较,可以判断是否是同一种化合物. 2.可以获取分子中各种结构信息, 特别是官能团信息.例如: 3000150cm-1区域的任何吸收, 都可以归结为C-H伸缩振动. 1715100cm-1区域的任何强吸收, 基本上都可以归结为C=O 伸缩振动.红外光谱表示方法红外光谱表示方法：常用坐标曲线表示法. 横坐标横坐标: :表示吸收峰的位置, 用波数波数(cm-1, 40

3、00400cm-1)或波波 长长(m, 2.5 25m)作量度. 纵坐标纵坐标: 表示吸收峰的强弱, 用百分透过率百分透过率(T%) 或吸光度吸光度(A)作量 度单位. 正己烷的红外光谱正己烷的红外光谱摩尔消光系数（摩尔消光系数（）强度强度符号符号200200很强VS7575200200强S25257575中等M5 52525弱W0 05 5很弱VW红外吸收强度及其表示符号红外吸收强度及其表示符号 宽峰尖峰肩峰双峰：1. 具有高度特征性； 定性分析、结构鉴定 2. 应用范围广：有机、无机； 气液固三态均可 3. 分析速度快，样品用量少，操作简便，属于非破坏性分析 4. 灵敏度低： 定性分析、结

4、构鉴定时，需提纯样品 定量分析时，准确度低，对微量成分无能为力： 未知物鉴别、化学结构确定、化学反应跟踪、纯度检查、区别异构体、质量控制、定量分析CHHCHH剪式振动剪式振动平面摇摆平面摇摆CHH+CHH+非平面摇摆非平面摇摆扭曲振动扭曲振动CHHCHH对称对称 伸缩振动伸缩振动(as)不对称不对称 伸缩振动伸缩振动(s)伸缩振动伸缩振动面内弯曲面内弯曲(面内面内)面外弯曲面外弯曲(面外面外)弯曲振动弯曲振动振动类型振动类型高频区高频区低频区低频区亚甲基的振动形式亚甲基的振动形式键角不变键角不变,键长改变键长改变键长不变键长不变,键角改变键角改变)，k21振2121.mmmm练习1 在下面各种

5、振动模式中，不产生红外吸收的是： A：乙炔分子中对称伸缩振动 B：乙醚分子中不对称伸缩振动 C：CO2分子中对称伸缩振动 D：H2O分子中对称伸缩振动 E：HCl分子中H键伸缩振动练习2 下面五种气体，不吸收红外光的是： ：OH22COHCl2N4CH多原子分子的振动自由度和峰含n个原子的分子，自由度为：非线性分子有 3n-6 个（三维，3n，除3个整体平动自度和3个整体转动自由度），线性分子有3n-5 个。理论上每个自由度在IR中可产生1个吸收峰，实际上IR光谱的峰数少于基本振动自由度。原因是：1 振动过程中，伴随有偶极矩的振动才能产生吸收峰2 频率完全相同的吸收峰，彼此发生简并（峰重叠）3

6、 强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰4 有些峰落在中红外区之外5 吸收峰太弱，检测不出来200很强很强VS75200强强S2575中等中等M525弱弱W05很弱很弱VW16003700cm-13700cm-14 725,n=3 729-726, n=2 743-734, n=1 785-770 C-CC-C伸缩振动：伸缩振动：1253-800cm-1， 对结构分析作用不大。as1460 cm-1CH312:17:411烷烃-（CH2）n-n4CH2CH2s1465 cm-1r 720 cm-1（水平摇摆）重叠CH2 对称伸缩2853cm-110CH3 对称伸缩2872cm-110CH2不对称伸缩292

7、6cm-110CH3不对称伸缩2962cm-110（CH3，CH2，CH）(CC,CH )3000cm-1s1380 cm-1C H31368-1366cm12:17:41CH3 s CC骨架振动1155cm-11:11170cm-14:51195 cm-1C C H3C H3CC H3C H3-11405-1385cm-11372-1365cm-11:21250 cm-1a)由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。b)CC骨架振动明显HC C H3 1385-1380cm-1C H31372-1368cm-11391-1381cm-1c) CH2面外变形振动(CH2)n，证明长碳链的

8、存在。n=1 770785 cm-1 （中 ）n=2 740 750 cm-1（中 ）d) CH2和CH3的相对含量也可以由1460 cm-1和1380 cm 的峰强度估算强度正二十八烷cm-1 1500 1400 1300cm-1正十二烷1500 1400 1300cm-1 1500 1400 130012:17:41正庚烷正己烷红外光谱图12:17:411660cm-1C CR 1R 2R 3HC=C 伸缩振动(1680-1630 cm-1 )R1反式烯 C CH三取代烯1680-1665 cm-1弱，尖分界线C CC CR 1R 2R 1HR 3R 4R 2HC CC CR 1HR 1R

9、 2HHHH四取代烯顺式烯乙烯基烯亚乙烯基烯1660-1630cm-1中强，尖R1H）-1R2R1R3790-840 cm-1R2 H （820 cm ）R4 2：1375-1225 cm-1H C C R（ 690 cm-1）H 990 cm-1H 910 cm-1 （强）R1HH 890 cm （强）R2C-H 变形振动(1000-700 cm-1 )面内变形（=C-H）1400-1420 cm-1 （弱）面外变形（=C-H） 1000-700 cm-1 （有价值）HC CC C12:17:41HR1 R3R2（=C-C C 970 cm （强）-1610-700 cm-1（强）（弱）H

10、HR1C CHC CR1 C C R2H）R1 R2 （=C-C C 800-650 cm-1 2：1850-1780 cm-1-1 2：1800-1780 cm-11-己烯红外光谱图 炔键C-H伸缩振动：3340-3300厘米-1，波数高于烯烃和芳香烃，峰形尖锐。 CC叁键伸缩振动：2100厘米-1 ，峰形尖锐，强度中到弱。干扰少，位置特征。末端炔基该吸收强。分子对称性强时，该吸收较弱。770-730，710-690770-735810-750，725-680860-780780-760，720-685860-800，730-690850-800，730-675860-780900-8409

11、00-840900-840含氮化合物1. 胺、亚胺和胺盐特征吸收化合物吸收峰位置(cm-1)吸收峰特征NH伯胺类3500-3300两个峰，强度中伸缩振动仲胺类亚胺类3500-33003400-3300一个峰，强度弱一个峰，强度中NH伯胺类1650-1590强度强，中弯曲振动仲胺类1650-1550强度极弱CN芳香伯1340-1250强度强伸缩振动胺脂肪胺仲叔1350-12801360-13101220-10201410强度强强度强强度中，弱强度弱2-戊胺戊胺NH2伯胺类N-H两个峰强度中N-H 1590cm-1： NH2剪式振动；C-N 1185cm-1： CN伸缩振动伸缩振动三乙胺叔胺类 无