红外光谱第二节2-3.ppt

1、第二节 红外光谱的重要吸收区段,一、 特征区、指纹区和相关峰的概念,特征频率是与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率。 例： 2800 3000 cm-1 CH3 特征峰； 1600 1850 cm-1 C=O 特征峰； 基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化： CH2COCH2 1715 cm-1 酮 CH2COO 1735 cm-1 酯 CH2CONH 1680 cm-1 酰胺,(3)相关峰 每个官能团都有几种振动 方式，能产生红外吸收光谱的每种振动一般产生一个相应的吸收峰。习惯上把这些相互依存又可相互佐证的吸收峰，称为相关峰。例如 CH3的相关峰为： 伸缩振动： as

2、 2960cm-1 s 2870cm-1 面内弯曲振动：1470cm-1 和1380cm-1,面外弯曲振动：720 cm-1,又如, 羧基(-COOH)的一组红外吸收峰为: O-H 在34002400cm-1区间有很宽的吸收峰； C=O在1710cm-1附近有强、宽吸收峰； C-O在1260cm-1附近有中等强度吸收峰； O-H(面外弯曲)在930cm-1附近有弱宽峰。 这一组特征峰是羧基的相关峰.,再如， 含苯芳香化合物存在一组相关峰： Ar-H 3050cm-左右，C=C1600、1500cm-1 （苯环的骨架振动），以及20001667cm-1的泛频峰，Ar-H(面外弯曲)900690c

3、m-1。 在确定有机化合物中是否存在某种官能团时，当然首先应看特征峰，但相关峰的存在常常也是一个有力的辅证。,红外光谱8个重要区段与有机物官能团特征频率 特征频率区 区 段 波数/cm-1 振动类型 (1) NH OH OH 37503000 NH 伸缩振动区 (2)不饱和CH 伸缩振动区 33003000 CH =CH (烯烃和芳环) (3)饱和CH 伸缩振动区 30002700 CH,（RCHO),区 段 波数/cm-1 振动类型 (4)三键和 24002100 CC 累积双键 CN 伸缩振动区 C=C=C (5)羰基 19001650 C=O 伸缩振动区 (6)双键 16801500 C

4、=C 伸缩振动区 (烯烃和芳环) (7)饱和CH 面内弯曲 振动区 14751300 CH(面内),指纹区 区 段 波数/cm-1 振动类型 (8)不饱和CH 面外弯曲 振动区 1000650 =CH(面外) CH(面外),（1）OH 3700 3200 cm-1 确定 醇，酚，酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。,醇羟基化合物的红外吸收光谱,乙醇的红外吸收光谱（液膜法）,乙醇的红外光谱（1%乙醇的CCl4溶液）,3650cm-1：OH伸缩振动，游离羟基：其它同上图,酚的红外吸收光谱,酚同醇一样，由于OH的伸缩振动，在3520 31

5、00 cm-1 有一个强而宽的吸收带（缔和羟基）。但酚与醇的CO伸缩振动不同：,苯酚的红外光谱,对甲苯酚的红外光谱,醇与酚：醇与酚以游离态存在时，OH 在36503590 cm-1范围内中等强度吸收。 随着浓度增大，分子间氢键的形成，醇或酚以二聚态或多聚态存在，OH 向低波数位移，且出现多条谱带。多聚态的醇或酚OH伸缩振动约于3350cm-1出现强、宽吸收带。 羟基伸缩振动谱带因分子内氢键的形成而明显向低波数位移，且谱带强度增大、变宽。酚羟基内氢键的存在，使OH 向低波数位移幅度更大。,总 结,羧酸；羧酸在固态、液态、极性溶剂及大于0.01摩尔的非极性溶剂中，通常都以二聚体的形式存在。 二聚体

6、羧酸O-H伸缩振动较醇、酚位于更低波数，通常在33002500 cm-1范围，中心约3000 cm-1，谱带宽。 羧酸与醇、酚的区别在于前者有C=O相关谱带。3000-2500 cm-1范围的宽、散谱带为二聚体羧基中O-H伸缩振动的特征谱带。,它的缔合O-H伸缩振动在2500-3000cm-1范围内有一个羧酸特征强的宽谱带; 羧基中C=O伸缩振动与直链酮相同:17251700cm-1; 羧酸盐含有两个CO-的伸缩振动:16101550cm-1; 14201300cm-1,（2）N-H伸缩振动 含有N-H键的胺、酰胺及铵盐类在此峰区均出现N-H伸缩振动。胺或酰胺中N-H伸缩振动出现在3500-3

7、150 cm-1范围，弱或中等强度吸收带， NH 较OH 谱带弱、尖。 胺类：伯胺在此范围出现二条谱带约3500、3400 cm-1，对应于NH2的不对称伸缩振动和对称伸缩振动。仲胺于约3400 cm-1出现一条谱带，叔胺无此带。,酰胺类：酰胺除了极稀溶液中的游离态(N-H 3500-3400 cm-1)外，一般以缔合状态存在。伯酰胺于3350 cm-1、3150 cm-1附近出现双峰。谱带强度较游离态增大。仲酰胺于3200 cm-1附近出现一条谱带，如N-苯基丙炔酰胺，N-H 3270 cm-1(m)。叔酰胺此范围无吸收带。,苯胺的红外光谱,N-己基甲胺的红外光谱图,丙酰胺,例：顺式1，2-

8、环戊二醇的CCl4稀溶液，在3633cm-1和3572cm-1有两个峰，为什么？当溶液浓度增加时，为何又出现3500cm-1的峰，3633及3572cm-1处的峰有何变化？,A化合物是仲胺，在此区段有两个N-H伸缩振动峰，分别是对称与不对称伸缩振动峰； B化合物是叔酰胺，不存在N-H键，因此在该区段内没有吸收峰。,3080 cm-1 为=C-H伸缩振动 1820,995,915 cm-1 为:-CH=CH-H的面外摇摆弯曲振动. 末端乙烯基的特征频率.,例: 1-辛烯的红外光谱,例. -蒎烯的红外光谱图,芳烃： 芳烃C-H伸缩振动吸收带出现在3030 cm-1附近，或仅作为饱和C-H伸缩振动谱

9、带的一个肩峰。当用高分辨红外光谱仪测定时，有时在31003000 cm-1范围观测到多条谱带，如单取代苯由23条谱带组成。这是芳环C-H伸缩振动和芳环骨架振动倍频带的共同贡献。较强的谱带来源于芳环C-H伸缩振动。,芳环C=C伸缩振动:1608,1493, 1462 cm-1;甲基C-H弯曲振动:1449cm-1;芳环=C-H伸缩振动:3021cm-1;甲基C-H伸缩振动:2941cm-1;甲基C-H弯曲振动:1376cm-1;苯的1,2-二元取代:746cm-1,邻二甲苯的红外光谱,炔烃： 炔氢的C-H 约为3300 cm-1(m)。该谱带位于缔合态的O-H 、N-H范围内，在无羟基干扰时，可

10、以从谱带的强度及形状来识别。C-H 谱带的特点是比缔合态的O-H 吸收弱，比N-H吸收强。谱带尖锐。C-H与羰基共轭对C-H 吸收频率无明显影响。,例. 1-己炔的红外光谱图 末端炔烃在3300 cm-1 明显的C-H键伸缩振动吸收谱带;600700 cm-1 C-H键弯曲振动;21002140 cm-1 C C伸缩振动.,环张力较大的三元环体系，环上饱和CH的伸缩振动谱带位于3100一2990 cm-1范围，强吸收带,如环丙烷的CH2：as 3060 cm-1，s 3000 cm-1。1，2-环氧十二烷中3030 cm-1 为环氧丙基CH2的反对称伸缩振动。饱和卤代烃中与卤素直接相连的C-H

11、伸缩振动也位于此范围。如CH3I 3060 cm-1, CH3Br 3050 cm-1, CHCl3 3042 cm-1。 利用31003000 cm-1范围的谱带判断烯基及苯基的存在时，应注意三元环及卤代烃C-H伸缩振动的干扰。,A在3000 cm-1以上有芳环C-H伸缩振动（3025 cm-1), 而B在该区域无吸收.,1）饱和碳原子上的CH,CH3 2960 cm-1 不对称伸缩 2870 cm-1 对称伸缩振动 CH2 2930 cm-1 不对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动 CH 2890 cm-1 弱吸收,3000 cm-1 以下,28503000cm-1 C-H伸缩振

12、动,720725cm-1的平面摇摆弯曲振动(-CH2-),14501470cm-1的剪式弯曲振动(-CH2-,-CH3) ; 13701380cm-1平面摇摆弯曲振动(-CH3),正辛烷的红外光谱,例：烷烃的红外光谱,癸烷,醛基(-CHO)： 醛基中C-H位于2820, 2720 cm-1。是醛基中C-H伸缩振动和C-H弯曲振动(约1390 cm-1)的倍频之间Fermi共振的贡献。表现为双谱带，是醛基的特征吸收谱带，可作为分子中有无醛基存在的一个依据。 少数醛类化合物,醛基C-H弯曲振动明显地偏离1390 cm-1，其倍频远离C-H伸缩振动谱带，不发生Fermi共振，只能观测到一条谱带。如三

13、氯乙醛(CCl3CHO)，无饱和C-H伸缩振动干扰，仅在2851 cm-1呈现单谱带。,羰基化合物在16801850cm-1处有一个强的羰基伸缩振动吸收峰。醛基C-H在2720cm-1处有尖锐的特征吸收峰。,醛的红外光谱,丙烯醛的红外光谱图,2-甲基丁醛的红外光谱图,炔烃CC伸缩振动 炔烃CC伸缩振动位于22602100 cm-1范围。1-己炔CC约为2150 cm-1。非对称双取代炔CC伸缩振动在红外光谱中可观测到，但谱带较末端炔基的伸缩谱带更弱。 多炔化合物的CC伸缩振动谱带数目可能超出叁键的数目，是振动偶合所致。,例 1-己炔的红外光谱图,炔烃末端C-H伸缩振动,甲基亚甲基C-H伸缩振动

14、,碳碳三键伸缩振动,非末端炔烃: CC伸缩振动则在21902260cm-1,为一弱吸收带,往往很难觉察.,例: 2-辛炔的红外光谱,碳碳三键伸缩振动,甲基亚甲基C-H伸缩振动,CN伸缩振动 腈基化合物中CN伸缩振动谱带在22602240 cm-1范围。CN键极性较CC键强,其谱带强度也较CC 谱带强。CN与苯环或双键共轭, 谱带向低波数位移2030 cm-1。,碳氮三键伸缩振动,丙烯腈的红外光谱图,碳氮三键伸缩振动,炔基氢,C-H弯曲振动峰,(五）羰基的伸缩振动区,（5）旋转异构 不少含一个羰基的化合物，其羰基区却出现两个以上峰，而且与浓度无关，只与溶剂和温度有关，则可能是因为存在旋转异构。,

15、S-cis VC=O 1699 cm-1,S-trans VC=O 1674 cm-1,(五）羰基的伸缩振动区,（6）场效应 分子中二个羰基靠近，发生偶极-偶极相互作用（场效应）。,VC=O 1720 cm-1,VC=O 1745 cm-1,(五）羰基的伸缩振动区,（7）共轭受阻 VC=O升高。,1693 cm-1,1705 cm-1,(五）羰基的伸缩振动区,（7）相影响 较明显，因C=O为极性基团，相不同缔合不同。所以液-固相差别很大。,VC=O 糊 1644 1731 cm-1 CCl4 1622 1749 cm-1,酰卤：酰卤中C=O 吸收位于高波数端，特征，无干扰，(乙酰氯1805)。

16、,酸酐：酸酐中两个羰基振动偶合产生双峰，约60-80 cm-1，开链酸酐(约1830，1760 cm-1)高波数谱带强度较大。，-不饱和酸酯或苯甲酸酯，低波数位移(约20 cm-1)。 丙酸酐红外光谱图,乙酸乙酯的红外光谱,而对于酯类化合物，脂肪酸酯C=O约1735 cm-1，-不饱和酸酯或苯甲酸酯，由于-共轭，C=O极性增强，双键强度降低，低波数位移(约20 cm-1)。乙烯酯中氧原子p-共轭分散，诱导为主，C=O 吸收向高波数位移(17451760 cm-1)。C=C与C=O共轭，C=C约为1667 cm-1，谱带强度增大。,酰胺：C=O 吸收在1690-1630 cm-1范围，缔合态及叔

17、酰胺C=O 约1650 cm-1。 如丙酰胺：,羧基中C=O伸缩振动与直链酮相同:17251700cm-1; 它的缔和O-H伸缩振动在2500-3000cm-1范围内有一个羧酸特征强的宽谱带;,醛：羰基在1700 cm-1以上。 2-甲基丁醛 丙烯醛,2-甲基丁醛 丙烯醛,酮：酮类化合物C=O 吸收是其唯一特征吸收带。在1700 cm-1以上。如：2-己酮：,羰基若与邻近基团发生共轭,则吸收频率降低:,苯乙酮的红外光谱,C=C伸缩振动吸收,N=O不对称伸缩振动,N=O对称伸缩振动,烯烃：C=C伸缩振动位于16801620 cm-1范围。与C=O 吸收相比，C=C吸收频率较低，吸收强度也弱很多。

18、 随着双键上R取代基增多，其吸收强度减弱，双键与氧相连时，吸收强度显著增大，双键与C=O共轭，C=C 吸收向低波数位移，强度增大。,-蒎烯,C=C伸缩振动,甲基、亚甲基C-H伸缩振动,末端烯烃C=C-H伸缩振动,环己烯红外光谱图,=CH ：3030cm-1 C=C ： 1658cm-1 面外弯曲振动：715cm-1 ，顺式取代,双键与C=O共轭，C=C 吸收向低波数位移，强度增大。如2-甲基-2-环戊烯酮：,C=C伸缩振动吸收,C=O伸缩振动吸收,芳环骨架振动 ： 苯环、吡啶环及其它杂芳环的骨架伸缩振动位于16001450 cm-1范围。于1600, 1580，1500，1450 cm-1附近出现34条谱带。1450 cm-1附近的谱带因与饱和C-H弯曲振动重叠，不特征。常用此范围的23条谱带来判断芳环及杂芳环的存在。1600 cm-1处谱带较弱，随取代基极性增大，该谱带强度增大。1580 cm-1处峰吸收强度变化较大，烷基取代苯中该谱带弱或观测不出。当不饱和取代基或带孤对电子的取代基与苯环共轭时，该谱带强度增大，有时比1600 cm-1附近的谱带还要强。1500 cm-1附近的谱带一般强度较大，随取代基极