第五章 红外和拉曼光谱ppt课件

红外与拉曼光谱 InfraredandRamanSpectra IRandRaman 第五章 本章主要内容 1 红外光谱基本原理2 仪器简介3 影响振动频率的因素4 各类有机化合物的红外特征光谱5 红外光谱的解析和应用6 拉曼光谱的特征谱带和应用 5 1基本原理 红外光谱是测定有机化合物的重要物理方法之一 它可用于分子中所含官能团的鉴定 亦可进行组分纯度分析及某些理论研究 还可与其它手段配合推断未知物分子的结构 红外光谱 是以连续波长的红外光照射样品 由于分子吸收了红外线的能量 引起分子内振动能级的跃迁而产生 电磁波的波长 频率 v 能量 E 之间的关系 红外光谱在可见光区和微波光区之间 波长范围约为0 75 1000 m 根据仪器特点和应用不同 习惯上又将红外光区分为三个区 近红外光区 0 75 2 5 m 中红外光区 2 5 25 m 远红外光区 25 1000 m 中红外区 4000 400cm 1 近红外光区的吸收带 0 75 2 5 m 主要是由低能电子跃迁 含氢原子团 如O H N H C H 伸缩振动的倍频吸收产生 该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物 并适用于水 醇 某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析 中红外光区吸收带 2 5 25 m 是绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带 由基态振动能级 0 跃迁至第一振动激发态 1 时 所产生的吸收峰称为基频峰 由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动 所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析 同时 由于中红外光谱仪最为成熟 简单 而且目前已积累了该区大量的数据资料 因此它是应用极为广泛的光谱区 通常 中红外光谱法又简称为红外光谱法 远红外光区吸收带 25 1000 m 是由气体分子中的纯转动跃迁 振动 转动跃迁 液体和固体中重原子的伸缩振动 某些变角振动 骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的 由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构变化 所以对异构体的研究特别有效 红外吸收 一定波长的红外光照射被研究物质的分子 若辐射能 hv 等于振动基态 V0 的能级 E1 与第一振动激发态 V1 的能级 E2 之间的能量差 E 时 分子可吸收红外光能量 由振动基态向振动激发态跃迁 分子吸收红外光后 引起辐射光强度的改变 一 红外光谱的产生 E E2 E1 hv 二 红外光谱的表示方法 红外光谱是研究波数在4000 400cm 1范围内不同波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图 谱图以波长或波数为横坐标 以透过率或吸光度为纵坐标而形成 透过率以下式表示 I 表示透过光的强度 I0 表示入射光的强度 横坐标 波数 400 4000cm 1 表示吸收峰的位置 纵坐标 透过率 T 表示吸收强度 T 表明吸收的越好 故曲线低谷表示是一个好的吸收带 三 红外光谱法的特点 1 红外吸收只有振 转跃迁 能量低 2 应用范围广 除单原子分子及单核分子外 几乎所有的有机物均有红外吸收 3 分子结构更为精细的表征 通过波谱的波数位置 波峰数目及强度确定分子基团和分子结构 4 气体 液体 固体样品都可测定 5 样品用量少 分析速度快 不破坏样品 因此 红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样 能进行定性和定量分析 而且是鉴定化合物和测定分子结构的有效方法之一 四 分子振动与红外光谱1 分子的振动方式 1 伸缩振动 2 弯曲振动 值得注意的是 不是所有的振动都能引起红外吸收 只有偶极矩 发生变化的 才能有红外吸收 H2 O2 N2电荷分布均匀 振动不能引起红外吸收 H C C H R C C R 其C C 三键 振动也不能引起红外吸收 2 基本振动的理论数简正振动的数目称为振动自由度 每个振动自由度相当于红外光谱图上一个基频吸收带 设分子由n个原子组成 每个原子在空间都有3个自由度 原子在空间的位置可以用直角坐标中的3个坐标x y z表示 因此 n个原子组成的分子总共应有3n个自由度 即3n种运动状态 但在这3n种运动状态中 包括3个整个分子的质心沿x y z方向平移运动和3个整个分子绕x y z轴的转动运动 这6种运动都不是分子振动 因此 振动形式应有 3n 6 种 但对于直线型分子 若贯穿所有原子的轴是在x方向 则整个分子只能绕y z轴转动 因此 直线性分子的振动形式为 3n 5 种 非线形三原子分子的三个平动自由度 非线形三原子分子的三个转动自由度 线型三原子分子的两个转动自由度 1 峰位 化学键的力常数K越大 原子折合质量越小 键的振动频率越大 吸收峰将出现在高波数区 短波长区 反之 出现在低波数区 高波长区 2 峰数 理论值为3n 6 3n 5 实际峰数不等于此值 原因 3 峰位 峰数与峰强 在红外吸收光谱上除基频峰外 振动能级由基态 0 跃迁至第二激发态 2 第三激发态 3 所产生的吸收峰称为倍频峰由 0跃迁至 2时 2 产生的吸收峰称为二倍频峰 由 0跃迁至 3时 3 产生的吸收峰称为三倍频峰 其它类推 在倍频峰中 二倍频峰还比较强 三倍频峰以上 因跃迁几率很小 一般都很弱 常常不能测到 除此之外 还有合频峰 1 2 2 1 2 差频峰 1 2 2 1 2 等 这些峰多数很弱 一般不容易辨认 倍频峰 合频峰和差频峰统称为泛频峰 一般地 极性较强的基团 如C O C X等 振动 吸收强度较大 极性较弱的基团 如C C C C N N等 振动 吸收较弱 红外光谱的吸收强度一般定性地用很强 vs 强 s 中 m 弱 w 和很弱 vw 等表示 按摩尔吸光系数 的大小划分吸收峰的强弱等级 具体如下 100非常强峰 vs 20 100强峰 s 10 20中强峰 m 1 10弱峰 w 3 峰强 瞬间偶级距变化大 吸收峰强 键两端原子电负性相差越大 极性越大 吸收峰越强 4 振动方程式 Hooke定律 式中 k 化学键的力常数 单位为N cm 1 折合质量 单位为g 分子的振动能级是量子化的 振动能为 V 振动量子数 化学键的振动频率 任意两个相邻的能级间的能量差为 力常数k 与键长 键能有关 键能 大 键长 短 k K化学键的力常数 与键能和键长有关 为双原子的折合质量 m1m2 m1 m2 发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数 即取决于分子的结构特征 分子振动频率习惯以 波数 表示 由此可见 v k v 与 成反比 吸收峰的峰位 化学键的力常数k越大 原子的折合质量越小 振动频率越大 吸收峰将出现在高波数区 短波长区 反之 出现在低波数区 高波长区 1 折合质量相同 化学键越强 即键的力常数K越大 化学键的振动频率越大 吸收峰将出现在高波数区 键类型 C C C C C C 力常数15 179 5 9 94 5 5 6峰位2222cm 11667cm 11428cm 1 2 化学键键能相近 即键的力常数K相近 原子折合质量越小 化学键的振动频率越大 吸收峰将出现在高波数区 键类型 C Cl C C C H 力常数4 84 54 8折合质量8 960 9峰位700cm 11428cm 12900cm 1 五 红外光谱产生的条件 满足两个条件 1 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 偶极矩 正负电荷重心所带的电荷数与其距离的乘积 2 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱 q d 1 红外活性分子振动引起偶极矩的变化 从而吸收红外光 产生红外吸收光谱的性质 称为红外活性 其分子称为红外活性分子 相关的振动称为红外活性振动 如H2O HCl CO为红外活性分子 偶极矩 电荷 距离 2 非红外活性若 0 分子振动时 不引起偶极矩变化 不能吸收红外辐射 即为非红外活性 其分子称为红外非活性分子 如H2 O2 N2 Cl2 相应的振动称为红外非活性振动 5 2仪器简介 一 仪器结构 红外光谱仪是由光源 吸收池 单色器 检测器以及记录显示装置组成 1 光源常用的光源是能斯特灯和硅碳棒 IR光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体 通电加热使之发射高强度的连续红外辐射 Nernst灯是用氧化锆 氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心棒 工作温度约为1700 在此高温下导电并发射红外线 但在室温下是非导体 因此 在工作之前要预热 它的特点是发射强度高 使用寿命长 稳定性较好 缺点是价格比硅碳棒贵 机械强度差 操作不如硅碳棒方便 硅碳棒是由碳化硅烧结而成 工作温度在1200 1500 左右 在低波数区发光强度大 坚固 2 吸收池因玻璃 石英等材料不能透过红外光 红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片 不同的样品状态 固 液 气态 使用不同的样品池 固态样品可与晶体混合压片制成 3 单色器单色器由色散元件 准直镜和狭缝构成 色散元件常用光栅 4 检测器及记录仪检测器的作用是将照射在它上面的红外光变成电信号 常用的红外检测器有三种 真空热电偶 高莱池和电阻测辐射电计 红外光能量低 因此常用热电偶 测热辐射计 热释电检测器和碲镉汞检测器等 二 红外光谱法对试样的要求红外光谱的试样可以是液体 固体或气体 一般应符合以下条件 1 试样应该是单一组份的纯物质 纯度应 98 或符合商业规格 才便于与纯物质的标准光谱进行对照 多组份试样应在测定前尽量预先用分馏 萃取 重结晶或色谱法进行分离提纯 否则各组份光谱相互重叠 难于判断 2 试样中不应含有游离水 水本身有红外吸收 会严重干扰样品谱 而且会侵蚀吸收池的盐窗 3 试样的浓度和测试厚度应选择适当 以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10 80 范围内 三 制样方法 1 气体气体池气态样品可在玻璃气槽内进行测定 它的两端粘有红外透光的NaCl或KBr窗片 先将气槽抽真空 再将试样注入 2 液体样品液体吸收池法液体样品可注入液体吸收池内测定 吸收池的两侧是用NaCI或KBr等品片作成的窗片 常用的液体吸收池有两种 固定式吸收池和可拆式吸收池 液膜法液膜法是定性分析中常用的简便方法 尤其对沸点较高 不易清洗的液体样品采用此法更为方便 在可拆池两窗之间 滴上1 2滴液体样品 形成一薄膜 液膜厚度可借助于池架上的固紧螺丝作微小调节 低沸点易挥发的样品不宜采用此法 常用的溶剂 CCl4 CS2 3 固体试样压片法 1 2mg样 200mgKBr 干燥处理 研细 粒度小于2 m 散射小 混合压成透明薄片 直接测定 石蜡糊法试样 磨细 与液体石蜡混合 夹于盐片间 石蜡为高碳数饱和烷烃 因此该法不适于研究饱和烷烃 薄膜法 高分子试样 加热熔融 涂制或压制成膜 高分子试样 溶于低沸点溶剂 涂渍于盐片 挥发除溶剂 5 3影响振动频率的因素 化学键的振动频率不仅与其性质有关 还受分子的内部结构和外部因素影响 相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上 一 内部因素 1 键力常数 K 和折合质量 的影响2 电子效应的影响 诱导效应 共轭效应 3 场效应4 空间效应5 跨环效应6 氢键 二 外部因素 1 状态2 浓度 1 键力常数 K 和成键原子的折合质量 的影响 分子中键的振动频率与化学键力常数成正比 与折合质量成反比 同一周期 从左到右X基的电负性增大 X H键力常数增大 振动波数增高 同一主族 至上而下 X H键力常数依次下降 折合质量增加明显 振动波数减小 一些化学键键力常数和伸缩振动波数的近似值 2 电子效应的影响 电子效应是通过成键电子起作用的 诱导和共轭都会导致成键原子间电子云分布发生改变 a 诱导效应 吸电子基团使吸收峰向高频方向移动 供电子基使吸收峰低频移动 R COR C 01715cm 1 R COH C 01730cm 1 R COCl C 01800cm 1 R COF C 01850cm 1 F COF C 01928cm 1 R CONH2 C 01680cm 1 与羰基相连的基团电负性增强 则使羰基上的成键电子云由氧原子向键的几何中心移动 羰基的双键性增强 即极性减弱 非极性增强 键的力常数增大 因而振动波数增加 与羰基相连的基团是推电子基团 如CH3 则其作用与吸电子基团相反 导致羰基的成键电子云移向氧原子 更加偏离几何中心 使羰基的双键性降低 使羰基的振动波数减小 b 共轭效应 共轭效应常引起羰基双键的极性增强 双键性降低 振动频率向低波数方向移动 带孤对电子的烷氧基 OR 既有吸电子的诱导效应 也存在p 共轭效应 但诱导效应略高于共轭效应 所以酯羰基的振动波数高于酮 醛 3 场效应 Fieldeffect F 在分子的立体构型中 只有当空间结构决定了某些基团靠的很近时 才会产生场效应 场效应不是通过化学键 而是原子或原子团的静电场通过空间相互作用 由于分子中带部分负电荷的溴原子与带负电荷的羰基氧原子空间接近 电子云相互排斥 产生相反的诱导极化 使负电荷相应减小 羰基极性降低 双键性增强 伸缩振动频率增加 a 空间位阻 分子中存在某种或某些基团因空间位阻影响到分子中正常的共轭效应或杂化状态时 导致振动谱带位移 4 空间效应 空间位阻和环张力统称空间效应或立体效应 vC O1663cm 11686cm 11693cm 1 烯碳上甲基的引入 使羰基和双键不能在同一平面上 共轭程度下降 羰基的双键成分增加 振动波数增加 邻位两个甲基的引入 使立体位阻增大 C O与C C的共轭程度进一步降低 振动波数更高 b 环张力 环张力引起sp3杂化的碳 碳键角和sp2杂化的键角改变 导致相应的振动谱带位移 环张力对环外双键 C C C O 的伸缩振动影响较大 环外双键 环上羰基随着环张力的增加 C C键的伸缩振动波数增加 环外双键随着环的缩小 环内键角减小 环外的 键的s电子成分增加 p电子成分减小 键长缩短 振动波数增加 而环内双键的伸缩振动则是随着环张力的增加而向低波数方向移动 这是因为随着环的缩小 环内键角减小 成环的键的p电子成分增加 键长增大 振动波数减小 5 跨环效应 Transannulareffect T 跨环效应是通过空间发生的电子效应 a中 C O 为1675cm 1 低于正常酮羰基的振动吸收 这是因为分子中胺基和羰基空间位置接近 a和b存在动态平衡 b中羰基极性增强 双键程度下降 向低波数位移 在高氯酸中 则1675cm 1消失 3365cm 1出现新的吸收带 为OH伸缩振动 不存在羰基 ClO4 6 氢键效应氢键对峰位 峰强产生极明显影响 使伸缩振动频率向低波数方向移动 氢键的形成使电子云密度平均化 从而使伸缩振动频率降低 游离羧酸的C O键频率出现在1760cm 1左右 在固体或液体中 由于羧酸形成二聚体 C O键频率出现在1700cm 1 分子内氢键不受浓度影响 分子间氢键受浓度影响较大 如羧酸 RCOOH C O 1760cm 1 O H 3550cm 1 RCOOH 2 C O 1700cm 1 O H 3250 2500cm 1 如乙醇 CH3CH2OH O H 3640cm 1 CH3CH2OH 2 O H 3515cm 1 CH3CH2OH n O H 3350cm 1 振动耦合当两个振动频率相同或相近的基团相邻具有一公共原子时 由于一个键的振动通过公共原子使另一个键的长度发生改变 产生一个 微扰 从而形成了强烈的振动相互作用 其结果是使振动频率发生变化 一个向高频移动 另一个向低频移动 谱带分裂 振动耦合常出现在一些二羰基化合物中 如 羧酸酐 两个羰基的振动偶合 使 C O吸收峰分裂成两个峰 波数分别为1820cm 1 反对耦合 和1760cm 1 对称偶合 Fermi共振当一振动的倍频与另一振动的基频接近时 由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分 这种现象称为Fermi共振 二 外部因素的影响1 溶剂的影响在溶液中测定光谱时 由于溶剂的种类 溶剂的浓度和测定时的温度不同 同一种物质所测得的光谱也不同 通常在极性溶剂中 溶质分子的极性基团的伸缩振动频率随溶剂极性的增加而向低波数方向移动 并且强度增大 因此 在红外光谱测定中 应尽量采用非极性的溶剂 羧酸中的羰基C O 气态时 C O 1780cm 1非极性溶剂 C O 1760cm 1乙醚溶剂 C O 1735cm 1乙醇溶剂 C O 1720cm 1 2 物质的状态同一物质的不同状态 由于分子间相互作用力不同 所得到光谱往往不同 分子在气态时 其相互作用力很弱 此时可以观察到伴随振动光谱的转动精细结构 液态和固态分子间作用力较强 在有极性基团存在时 可能发生分子间的缔合或形成氢键 导致特征吸收带频率 强度和形状有较大的改变 例如 丙酮在气态时的 C H为1742cm 1 而在液态时为1718cm 1 因此在查阅标准红外图谱时 应注意试样状态和制样方法 一 红外光谱的分区 5 4各类有机化合物的红外特征吸收 1 X H伸缩振动区 4000 2500cm 1 X C N O S等 1 O H伸缩振动3650 3200cm 1 1 醇与酚 醇与酚以游离态存在时 O H基的伸缩振动出现在3650 3590cm 1范围内 中等强度吸收 峰形尖锐 容易识别 随着浓度增大 分子间氢键的形成 醇 酚以二聚态或多聚态存在 其吸收峰向低波数移动 至3350cm 1附近 且出现多条谱带 吸收峰变宽 强度增大 醇与酚的区别在于酚存在苯基的特征吸收峰及位于高波数的C O伸缩振动吸收峰 样品中含有水或分子中含有结晶水 IR图谱中会出现O H的伸缩振动和弯曲振动谱带 对判断化合物为醇类或酚类时有干扰 2 羧酸 羧酸在固态 液态 极性溶剂及浓度大于0 01mol L的非极性溶剂中 通常以二聚体存在 其O H基的伸缩振动较醇 酚低 出现在3300 2500cm 1范围内 谱带宽 羧酸与醇 酚的区别在于前者有vC O的吸收带 2 N H伸缩振动 含有N H键的胺 酰胺及铵盐类物质伸缩振动也出现在3500 3150cm 1 因此 可能会对O H伸缩振动有干扰 1 胺类 伯胺在此范围内出现两条谱带 约为3500和3400cm 1 对应于NH2的反对称伸缩和对称伸缩振动 仲胺在3400cm 1出现一条谱带 叔胺在此范围内无吸收带 2 酰胺类 酰胺除了在极稀的溶液中以游离态存在 vN H3500 3400cm 1 外 一般均以缔合状态存在 伯酰胺在3350和3150cm 1附近出现双峰 强度较游离态大 仲酰胺在3200cm 1附近出现一条谱带 叔酰胺在此范围内无吸收峰 3 铵盐 胺变成铵盐后 分子中的氨基转化为铵离子 N H的伸缩振动大幅度向低波数移动 出现在3200 2200cm 1 谱带形状与羧酸的vO H类似 吸收峰变宽变强 当胺的鉴别难以确认时 可以用形成盐的形式测定红外光谱 由吸收峰变宽及大幅度向低波数移动来确认 3 C H伸缩振动 C H可分为饱和和不饱和的两种 饱和的C H伸缩振动出现在3000cm 1以下 约3000 2800cm 1 不饱和的C H伸缩振动出现在3000cm 1以上 以此来判别化合物中是否含有不饱和的C H键 1 炔烃 炔烃的 C H上的C H伸缩振动出现在3300cm 1附近 该吸收峰位于缔合态的vO H和vN H范围内 无羟基干扰时 可以从谱带的强度和形状来识别 该吸收峰比缔合态的羟基吸收峰弱 比N H的伸缩振动吸收峰强 峰比较尖锐 2 烯烃 烯烃及芳香烃的 C H伸缩振动出现在3100 3000cm 1范围内 RCH CH2末端的C H吸收出现在3085cm 1附近 R1R2 CH2的C H吸收出现在3100 3077cm 1范围内 苯环的C H键伸缩振动出现在3030cm 1附近 它的特征是谱带比较尖锐 3 芳烃 用高分辨率红外光谱仪时 可在3100 3000cm 1范围内观察到多条谱带 利用3100 3000cm 1范围内的吸收峰判断烯烃和苯基的存在时 应注意三元环及卤代烃C H伸缩振动的干扰 饱和的C H伸缩振动出现在3000cm 1以下 约3000 2700cm 1 取代基对它们影响很小 4 饱和烃基 C CH32960cm 1反对称伸缩振动2870cm 1对称伸缩振动 CH2 C2930cm 1反对称伸缩振动2850cm 1对称伸缩振动 3000cm 1以下 2890cm 1 强度较弱 二 叁键 C C 和累积双键伸缩振动区 2500 1900cm 1 叁键 累积双键 B H I H As H Si H等键的伸缩振动出现在此范围内 谱带中等强度 干扰少 易辨认 1 C C伸缩振动 炔烃的C C伸缩振动出现在2280 2100cm 1范围内 RC CH 2100 2140cm 1 RC CR 2190 2260cm 1 R R 时 乙炔及全对称双炔 无红外活性 此区域内无吸收峰 多炔化合物的C C伸缩振动谱带数目可能较多 其原因是振动偶合 1 4壬双炔vC C 2260 2190 2150cm 1范围内 2 C N伸缩振动 RC N的伸缩振动在2250 2240cm 1范围内 吸收峰强度较C C强 非共轭2240 2250cm 1与苯环或双键共轭2220 2230cm 1 3 重氮盐 其伸缩振动在2290 2240cm 1 吸收峰较强 4 累积双键 累积双键的反伸缩振动也出现在此区域内 其对称伸缩出现在指纹区 空气中的CO2在此范围内也有吸收峰 5 X H X P Se Si 的伸缩振动 X H键的伸缩振动出现在此区域 吸收峰为强吸收或中强吸收 B H的吸收峰为2640 2350cm 1 如形成B H B键 会使吸收峰向低波数移动 出现多条谱带 P H的吸收峰为2450 2280cm 1 Se H的吸收峰为2300 2280cm 1 Si H的吸收峰为2360 2100cm 1 三 双键伸缩振动区 1900 1500cm 1 C O C C C N N O等双键的伸缩振动位于此区域 N H的弯曲振动吸收峰也出现在此峰区 1 C O 1850 1600cm 1 C O的伸缩振动位于此峰区的高频端 强吸收 峰尖锐 1 酰卤 主要特征是C O的频率较高 酰氟约1840cm 1 酰氯约1800cm 1 2 酸酐 酸酐化合物的IR光谱特征性很强 由于振动偶合作用 在羰基区域出现两个强吸收峰 彼此相差60 80cm 1 3 酯 羰基的吸收在1735cm 1附近 C O C的不对称伸缩在1300 1150cm 1 对称伸缩在1140 1030cm 1 不饱和酯或苯甲酸酯 由于 共轭 使C O的双键性减弱 吸收向低波数移动 4 羧酸和羧酸盐 游离的羧酸C O的峰在1760cm 1附近 羧酸盐的IR光谱与羧酸大不相同 C O和O H的峰消失 出现CO2 的峰 在1580和1400cm 1附近 因而可以将羧酸中加碱使其转化为羧酸盐后测定IR光谱 进一步确证羧酸 液态和固态的羧酸 以二聚体的形式存在 C O移到1700附近 且O H移到3200 2500cm 1 出现宽峰 5 醛 醛上C O的峰比酮高10cm 1左右 醛基上C H的伸缩振动和弯曲振动发生费米共振 在2850和2740cm 1出现双峰 特征性较强 酮的第一强峰是C O的峰 1715cm 1附近 是酮的唯一特征吸收带 6 酮 芳香酮或 不饱和酮向低频移20 40cm 1 C O和C 共轭时 C O的吸收峰向低波数方向移到 吸收强度增大 7 酰胺 具有羰基的吸收峰 在1650 1690cm 1附近 具有胺的吸收峰 在3500 3050cm 1 伯酰胺有两个峰 而仲酰胺也出现多重峰 因为N上的孤对电子与C O形成p 共轭 缔合态及叔酰胺的C O吸收峰在1650cm 1附近 伯酰胺的C O吸收峰在1690cm 1附近 氢键导致谱带移至1650 1640cm 1 2 C C的伸缩振动 1 烯烃 烯烃C C的吸收峰 在1680 1610cm 1范围内 比C O的频率略低 强度弱 双键上取代基增大 其吸收峰强度减弱 对称的共轭二烯 在1600cm 1出现一个吸收峰 不对称的二烯出现两个吸收峰 分别为1640和1598cm 1 前者为弱吸收 后者为强吸收 三个C C键的共轭多烯 在1600和1650cm 1也出现连个吸收峰 若再增加共轭双键的数目 吸收峰复杂化 形成一个宽的谱带 2 芳环的骨架振动 苯环 吡啶环及其他杂芳环的骨架伸缩振动位于1600 1450cm 1范围内 在1600 1580 1500及1450cm 1附近出现3 4条谱带 常用此范围内的谱带判断芳环及杂芳环的存在 不饱和取代基或带孤对电子的取代基与苯环共轭时 吸收强度增大 若苯环与强吸电子基团相连时 谱带强度明显减弱 3 硝基 亚硝基化合物 硝基 亚硝基中的N O伸缩振动出现在此峰区 均为强吸收 硝基化合物有两个强吸收峰 分别为N O的反对称伸缩和对称伸缩 其位置分别在1580 1540和1380 1340cm 1附近 亚硝基化合物N O的伸缩振动位于1600 1500cm 1附近 四 C X的伸缩振动及其他键的弯曲振动区域 1500 600cm 1 C X X H 键的伸缩振动 各类弯曲振动的吸收峰出现在此峰区 1 C X弯曲振动 1 烷烃 CH3的弯曲振动频率为1380和1450cm 1 分子中有异丙基时 由于振动耦合 使1380cm 1的峰发生裂分 出现1375和1385cm 1两个峰 CH的振动频率为1340cm 1 CH2的剪式振动频率为1450cm 1 与不同基团相连的CH3 CH2的弯曲振动吸收频率不完全相同 与氧 氮原子相连时 1450cm 1的吸收峰无明显变化 而1380cm 1的吸收峰向高波数移动 与CO S Si相连时 CH3 CH2的弯曲振动频率均向低波数移动 2 烯烃 烯烃的C H面内弯曲振动波数在1420 1300cm 1范围内 中等强度或弱吸收 特征性不强 而面外弯曲振动在1000 670cm 1范围内 强吸收或中等强度 容易识别 可用于判断烯烃的取代情况 如RO CH CH2 面外弯曲振动波数在962cm 1和810cm 1 比RCH CH2的波数低 而CH2 CHCOOR的为990和960cm 1 3 芳烃 苯环的C H面内弯曲振动位于1250 950cm 1范围 出现多条谱带 芳环上的C H的面外弯曲振动为900 650cm 1 1 2个强吸收峰 特征性很强 可用于判断苯环上取代基的数目和位置 单取代 770 730 710 6901 4取代 830 8101 2取代 7701 3 5取代 910 8401 3取代 810 750 710 6901 2 4取代 810 850 900 2 C O伸缩振动 含氧化合物的C H伸缩振动出现在1300 1000cm 1 除了醚类外 含氧化合物在其他峰区均有特征吸收峰 醚类化合物的C O 的伸缩振动式确定醚键存在的唯一吸收峰 醇 酚 醇 酚的C O伸缩振动出现在1250 1000cm 1 吸收峰为强峰 伯醇为1050cm 1 仲醇为1100cm 1 叔醇为1150cm 1 酚类的为1200cm 1 2 醚 醚的C O 伸缩振动出现在1250 1050cm 1 有对称伸缩和反对称伸缩两种 对称醚的只能检测到反对称伸缩 非对称醚可以看到两个吸收峰 环醚在1260 780cm 1范围内有两个以上的吸收峰 环张力增大 反对称的波数降低 对称波数升高 3 酯 酯的C O 伸缩振动出现在1300 1050cm 1 也有对称伸缩和反对称伸缩两种 两吸收峰的波数相差130 70cm 1 4 酸酐 酸酐的C O 伸缩振动吸收峰宽而强 出现在1300 1050cm 1 3 其他键的振动 C N的伸缩振动 NH2的面内弯曲振动 NO2的对称伸缩等位于此区域内 红外光谱的八个峰区 一 定性分析1 已知物的签定将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照 进行定性分析时 对于能获得相应纯品的化合物 一般通过图谱对照即可 对于没有已知纯品的化合物 则需要与标准图谱进行对照 最常见的标准图谱有三种 光谱解析及应用 1 萨特勒 Sadtler 标准红外光谱集它是由美国Sadtlerresearchlaboratiories编集出版的 萨特勒 收集的图谱最多 另外 它有各种索引 使用甚为方便 2 分子光谱文献 DMS documentationofmolecularspectroscopy 穿孔卡片它由英国和德国联合编制 卡片有三种类型 桃红色卡片为有机化合物 淡蓝色卡片为无机化合物 淡黄色卡片为文摘卡片 卡片正面是化合物的许多重要数据 反面则是红外光谱图 3 API 红外光谱资料它由美国石油研究所 API 编制 该图谱集主要是烃类化合物的光谱 由于它收集的图谱较单一 数目不多 又配有专门的索引 故查阅也很方便 2 决择性鉴定被测物可能是某几个已知化合物 仅需用红外光谱法予以肯定 若无标准图谱 必须先对红外谱图进行官能团定性分析 根据分析结果 推断最可能的化合物 2 计算分子的不饱和度 二 未知物结构分析 1 收集该化合物的信息收集 试样来源 熔点 沸点 折光率 旋光率等 当UN 1时 可能有一个双键或脂环 当UN 2时 可能有两个双键和脂环 也可能有一个叁键 当UN 4时 可能有一个苯环等 定义 不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的 对 数 如 乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子 不饱和度为1 计算 若分子中仅含一 二 三 四价元素 H O N C 则可按下式进行不饱和度的计算 3 查找基团频率 推测分子可能的基团 4 查找红外指纹区 进一步验证基团的相关峰 5 通过其它定性方法进一步确证 UV Vis MS NMR等 例1某未知物的分子式为C12H24 测得其红外光谱图如图 试推测其结构式 解 1 计算不饱和度UN 1 12 0 24 2 1说明该化合物分子具有一个双键或一个环 2 图谱解析3075cm 1处有吸收峰 说明存在与不饱和碳相连的氢 因此 该化合物肯定为烯 在1640cm 1还有C C伸缩振动吸收 更进一步证实了烯基的存在 3000 2800cm 1的吸收峰组说明有大量饱和碳的存在 在2920 2850cm 1的强吸收说明CH2的数目远大于CH3的数目 由此可推测该化合物为一长链烃 715cm 1处C H变形振动吸收也进一步说明长碳链的存在 980 915cm 1的C H变形振动吸收 说明该化合物有端乙烯基 综上所述 该未知物结构可能为CH2 CH CH2 9 CH3其余的峰可指认为 1460cm 1处的吸收峰归属于CH2 其中