紅外吸收光譜的解析

1、紅外吸收光譜法第一節(jié) 概述一、紅外光譜測定的優(yōu)點20世紀50年代初期，紅外光譜儀問世，揭開了有機物結(jié)構(gòu)鑒定的新篇章。到了50年代末期，已經(jīng)積累了大量的紅外光譜數(shù)據(jù)，到70年代中期 ，紅外光譜法成為了有機結(jié)構(gòu)鑒定的重要方法。紅外光譜測定的優(yōu)點：1、任何氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)樣品都可以進行紅外光譜的測定，這是核磁、質(zhì)譜、紫外等儀器所不及的。2、每種化合物均有紅外吸收，又有機化合物的紅外光譜可以獲得豐富的信息。3、常規(guī)紅外光譜儀價格低廉，易于購置。4、樣品用量小。二、紅外波段的劃分=104/（nm cm -1）紅外波段范圍又可以進一步分為遠紅外、中紅外、近紅外 波段 波長nm 波數(shù)cm -1近紅外 0.7

2、52.5 133004000中紅外 2.515.4 4000650遠紅外 15.4830 65012三、紅外光譜的表示方法紅外光譜圖多以波長（nm ）或波數(shù)（cm -1）為橫坐標，表示吸收峰的位置，多以透光率T%為縱坐標，表示吸收強度，此時圖譜中的吸收“峰”，其實是向下的“谷”。一般吸收峰的強弱均以很強（大于200）、強（在75-200）、中（在25-75）、弱（在5-25）、很弱（小于5），這里的為表觀摩爾吸收系數(shù)紅外光譜中吸收峰的強度可以用吸光度（A ）或透過率T%表示。峰的強度遵守朗伯-比耳定律。吸光度與透過率關(guān)系為所以在紅外光譜中“谷”越深（T%?。舛仍酱?，吸收強度越強。第二節(jié)

3、紅外吸收光譜的基本原理一、分子的振動與紅外吸收任何物質(zhì)的分子都是由原子通過化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)起來而組成的。分子中的原子與化學(xué)鍵都處于不斷的運動中。它們的運動，除了原子外層價電子躍遷以外，還有分子中原子的振動和分子本身的轉(zhuǎn)動。這些運動形式都可能吸收外界能量而引起能級的躍遷，每一個振動能級常包含有很多轉(zhuǎn)動分能級，因此在分子發(fā)生振動能級躍遷時，不可避免的發(fā)生轉(zhuǎn)動能級的躍遷，因此無法測得純振動光譜，故通常所測得的光譜實際上是振動-轉(zhuǎn)動光譜，簡稱振轉(zhuǎn)光譜。1、雙原子分子的振動分子的振動運動可近似地看成一些用彈簧連接著的小球的運動。以雙原子分子為例，若把兩原子間的化學(xué)鍵看成質(zhì)量可以忽略不計的彈簧，長度為r （鍵長

4、），兩個原子分子量為m 1、m 2。如果把兩個原子看成兩個小球，則它們之間的伸縮振動可以近似的看成沿軸線方向的簡諧振動，如圖32。因此可以把雙原子分子稱為諧振子。這個體系的振動頻率（以波數(shù)表示），由經(jīng)典力學(xué)（虎克定律）可導(dǎo)出：C 光速（3108 m/s） K 化學(xué)鍵的力常數(shù)（N/m） 折合質(zhì)量（kg ） = 如果力常數(shù)以N/m為單位，折合質(zhì)量以原子質(zhì)量為單位，則上式可簡化為=130.2 雙原子分子的振動頻率取決于化學(xué)鍵的力常數(shù)和原子的質(zhì)量，化學(xué)鍵越強，相對原子質(zhì)量越小，振動頻率越高。H-Cl 2892.4 cm-1 C=C 1683 cm-1C-H 2911.4 cm-1 C-C 1190 c

5、m-1同類原子組成的化學(xué)鍵（折合質(zhì)量相同），力常數(shù)大的，基本振動頻率就大。由于氫的原子質(zhì)量最小，故含氫原子單鍵的基本振動頻率都出現(xiàn)在中紅外的高頻率區(qū)。2、多原子分子的振動2m 1m 21(1、基本振動的類型多原子分子基本振動類型可分為兩類：伸縮振動和彎曲振動。亞甲基CH 2的各種振動形式。 對稱伸縮振動 不對稱伸縮振動 亞甲基的伸縮振動 剪式振動 面內(nèi)搖擺 面外搖擺 扭曲變形 面內(nèi)彎曲振動 面外彎曲振動亞甲基的基本振動形式及紅外吸收A 、伸縮振動 用表示，伸縮振動是指原子沿著鍵軸方向伸縮，使鍵長發(fā)生周期性的變化的振動。伸縮振動的力常數(shù)比彎曲振動的力常數(shù)要大，因而同一基團的伸縮振動常在高頻區(qū)出現(xiàn)

6、吸收。周圍環(huán)境的改變對頻率的變化影響較小。由于振動偶合作用，原子數(shù)N 大于等于3的基團還可以分為對稱伸縮振動和不對稱伸縮振動符號分別為s 和as 一般as 比s 的頻率高。B 、彎曲振動 用表示，彎曲振動又叫變形或變角振動。一般是指基團鍵角發(fā)生周期性的變化的振動或分子中原子團對其余部分作相對運動。彎曲振動的力常數(shù)比伸縮振動的小，因此同一基團的彎曲振動在其伸縮振動的低頻區(qū)出現(xiàn)，另外彎曲振動對環(huán)境結(jié)構(gòu)的改變可以在較廣的波段范圍內(nèi)出現(xiàn)，所以一般不把它作為基團頻率處理。(2、分子的振動自由度多原子分子的振動比雙原子振動要復(fù)雜的多。雙原子分子只有一種振動方式（伸縮振動），所以可以產(chǎn)生一個基本振動吸收峰。

7、而多原子分子隨著原子數(shù)目的增加，振動方式也越復(fù)雜，因而它可以出現(xiàn)一個以上的吸收峰，并且這些峰的數(shù)目與分子的振動自由度有關(guān)。在研究多原子分子時，常把多原子的復(fù)雜振動分解為許多簡單的基本振動（又稱簡正振動），這些基本振動數(shù)目稱為分子的振動自由度，簡稱分子自由度。分子自由度數(shù)目與該分子中各原子在空間坐標中運動狀態(tài)的總和緊緊相關(guān)。經(jīng)典振動理論表明，含N 個原子的線型分子其振動自由度3N 5，非線型分子其振動自由度為3N 6。每種振動形式都有它特定的振動頻率，也即有相對應(yīng)的紅外吸收峰，因此分子振動自由度數(shù)目越大，則在紅外吸收光譜中出現(xiàn)的峰數(shù)也就越多。二、紅外吸收光譜產(chǎn)生條件分子在發(fā)生振動能級躍遷時，需要

8、一定的能量，這個能量通常由輻射體系的紅外光來供給。由于振動能級是量子化的，因此分子振動將只能吸收一定的能量，即吸收與分子振動能級間隔 振的能量相應(yīng)波長的光線。如果光量子的能量為E L =hL （L 是紅外輻射頻率），當發(fā)生振動能級躍遷時，必須滿足 振=EL分子在振動過程中必須有瞬間偶極矩的改變，才能在紅外光譜中出現(xiàn)相對應(yīng)的吸收峰，這種振動稱為具有紅外活性的振動。例如CO 2（4種振動形式）2349cm -1 、667cm -1三、紅外吸收峰的強度分子振動時偶極矩的變化不僅決定了該分子能否吸收紅外光產(chǎn)生紅外光譜，而且還關(guān)系到吸收峰的強度。根據(jù)量子理論，紅外吸收峰的強度與分子振動時偶極矩變化的平方

9、成正比。因此，振動時偶極矩變化越大，吸收強度越強。而偶極矩變化大小主要取決于下列四種因素。1、化學(xué)鍵兩端連接的原子，若它們的電負性相差越大（極性越大），瞬間偶極矩的變化也越大，在伸縮振動時，引起的紅外吸收峰也越強（有費米共振等因素時除外）。2、振動形式不同對分子的電荷分布影響不同，故吸收峰強度也不同。通常不對稱伸縮振動比對稱伸縮振動的影響大，而伸縮振動又比彎曲振動影響大。3、結(jié)構(gòu)對稱的分子在振動過程中，如果整個分子的偶極矩始終為零，沒有吸收峰出現(xiàn)。4、其它諸如費米共振、形成氫鍵及與偶極矩大的基團共軛等因素，也會使吸收峰強度改變。紅外光譜中吸收峰的強度可以用吸光度（A ）或透過率T%表示。峰的強

10、度遵守朗伯-比耳定律。吸光度與透過率關(guān)系為所以在紅外光譜中“谷”越深（T%小），吸光度越大，吸收強度越強。四、紅外吸收光譜中常用的幾個術(shù)語1、基頻峰與泛頻峰當分子吸收一定頻率的紅外線后，振動能級從基態(tài)（V 0）躍遷到第一激發(fā)態(tài)（V 1）時所產(chǎn)生的吸收峰，稱為基頻峰。如果振動能級從基態(tài)（V 0）躍遷到第二激發(fā)態(tài)（V 2）、第三激發(fā)態(tài)（V 3）.所產(chǎn)生的吸收峰稱為倍頻峰。通?；l峰強度比倍頻峰強，由于分子的非諧振性質(zhì)，倍頻峰并非是基頻峰的兩倍，而是略小一些（H-Cl 分子基頻峰是2885.9cm -1，強度很大，其二倍頻峰是5668cm -1，是一個很弱的峰）。還有組頻峰，它包括合頻峰及差頻峰，它

11、們的強度更弱，一般不易辨認。倍頻峰、差頻峰及合頻峰總稱為泛頻峰。2、特征峰與相關(guān)峰紅外光譜的最大特點是具有特征性。復(fù)雜分子中存在許多原子基團，各個原子團在分子被激發(fā)后，都會發(fā)生特征的振動。分子的振動實質(zhì)上是化學(xué)鍵的振動。通過研究發(fā)現(xiàn)，同一類型的化學(xué)鍵的振動頻率非常接近，總是在某個范圍內(nèi)。例如CH 3-NH 2中NH 2基具有一定的吸收頻率而很多含有NH 2基的化合物，在這個頻率附近（35003100cm -1）也出現(xiàn)吸收峰。因此凡是能用于鑒定原子團存在的并有較高強度的吸收峰，稱為特征峰，對應(yīng)的頻率稱為特征頻率，一個基團除有特征峰外，還有很多其它振動形式的吸收峰，習(xí)慣上稱為相關(guān)峰。五、紅外吸收峰

12、減少的原因1、紅外非活性振動，高度對稱的分子，由于有些振動不引起偶極矩的變化，故沒有紅外吸收峰。2、不在同一平面內(nèi)的具有相同頻率的兩個基頻振動，可發(fā)生簡并，在紅外光譜中只出現(xiàn)一個吸收峰。3、儀器的分辨率低，使有的強度很弱的吸收峰不能檢出，或吸收峰相距太近分不開而簡并。4、有些基團的振動頻率出現(xiàn)在低頻區(qū)（長波區(qū)），超出儀器的測試范圍。六、紅外吸收峰增加的原因1、倍頻吸收2、組合頻的產(chǎn)生 一種頻率的光，同時被兩個振動所吸收，其能量對應(yīng)兩種振動能級的能量變化之和，其對應(yīng)的吸收峰稱為組合峰，也是一個弱峰，一般出現(xiàn)在兩個或多個基頻之和或差的附近（基頻為1、2的兩個吸收峰，它們的組頻峰在1+2或1-2 附

13、近）。3、振動偶合 相同的兩個基團在分子中靠得很近時，其相應(yīng)的特征峰常會發(fā)生分裂形成兩個峰，這種現(xiàn)象稱為振動偶合（異丙基中的兩個甲基相互振動偶合，引起甲基的對稱彎曲振動1380cm -1處的峰裂分為強度差不多的兩個峰，分別出現(xiàn)在13851380cm-1及13751365cm-1）。4、弗米共振 倍頻峰或組頻峰位于某強的基頻峰附近時，弱的倍頻峰或組頻峰的強度會被大大的強化，這種倍頻峰或組頻峰與基頻峰之間的偶合，稱為弗米共振，往往裂分為兩個峰（醛基的C-H 伸縮振動28302965cm-1和其C-H 彎曲振動1390cm -1的倍頻峰發(fā)生弗米共振，裂分為兩個峰，在2840cm -1和2760cm

14、-1附近出現(xiàn)兩個中等強度的吸收峰，這成為醛基的特征峰）。第三節(jié) 紅外吸收光譜與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系一、紅外吸收光譜中的重要區(qū)段在紅外光譜中吸收峰的位置和強度取決于分子中各基團的振動形式和所處的化學(xué)環(huán)境。只要掌握了各種基團的振動頻率及其位移規(guī)律，就可應(yīng)用紅外光譜來鑒定化合物中存在的基團及其在分子中的相對位置。常見的基團在波數(shù)4000670 cm-1范圍內(nèi)都有各自的特征吸收，這個紅外范圍又是一般紅外分光光度計的工作測定范圍。在實際應(yīng)用時，為了便于對紅外光譜進行解析，通常將這個波數(shù)范圍劃分為以下幾個重要的區(qū)段，參考此劃分，可推測化合物的紅外光譜吸收特征；或根據(jù)紅外光譜特征，初步推測化合物中可能存在的基團。

15、1、O-H 、N-H 伸縮振動區(qū)（37503000 cm-1）不同類型的O-H 、N-H 伸縮振動列于表3-3中。2、C-H 伸縮振動區(qū)（33003000 cm-1）不同類型的化合物C-H 的伸縮振動在33003000區(qū)域中出現(xiàn)不同的吸收峰，見表3-4。不飽和碳上的C-H 伸縮振動（三鍵和雙鍵、苯環(huán)）3、C-H 伸縮振動區(qū)（30002700 cm-1）飽和碳上的C-H 伸縮振動（包括醛基上的C-H ）4、叁鍵和累積雙鍵區(qū)（24002100 cm-1）在IR 光譜中，波數(shù)在24002100 cm-1區(qū)域內(nèi)的譜帶較少，因為含三鍵和累積雙鍵的化合物，遇到的不多。各種類型的三鍵伸縮振動頻率和累積雙鍵不

16、對稱伸縮振動振動頻率列于表3-5中。5、羰基的伸縮振動區(qū)（19001650 cm-1）羰基的吸收最常見出現(xiàn)的區(qū)域為17551670 cm -1。由于羰基的電偶極矩較大，一般吸收都很強烈，常成為IR 光譜中的第一強峰，非常特征，故c=o吸收峰是判別有無C=O化合物的主要依據(jù)。c=o吸收峰的位置還和鄰近基團有密切關(guān)系。各種羰基化合物因鄰近的基團不同，具體峰位也不同，見表3-6。6、雙鍵伸縮振動區(qū)（16901500 cm-1）該區(qū)主要包括C=C，C=N，N=N，N=O等的伸縮振動以及苯環(huán)的骨架振動（c=c）。各類雙鍵伸縮振動吸收位置見表3-7。7、X-H 面內(nèi)彎曲振動及X-Y 伸縮振動區(qū)（14751

17、000 cm-1）這個區(qū)域主要包括C-H 面內(nèi)彎曲振動，C-O 、C-X （鹵素）等伸縮振動，以及C-C 單鍵骨架振動等。該區(qū)域是指紋區(qū)的一部分。在指紋區(qū)由于各種單鍵的伸縮振動以及和C-H 面內(nèi)彎曲振動之間互相發(fā)生偶合，使這個區(qū)域里的吸收峰變得非常復(fù)雜，并且對結(jié)構(gòu)上的微小變化非常敏感。因此，只要在化學(xué)結(jié)構(gòu)上存在細小的差異，在指紋區(qū)就有明顯的作用，就如同人的指紋一樣。由于譜圖復(fù)雜，出現(xiàn)的振動形式很多，除了極少數(shù)的較強的特征外，其他的難以找到他們的歸屬，但其主要價值在于表示整體分子的特征。因此指紋區(qū)對于鑒定化合物很有用。C-H 面內(nèi)彎曲振動及X-Y 伸縮振動的波數(shù)見表3-8。8、C-H 面外彎曲振

18、動區(qū)（1000650 cm-1）烯烴、芳烴的C-H 面外彎曲振動（C-H ）在1000650 cm -1區(qū)，對結(jié)構(gòu)敏感，人們常常借助于這些吸收峰來鑒別各種取代類型的烯烴及芳環(huán)上取代基位置等。烯烴的C-H 吸收位置列于表39。二、指紋區(qū)和官能團區(qū)從前面討論可以看出，從第1-6區(qū)的吸收都有一個共同點，每一紅外吸收峰都和一定的官能團相對應(yīng)，此區(qū)域稱為官能團區(qū)。官能團區(qū)的每個吸收峰都表示官能團的存在，原則上每個吸收峰均可以找到歸屬。第6和第7區(qū)和官能團區(qū)不同，雖然在此區(qū)域內(nèi)的一些吸收也對應(yīng)著某些官能團，但大量的吸收峰僅僅顯示該化合物的紅外特征，猶如人的指紋，指紋區(qū)的吸收數(shù)目較多，往往大部分不能找到歸屬

19、，但大量的吸收峰表示了有機化合物的具體特征。不同的條件也可以引起不同的指紋吸收的變化。指紋區(qū)中650-910區(qū)域又稱為苯環(huán)取代基苯環(huán)的不同取代位置會在這個區(qū)域內(nèi)有所反映。指紋區(qū)和官能團區(qū)對紅外譜圖的分析有所幫助。從官能團區(qū)可以找出該化合物存在的官能團，指紋區(qū)的吸收則用來和標準譜圖進行分析，得出未知的結(jié)構(gòu)和已知結(jié)構(gòu)相同或不同的確切結(jié)論。三、影響吸收頻率的因素在分子中各種基團的振動不是孤立的進行，要受到分子其它部分以及測定外部條件的影響，因此同一基團的振動在不同結(jié)構(gòu)中或不同的環(huán)境中其吸收位置都或多或少要有所移動，影響吸收頻率的因素可分為兩類：內(nèi)部因素和外部因素。1、內(nèi)部因素（1）、誘導(dǎo)效應(yīng)（I 誘

20、導(dǎo)）分子中引入不同電負性的原子或官能團，通過靜電誘導(dǎo)作用，可使分子中電子云密度發(fā)生變化，即鍵的極性發(fā)生變化 ，這種效應(yīng)稱為誘導(dǎo)效應(yīng)。由于這種誘導(dǎo)效應(yīng)的發(fā)生，使鍵的力常數(shù)發(fā)生改變，應(yīng)而發(fā)生化學(xué)鍵或官能團的特征頻率發(fā)生變化。以羰基為例，羰基中的氧原子有吸電子傾向，可表示為 ，即羰基是強極性基團。若有另一強吸電子基團和羰基的碳原子相連，由于它和氧原子爭奪電子，使羰基的極性減小，從而使羰基的電常數(shù)增-+加，用共振式可表示為（X 為F 、Cl 等電負性強的原子）吸收峰將向高波數(shù)移動，C=O可增加到90100 cm-1，如c=o 1731 cm-1 1800 cm-1 1920 cm-1 1928 cm-

21、1羰基碳上取代基吸電子基團時，也將使C=O波數(shù)增高，例如-氯代酮的C=O比一般酮高出20 cm-1。這種由吸電子基團或原子團引起的誘導(dǎo)效應(yīng)稱為親電誘導(dǎo)效應(yīng)，它使特征吸收頻率增高；而由推電子基團或原子團引起的誘導(dǎo)效應(yīng)，它使力常數(shù)減少，特征降低頻率降低。如丙酮中，由于CH 3是弱推電子基，與醛相比頻率吸收略有減少，C=O位于1715 cm-1處。碳原子的雜化態(tài)不同，其電負性也不同，即C SP CSP2CSP3，故有C=O 1770 cm-1 1725 cm-1（2）、共軛效應(yīng)（M 效應(yīng)）分子中形成大鍵所引起的效應(yīng)叫共軛效應(yīng)。共軛效應(yīng)的結(jié)果使共軛體系中的電子云密度平均化，例如1,3 丁二烯的4個C

22、原子都在一個平面上，4個C 原子共有全部電子，結(jié)果中間的單鍵具有一定的雙鍵性質(zhì)，而兩個雙鍵的性質(zhì)有所削弱， 由于共軛作用使原來的雙鍵略有伸長，力常數(shù)減少，所以振動頻率降低。C=O在1680 cm-1 （由于羰基和苯環(huán)形成共軛體系，C=O雙鍵特性減小所致）。C=O在1650 cm-1，而且C=C波數(shù)也降低，兩者吸收峰強度都增加。 H R Cl R F R FF O CH 3CH=CH2 O CH 3C 2H 5 CH 3CH=CHRCH 3O 2N+CH2CH=CHCH2CH 2=CHCH=CH2-C=O吸收峰為1770 cm-1C=O 吸收峰不大于1690-1（3）、偶極場效應(yīng)（F 效應(yīng)） I

23、 效應(yīng)和M 效應(yīng)都是通過化學(xué)鍵起作用使電子云密度發(fā)生變化，而F 效應(yīng)雖然也是使電子云的密度發(fā)生變化，但是它要經(jīng)過分子內(nèi)的空間才能起作用，因此只有在立體結(jié)構(gòu)上互相靠近的那些基團之間才能產(chǎn)生F 效應(yīng)。 C=O 1755cm -1 1742cm -1 1728cm -1C=O 1715cm -1 1728cm -1（由于偶極排斥作用，溴在第一個化合物中處在a 鍵上，但在第二個化合物中由于兩個甲基的位阻的影響，溴只能處于e 鍵上）（4）、空間效應(yīng)主要包括空間位阻效應(yīng)，環(huán)狀化合物的環(huán)張力和跨環(huán)中和。A 、空間位阻效應(yīng)取代基的空間位阻效應(yīng)將使得C=O與雙鍵的共軛受到限制，使C=O雙鍵性增加，波數(shù)升高。如：

24、A BC=O 1663 cm-1 1693 cm-1B 結(jié)構(gòu)中由于立體障礙比較大，使環(huán)上雙鍵和C=O不能處于同一平面，結(jié)果共軛受到限制，因此它的紅外吸收波數(shù)比A 高。同理可以解釋下列化合物的光譜數(shù)據(jù)：CH 3H 3CH 3CH 33C Cl Cl H Cl H Cl ClH -CH 3CH 33C=O1680 cm-1 1700 cm-1B 、環(huán)張力（鍵角張力作用）a 、對于環(huán)外雙鍵、環(huán)上羰基，隨著環(huán)的張力增加，其波數(shù)也相應(yīng)增加。 環(huán)酮類若以六元環(huán)為準，則六元環(huán)為準，則六元環(huán)至四元環(huán)每減少一元，波數(shù)增加30 cm-1左右。如：C=O1716 cm-1 1745 cm-1 1775 cm-1環(huán)狀

25、的酸酐、內(nèi)酰胺及內(nèi)脂類化合物中，隨著環(huán)的張力增加，C=O吸收峰向高波數(shù)方向移動。帶有張力的橋環(huán)羰基化合物，波數(shù)比較大，如：C=O =1808 cm-1 環(huán)外雙鍵的環(huán)烯，對于六元環(huán)烯來說，其C=C吸收位置和R 1R 2C=CH2型烯烴差不多，但當環(huán)變小時，則C=C吸收向高波數(shù)方向位移。例如：C=C1651 cm-1 1657 cm-1 1678 cm-1 1781 cm-1 如果不飽和的C=CH2基連在橋形五元環(huán)上，C=C雙鍵受歪扭的程度要比 大 ， 相當于 C=C1678 cm-1 1672 cm-1b 、環(huán)內(nèi)雙鍵的C=C吸收位置則隨環(huán)張力的增加而降低，且C=H吸收峰移向O233222222

26、高波數(shù)，如： C=C 1646 cm-1 1611 cm-1 1566 cm-1 1541 cm-1 C-H3017 cm-1 3045 cm-1 3060 cm-1 3076 cm-1如果雙鍵碳原子上的氫原子被烷基取代，則C=C將向高波數(shù)移動，例如：C=C1641 cm-1 1685 cm-1橋式的環(huán)內(nèi)烯中C=C吸收位置要比相應(yīng)的非橋式環(huán)內(nèi)烯低。如： 相當于C=C 1568 cm-11566 cm-1相當于C=C1614 cm-1 1611 cm-1C 、跨環(huán)中和生物堿克多品中C=O為1675cm -1，比正常的C=O吸收低，這是因為克多品存在以下的共振關(guān)系使得C=O鍵有趨于單鍵的性質(zhì)，使力

27、常數(shù)減小。如果讓克多品與過氯酸鹽成鹽，則根本看不到C=O的吸收峰。33H 3C 33333CH 3-33CH 3H ClO 4-（5）、氫鍵效應(yīng)氫鍵的形成，往往對吸收峰的位置和強度都有極明顯的影響。通?？墒股炜s振動頻率向低波數(shù)方向移動。這是因為質(zhì)子給出基X-H 與質(zhì)子接受基Y 形成了氫鍵：X-H 、Y ，其X 、Y 通常是N 、O 、F 等電負性大的原子。這種作用使電子云密度平均化，從而使鍵的力常數(shù)減少，頻率下降。氫鍵分為分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵。 A 、分子內(nèi)氫鍵分子內(nèi)氫鍵的形成，可使譜帶大幅度地向低波數(shù)方向位移。例如OH 與C=O基形成分子內(nèi)氫鍵， C=O及O-H 吸收都向低波數(shù)移動。例如：

28、形成分子內(nèi)氫鍵 未形成分子間氫鍵C=O（締合）1622 cm-1 C=O （游離）1676 cm-11672 cm-1 1673 cm-1 O-H（締合） 2843 cm-1 O-H（游離） 36153605 cm-1-二酮或-羰基酸酯，因為分子內(nèi)部發(fā)生互變異構(gòu)，分子內(nèi)形成氫鍵吸收峰也將發(fā)生位移。在IR 光譜上能夠出現(xiàn)各種異構(gòu)體的峰帶，例如： 酮式 烯醇式 C=O 1738 cm-1 C=O 1650 cm-11717 cm-1 O-H3000 cm-1B 、分子間氫鍵醇和酚的OH 基，在極稀的溶液中呈游離態(tài)，分子在36503500 cm-1出現(xiàn)吸收峰，隨著濃度的增加，分子間形成氫鍵，故O-H

29、吸收峰向低波數(shù)方向位移。圖330是不同濃度的乙醇在CCl 4溶液中的IR 光譜。當乙醇溶液的濃CH 3COCH 2CO 2C 2H 5HH 3C2H 5度為1mol/L時，乙醇分子以多聚體的形式存在（分子間締合）， O-H（締合）移到3350 cm-1處，若在稀溶液中測定（0.01mol/L）, 分子間氫鍵消失，在3640 cm -1處只出現(xiàn)游離O-H吸收峰。所以可以用改變濃度的方法，區(qū)別游離OH的峰與分子間OH 的峰。分子內(nèi)氫鍵不隨溶液濃度的改變而改變，因此，其特征頻率也基本保持不變。如鄰硝基苯酚在濃溶液或在稀溶液中測定時O-H吸收峰在3200 cm -1處，譜帶強度并不因溶液稀釋而減弱，而

30、分子間氫鍵譜帶強度隨溶液濃度增加而增加。 （6）、振動偶合效應(yīng)當兩個頻率相同或相近的基團聯(lián)結(jié)在一起時，它們之間可能產(chǎn)生相互作用而使譜峰裂分成兩個，一個高于正常頻率，一個低于正常頻率。這種相互作用稱為振動偶合。 as （C=O）1815cm-1 s （C=O）1790cm-1as （C=O）1710cm -1 s （C=O）1700cm -1在二元酸HOOC(CH2nCOOH 分子中，當n=1 C=O 1740cm-1，1710 cm-1當n=2 C=O 1780cm-1，1700 cm-1，（7）、費米共振效應(yīng)當一振動的倍頻（或組頻）與另一振動的基頻吸收峰接近時，由于發(fā)生相互作用而產(chǎn)生很強的吸

31、收峰或發(fā)生裂分，這種倍頻（或組頻）與基頻峰之間的振動偶合稱費米共振。苯甲酰氯的C=O 為1773cm -1和1736 cm -1（由于C=O17731776 cm -1和苯環(huán)的C-C 的彎曲振動880860cm-1倍頻發(fā)生弗米共振，使C=O裂分。 （8、）樣品物理狀態(tài)的影響同一種化合物在固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)時IR 光譜不相同，所以在查閱標準譜圖時，要注意試樣狀態(tài)及制樣方法。在氣態(tài)時。分子間的相互作用很小，在低壓下能得到游離分子的吸收峰。在液態(tài)時，由于分子間出現(xiàn)締合或分子內(nèi)氫鍵的存在，IR 光譜與氣態(tài)和固態(tài)情況不同，峰的位置與強度都會發(fā)生變化。在固態(tài)時，因晶格力場的作用，發(fā)生了分子振動與晶格振動的偶

32、合，將出現(xiàn)某些新的吸收峰。其吸收峰比液態(tài)和氣態(tài)時尖銳且數(shù)目增加（丙酮C=O在氣態(tài)時1738cm -1，液態(tài)1715cm -1）。 2、外部因素外部因素主要指溶劑及儀器色散元件的影響。 （1）、溶劑的影響極性基團的伸縮振動頻率常常隨溶劑的極性增大而降低。同一種化合物在不同的溶劑中，因為溶劑的各種影響，會使化合物的特征頻率發(fā)生變化。因此在IR 光譜的測量中盡量采用非極性溶劑氣態(tài) C=O1780cm -1（游離）非極性溶劑 C=O 1760 cm-1（游離）乙醚中 C=O 1735 cm-1乙醇中 C=O 1720 cm-1s （C=O） 1400 cm-1堿液中 as （C=O） 16101550

33、 cm-1（2）、儀器色散元件的影響紅外分光光度計中使用的色散元件主要為棱鏡和光柵兩類，棱鏡的分辨率低，光柵的分辨率高，特別在40002500波段內(nèi)尤為明顯。第四節(jié) 各類有機化合物紅外吸收光譜伸縮振動，面內(nèi)彎曲振動，面外彎曲振動一、烷烴飽和烷烴IR 光譜主要由C-H 鍵的骨架振動所引起，而其中以C-H 鍵的伸縮振動最為有用。在確定分子結(jié)構(gòu)時，也常借助于C-H 鍵的變形振動和C-C 鍵骨架振動吸收。烷烴有下列四種振動吸收。 1、C-H 在29752845 cm -1范圍，包括甲基、亞甲基和次甲基的對稱與不對OHC OHOH2H 52H 5HOC 2H 5O C O稱伸縮振動2、C-H 在1460

34、 cm -1和1380 cm -1處有特征吸收，前者歸因于甲基及亞甲基C-H 的as ，后者歸因于甲基 C-H 的s 。1380 cm-1峰對結(jié)構(gòu)敏感，對于識別甲基很有用。共存基團的電負性對1380 cm-1峰位置有影響，相鄰基團電負性愈強，愈移向高波數(shù)區(qū)，例如，在CH 3F 中此峰移至1475 cm-1。異丙基 1380 cm-1 裂分為兩個強度幾乎相等的兩個峰 1385 cm-1、1375 cm-1叔丁基 1380 cm-1 裂分1395 cm-1 、1370cm -1兩個峰，后者強度差不多是前者的兩倍，在1250 cm-1、1200 cm-1附近出現(xiàn)兩個中等強度的骨架振動。3、C-C 在

35、1250800 cm-1范圍內(nèi)，因特征性不強，用處不大。 4、C-H 分子中具有（CH 2）n 鏈節(jié)，n大于或等于4時，在722 cm-1有一個弱吸收峰，隨著CH 2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。二、烯烴烯烴中的特征峰由C=C-H鍵的伸縮振動以及C=C-H鍵的變形振動所引起。烯烴分子主要有三種特征吸收。1、C=C-H 烯烴雙鍵上的C-H 鍵伸縮振動波數(shù)在3000 cm-1以上，末端雙鍵氫 在30753090 cm-1有強峰最易識別。2、C=C 吸收峰的位置在16701620 cm -1。隨著取代基的不同，C=C吸收峰的位置有所不同，強度也發(fā)生變化。3、C=C-H烯

36、烴雙鍵上的C-H 鍵面內(nèi)彎曲振動在15001000 cm -1，對結(jié)構(gòu)不敏感，用途較少；而面外搖擺振動吸收最有用，在1000700 cm-1范圍內(nèi)，該振動對結(jié)構(gòu)敏感，其吸收峰特征性明顯，強度也較大，易于識別，可借以判斷雙鍵取代情況和構(gòu)型。RHC=CH2 995985cm-1（=CH，S ） 915905 cm-1（=CH2，S ）R 1R 2C=CH2 895885 cm-1（S ）（順）-R 1CH=CHR2 690 cm-1 （反）-R 1CH=CHR2 980965 cm-1（S ）R 1R 2C=CHR3 840790cm-1 （m ）三、炔烴在IR 光譜中，炔烴基團很容易識別，它主要

37、有三種特征吸收。 21、 該振動吸收非常特征，吸收峰位置在33003310 cm-1，中等強度。N-H 值與C-H 值相同，但前者為寬峰、后者為尖峰，易于識別。2、 一般 鍵的伸縮振動吸收都較弱。一元取代炔烴 出現(xiàn)在21402100 cm -1，二元取代炔烴在22602190 cm -1，當兩個取代基的性質(zhì)相差太大時，炔化物極性增強，吸收峰的強度增大。當 處于分子的對稱中心時， 為紅外非活性。3、 炔烴變形振動發(fā)生在680610 cm-1。四、芳烴芳烴的紅外吸收主要為苯環(huán)上的C-H 鍵及環(huán)骨架中的C=C鍵振動所引起。芳族化合物主要有三種特征吸收。1、Ar-H 芳環(huán)上C-H 吸收頻率在31003

38、000 cm-1附近，有較弱的三個峰，特征性不強，與烯烴的C=C-H頻率相近，但烯烴的吸收峰只有一個。 2、C=C 芳環(huán)的骨架伸縮振動正常情況下有四條譜帶，約為1600，1585，1500，1450 cm-1，這是鑒定有無苯環(huán)的重要標志之一。3、Ar-H 芳烴的C-H 變形振動吸收出現(xiàn)在兩處。1275960 cm-1為Ar-H ，由于吸收較弱，易受干擾，用處較小。另一處是900650 cm -1的Ar-H 吸收較強，是識別苯環(huán)上取代基位置和數(shù)目的極重要的特征峰。取代基越多，Ar-H 頻率越高，見表3-10。若在16002000 cm-1之間有鋸齒壯倍頻吸收（C-H 面外和C=C面內(nèi)彎曲振動的倍

39、頻或組頻吸收），是進一步確定取代苯的重要旁證。苯 670cm -1（S ） 單取代苯 770730 cm-1（VS ），710690 cm-1（S ）1,2-二取代苯 770735 cm-1（VS ）1,3-二取代苯 810750 cm-1（VS ）,725680 cm-1（mS）1,4-二取代苯 860800 cm-1（VS ）五、鹵化物隨著鹵素原子的增加，C-X 降低。如C-F （11001000 cm-1）；C-Cl （750700cm -1）；C-Br （600500 cm-1）；C-I （500200 cm-1）。此外，C-X 吸收峰的頻率容易受到鄰近基團的影響，吸收峰位置變化較大，

40、尤其是含氟、含氯的化合C C C C C C C C C H物變化更大，而且用溶液法或液膜法測定時，常出現(xiàn)不同構(gòu)象引起的幾個伸縮吸收帶。因此IR 光譜對含鹵素有機化合物的鑒定受到一定限制。六、醇和酚醇和酚類化合物有相同的羥基，其特征吸收是O-H 和C-O 鍵的振動頻率。1、 O-H 一般在36703200 cm-1區(qū)域。游離羥基吸收出現(xiàn)在36403610 cm-1，峰形尖銳，無干擾，極易識別（溶劑中微量游離水吸收位于3710 cm -1）。OH 是個強極性基團，因此羥基化合物的締合現(xiàn)象非常顯著，羥基形成氫鍵的締合峰一般出現(xiàn)在35503200 cm-1。1,2-環(huán)戊二醇 順式異構(gòu)體 P 470.

41、005mol/L (CCl4 3633 cm-1（游離），3572 cm-1（分子內(nèi)氫鍵）。0.04 mol/L (CCl4 3633 cm-1（游離），3572 cm-1（分子內(nèi)氫鍵）3500cm-1(分子間氫鍵 。2、C-O 和O-H C-O 鍵伸縮振動和O-H 面內(nèi)彎曲振動在14101100 cm-1處有強吸收，當無其它基團干擾時，可利用C-O 的頻率來了解羥基的碳鏈取代情況（伯醇在1050cm -1，仲醇在1125cm -1，叔醇在1200cm -1，酚在1250cm -1）。七、醚和其它化合物醚的特征吸收帶是C-O-C 不對稱伸縮振動，出現(xiàn)在11501060cm-1處，強度大，C-C

42、 骨架振動吸收也出現(xiàn)在此區(qū)域，但強度弱，易于識別。醇、酸、酯、內(nèi)酯的C-O 吸收在此區(qū)域，故很難歸屬。八、醛和酮醛和酮的共同特點是分子結(jié)構(gòu)中都含有（C=O），C=O在17501680cm-1范圍內(nèi)，吸收強度很大，這是鑒別羰基的最明顯的依據(jù)。臨近基團的性質(zhì)不同，吸收峰的位置也有所不同。羰基化合物存在下列共振結(jié)構(gòu)：A BC=O 鍵有著雙鍵性 強的A 結(jié)構(gòu)和單鍵性強的B 結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)。共軛效應(yīng)將使C=O吸收峰向低波數(shù)一端移動，吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)使C=O的吸收峰向高+-波數(shù)方向移動。，不飽和的羰基化合物，由于不飽和鍵與C=O的共軛，因此C=O鍵的吸收峰向低波數(shù)移動C=O 16851665cm-1 174

43、51725cm-1苯乙酮 對氨基苯乙酮 對硝基苯乙酮C=O 1691cm -1 1677cm -1 1700cm -1 一般在27002900cm-1 區(qū)域內(nèi)，通常在2820 cm-1、2720 cm-1附近各有一個中等強度的吸收峰，可以用來區(qū)別醛和酮。九、羧酸1、O-H 游離的O-H 在3550 cm-1，締合的O-H 在33002500 cm-1，峰形寬而散，強度很大。2、C=O 游離的C=O一般在1760 cm-1附近，吸收強度比酮羰基的吸收強度大，但由于羧酸分子中的雙分子締合，使得C=O的吸收峰向低波數(shù)方向移動，一般在17251700 cm-1，如果發(fā)生共軛，則C=O的吸收峰移到169

44、01680 cm-1。3、C-O 一般在14401395 cm-1，吸收強度較弱。 4、O-H 一般在1250 cm-1附近，是一強吸收峰，有時會和C-O 重合。十、酯和內(nèi)酯1、C=O 17501735 cm -1處出現(xiàn)（飽和酯C=O 位于1740cm -1處），受相鄰基團的影響，吸收峰的位置會發(fā)生變化。2、C-O 一般有兩個吸收峰，13001150 cm-1，11401030 cm-1十一、酰鹵C=O 由于鹵素的吸電子作用，使C=O雙鍵性增強，從而出現(xiàn)在較高波數(shù)處，一般在1800cm-1處，如果有乙烯基或苯環(huán)與C=O共軛，會使C=O變小，一般在17801740cm-1處。十二、酸酐1、C=O

45、 由于羰基的振動偶合，導(dǎo)致C=O有兩個吸收，分別處在18601800 cm -1和18001750 cm-1區(qū)域，兩個峰相距60 cm-1。2、C-O 為一強吸收峰，開鏈酸酐的C-O 在11751045 cm-1處，環(huán)狀酸酐13101210 cm-1處。RCH=CHCORRCHClCOR十三、酰胺1、C=O 酰胺的第譜帶，由于氨基的影響，使得C=O向低波數(shù)位移，伯酰胺16901650 cm-1，仲酰胺 16801655 cm-1，叔酰胺16701630 cm-1。2、N-H 一般位于35003100 cm-1，伯酰胺 游離位于3520 cm-1和3400 cm-1，形成氫鍵而締合的位于3350

46、 cm-1和3180 cm-1，均呈雙峰；仲酰胺 游離位于3440 cm -1，形成氫鍵而締合的位于3100 cm -1，均呈單峰；叔酰胺無此吸收峰。3、N-H 酰胺的第譜帶，伯酰胺N-H 位于16401600 cm -1；仲酰胺15001530 cm-1，強度大，非常特征；叔酰胺無此吸收峰。4、C-N 酰胺的第譜帶，伯酰胺14201400 cm-1，仲酰胺 13001260 cm-1，叔酰胺無此吸收峰。十四、胺1、N-H 游離位于35003300 cm-1處，締合的位于35003100 cm-1處。含有氨基的化合物無論是游離的氨基或締合的氨基，其峰強都比締合的OH 峰弱，且譜帶稍尖銳一些，由

47、于氨基形成的氫鍵沒有羥基的氫鍵強，因此當氨基締合時，吸收峰的位置的變化不如OH 那樣顯著，引起向低波數(shù)方向位移一般不大于100cm -1。伯胺 35003300 cm-1有兩個中等強度的吸收峰（對稱與不對稱的伸縮振動吸收），仲胺在此區(qū)域只有一個吸收峰，叔胺在此區(qū)域內(nèi)無吸收。2、C-N 脂肪胺位于12301030 cm-1處，芳香胺位于13801250 cm-1處。 3、N-H 位于16501500 cm -1處，伯胺的N-H 吸收強度中等，仲胺的吸收強度較弱。4、N-H 位于900650 cm-1處，峰形較寬，強度中等（只有伯胺有此吸收峰）。第五節(jié) 紅外吸收光譜的解析一、譜圖解析的方法利用紅外

48、光譜進行分析，大致可分為官能團定性分析和結(jié)構(gòu)分析兩方面。官能團定性是根據(jù)化合物的IR 光譜的特征峰，測定物質(zhì)含有哪些官能團，從而確定化合物的類別。結(jié)構(gòu)分析是由化合物的IR 光譜，結(jié)合其它性質(zhì)測定有關(guān)化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式或立體結(jié)構(gòu)。在進行化合物的鑒定及結(jié)構(gòu)分析時，對譜圖經(jīng)常用到直接法、否定法和肯定法。1、直接法 用已知物的標準品與被測品在相同的條件下，測定IR 光譜，并進行對照，完全相同時則可肯定為同一化合物。應(yīng)特別注意兩點：一是所用儀器與標準譜圖是否一致，二是測定的條件（樣品的物理狀態(tài)、樣品的濃度及溶劑等）與標準譜圖是否一致2、否定法 依據(jù)IR 光譜與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，譜圖中某些波數(shù)的吸收峰反映了

49、某種基團的存在，如果譜圖中不出現(xiàn)某種吸收峰時，就可否定某種基團的存在。3、肯定法 借助于紅外光譜中特征吸收峰，以確定某種特征基團存在的方法。譜圖中在1740處有強的吸收，并且在12601050區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)兩個強的吸收峰，就可判定分子中含有酯基。二、譜圖解析的步驟測得試樣的IR 光譜后，接著就是對譜圖進行分析。應(yīng)該說，譜圖解析并無嚴格的程序和規(guī)則。在本節(jié)的上半部分對各基團的IR 光譜進行了簡單的討論，并將中紅外區(qū)分成八個區(qū)域。解析譜圖時，可先從各區(qū)域的特征頻率入手，發(fā)現(xiàn)基團后，再根據(jù)指紋區(qū)進一步核證其基團及其與其它基團的結(jié)合方式。例如1-辛烯CH 3(CH2 5CH=CH2的紅外光譜。見圖326。

50、在該光譜中有-CH=CH2基的存在，可觀察到3040 cm-1附近的不飽和=C-H伸縮振動（圖中a ）、16801620 cm-1處的 C=C伸縮振動（圖中b ）和990 cm-1及910 cm-1處的=C-H及=CH2面外搖擺振動（圖中c ）四個特征峰。這一組特征峰是因-CH=CH2基存在而存在的相關(guān)峰?？梢?，用一組相關(guān)峰可以更準確地鑒別官能團。單憑一個特征峰就下結(jié)論是不夠的，要盡可能把一個基團的每個相關(guān)峰都找到。也就是既有主證，還得有佐證才能肯定。這是應(yīng)用IR 光譜進行定性分析的一個原則。有這樣的一個經(jīng)驗叫做 四先、四后、一抓法 ，即先特征，后指紋；先最強峰，后次強峰，再中強峰；先粗查，后

51、細查；先肯定，后否定；一抓是抓一組相關(guān)峰。譜圖具體解析步驟如下：（1）、了解樣品的來源、純度（要求98%以上）外觀包括對樣品的顏色、氣味、物理狀態(tài)、灰分等觀察。如果未知樣品含有雜質(zhì)，要進行分離、提純。（2）、收集相關(guān)信息IR 光譜不易得到總體信息，如分子量、分子式等，若不給出其它方面資料而解析IR 光譜，在多數(shù)情況下是困難的，為了IR 光譜的解析，應(yīng)盡可能收集到元素分析值從而確定未知物的實驗式；有條件時應(yīng)測定其分子量以確定分子式，通過分子式，計算化合物的不飽和度。同時還收集一般的理化常數(shù)如溶解度、沸點、熔點、折光率、旋光度等以及紫外、質(zhì)譜、核磁共振和化學(xué)性質(zhì)等資料。（3）、由IR 光譜確定基團

52、及其結(jié)構(gòu)從高波數(shù)吸收峰確定原子基團及其結(jié)構(gòu)。即首先觀察40001330 cm -1范圍內(nèi)出現(xiàn)的特征吸收峰，它們是由H 和C 、N 、O 等各原子的伸縮振動或者是多重鍵的伸縮振動所引起的。接著從低波數(shù)區(qū)（指紋區(qū)）相應(yīng)吸收的另外數(shù)據(jù)中得到進一步確認。在分析譜帶時，不僅要考慮譜帶的位置，而且要考慮譜帶的形狀和強度。如在19901650 cm -1之間有強吸收，則可能含有羰基；如果在此區(qū)間內(nèi)有弱的吸收帶，則肯定不是羰基，而要考慮其他的基團存在的可能。有時遇到的困難往往是位于該區(qū)的峰有幾種解釋，在這種情況下就要根據(jù)其它區(qū)域峰特征吸收，方能作出最后判斷。例如位于1675 cm-1處強峰，可以肯定是羰基，但

53、是是哪種化合物（醛、同酮、羧酸、酯、酰胺）中的羰基呢？假如在2720 cm-1處出現(xiàn)一個弱的吸收峰，就肯定是醛的羰基了。注意整個分子各個基團的相互影響因素。（4）、根據(jù)以上三點推測可能的結(jié)構(gòu)式。（5）、查閱標準譜圖集三、解析譜圖注意事項1、IR 光譜是測定化合物結(jié)構(gòu)的，只有分子在振動的狀態(tài)下伴隨有偶極矩變化者才能有紅外吸收。對應(yīng)異構(gòu)體具有相同的光譜，不能用IR 光譜來鑒別這類異構(gòu)體。2、某些吸收峰不存在，可以確信某基團不存在；相反，吸收峰存在并不是該基團存在的確認，應(yīng)考慮雜質(zhì)的干擾。3、在一個光譜圖中的所有吸收峰并不能全部指出其歸屬，因為有些峰是分子作為一個整體的特征吸收，而有些峰則是某些峰的倍頻或組頻，另外還有些峰是多個基團振動吸收的疊加。4、在4000650 cm-1區(qū)只顯少數(shù)幾個寬吸收者，大多數(shù)為無機化合物的譜圖。5、在3350 cm-1和1640 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰，很可能是樣品中的水引起的。6、高聚物的光譜較之于形成這