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1、第三节 红外光谱解析,一、官能团区和指纹区,官能团区的特点：各官能团的特征峰均出现在高频区官能团具有各自的特征吸收频率,官能团区：X-H的伸缩振动以及各种双键、叁键的伸缩振动吸收峰出现的区域，此区域内峰较稀疏，是鉴定工作最有价值的区域。,指纹区：单键的伸缩振动以及多数基团的变形振动出现的区域。在此区吸收光谱复杂，对分子结构的细微变化有高度敏感性，对于区别结构类似的化合物很有价值。,指纹区特点图谱复杂，振动形式多少数较强的具有特征性，其余的很难找到归属,依据基团的振动形式，分为四个区：14000 2500 cm-1 XH伸缩振动区（X=O，N，C，S）22500 2000 cm-1 三键，累积双
2、键伸缩振动区32000 1300 cm-1 双键伸缩振动区41650 cm-1 XY伸缩，XH变形振动区,1 X-H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） 氢键区（1）O-H 3700 3200 cm-1 确定 醇，酚，酸在气态或非极性溶剂浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收（ 3700 3500 cm-1 ）；浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽，移向低波数区（ 3450 3200 cm-1 ）。有机酸中羟基形成氢键能力更强，甚至在相当稀的溶液中都是以二分子缔合形式存在，在3200 2500 cm-1 出现强而宽的吸收峰。,（2）N-H 3500 3100 cm-1 确定 胺，酰胺胺和
3、酰胺的 N-H 出现在 3500 3100 cm-1。峰强弱于O-H，峰形尖锐。氨基缔合时，吸收峰位移不显著，向低波数位移一般不大于100 cm-1。N-H吸收峰的数目与氮原子上取代基多少有关伯胺和伯酰胺显双峰，两峰强度近似相等；仲胺为单峰；叔胺无N-H 峰。,胺类的IR吸收常受到干扰或者缺少特征吸收（如叔胺）。惰性溶剂中通入干燥的氯化氢气体，使之生成胺盐。胺盐中的 N-H 具有宽而强的吸收带。伯胺盐在3000 2500 cm-1（S），仲胺盐在2700 2500 cm-1（ S）， 叔胺盐在2700 2500 cm-1（S），再根据1600 1500 cm-1区N-H的弯曲振动可区分仲胺盐和
4、叔胺盐（叔胺盐在此区无吸收）。,3000 cm-1 以下,（3）饱和碳原子上的CH CH3 2960 cm-1 aS 2870 cm-1 S CH2 2930 cm-1 aS 2850 cm-1 S CH 2890 cm-1 弱吸收,（4）不饱和碳原子上的=CH（ CH ） 苯环上的CH 3030 cm-1 =CH 3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1,3000 cm-1 以上,各类化合物C-H伸缩振动吸收位置,2. 2500 2000 cm-1 叁键和累积双键伸缩振动区 RC CH 2140 2100 cm-1 RC CR 2260 2190 cm-1 R=R 时，无红外活
5、性 RC N 2260 2240 cm-1 非共轭 2240 2220 cm-1 共轭 强度增加,氰基化合物,各类叁键和累积双键伸缩振动吸收位置,3 双键伸缩振动区（2000 1500 cm-1 ）,各类双键伸缩振动吸收位置, RC=CR 1680 1620 cm-1 强度弱， R=R（对称），无红外活性。, 单核芳烃的C=C键伸缩振动（1650 1626 cm-1 ）苯衍生物在 2000 1650 cm-1 ，出现 C-H和C=C键的面内变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。,（3）C=O （1850 1600 cm-1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。,峰位排序：酸酐
6、酰卤 羧酸（游离） 酯类 醛 酮 酰胺,羰基化合物的C=O伸缩振动吸收位置,醛，酮如何区分？,硝基的吸收位置,AS （N=O）=1565-1545cm-1,S （N=O）=1385-1350cm-1,脂肪族,芳香族,S （N=O）=1365-1290cm-1,AS （N=O）=1550-1500cm-1,4。XY，XH 变形振动区 1650 cm-1 指纹区(1300 600 cm-1 ) ,较复杂。C-H，N-H的变形振动；C-O，C-X的伸缩振动；C-C骨架振动等。精细结构的区分。,1300cm-1 910 cm-1区域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、 P-O、Si-O等单键的伸
7、缩振动、C=S、S=O、P=O等双键的伸缩振动、部分含氢基团的变形振动吸收。910 650 cm-1区域是烯烃、芳烃的C-H的面外弯曲振动吸收位置，对结构敏感，吸收峰可用来确认化合物的顺反构型或苯环的取代类型。,变形振动- 亚甲基,指纹区,变形振动 - 甲基,对称s(CH3)1380-1 不对称as(CH3)1460-1,指纹区,由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。CC骨架振动变化明显,可以指示（CH2）n的存在，实验证明，当n4时，（CH2）n的平面摇摆振动吸收出现在720 cm-1。 CH2面外变形振动(CH2)n，证明长碳链的存在。,指纹区,CH2和CH3的相对含量也可以由1
8、460 cm-1和1380 cm-1的峰强度估算强度。,指纹区,C-O的伸缩振动能引起很强的红外吸收，它能与其它的振动产生强烈的偶合，因此C-O的伸缩振动的吸收位置变化很大（1300-1000cm-1）。由于它的强度很大，常成为谱图中最强的吸收，因而易于判断C-O键的存在。,指纹区,各类烯烃=C-H 面外弯曲振动吸收位置,对比,2 烯烃顺反异构体,利用指纹区中苯环的C-H面外变形振动吸收峰和2000 1667cm-1区域苯的倍频或组合频吸收峰，可以共同配合确定苯环的取代类型。,各种取代苯 C-H 吸收位置,二、红外谱图解析 analysis of infrared spectrograph,1
9、烷烃（CH3，CH2，CH）(CC,CH ),-（CH2）n-n,CH2 s1465 cm-1,CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）,重叠,a)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,c) CH2面外变形振动(CH2)n，证明长碳链的存在。,n=1 770785 cm-1 （中 ） n=2 740 750 cm-1 （中 ） n=3 730 740 cm-1 （中 ） n 720 cm-1 （中强 ）,d) CH2和CH3的相对含量也可以由1460 cm-1和1380 cm-1的峰 强度估算强度,2. 烯烃，炔烃,a)C-H 伸缩振动( 3000 cm-1),
10、3080 cm-1,3030 cm-1,3080 cm-1,3030 cm-1,3300 cm-1,（C-H）,b)C=C 伸缩振动(1680-1630 cm-1 ),1660cm-1,分界线, 分界线1660cm-1 顺强，反弱 四取代（不与O，N等相连）无（C=C）峰 端烯的强度强 共轭使（C=C）下降20-30 cm-1,2140-2100cm-1 （弱） 2260-2190 cm-1 （弱）,总结,c)C-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）,谱图,波数/cm-
11、1,透射率 %,波长/m,1-辛炔的红外光谱图,叁键C H伸缩振动,-C H伸缩振动,CH3 平面摇摆弯曲振动,2-辛炔的红外光谱图,波数/cm-1,透射率 %,波长/m,C H伸缩振动,CH3 平面摇摆弯曲振动,CH2 平面摇摆弯曲振动,对比,烯烃顺反异构体,3.醇（OH） OH，CO,a)-OH 伸缩振动(3600 cm-1) b)碳氧伸缩振动(1100 cm-1),OH基团特性,双分子缔合（二聚体）3550-3450 cm-1多分子缔合（多聚体）3400-3200 cm-1,分子内氢键：,分子间氢键：,多元醇（如1，2-二醇 ） 3600-3500 cm-1螯合键（和C=O，NO2等）3
12、200-3500 cm-1多分子缔合（多聚体）3400-3200 cm-1,分子间氢键随浓度而变，而分子内氢键不随浓度而变。,水（溶液）3710 cm-1水（固体）3300cm-1结晶水 3600-3450 cm-1,透射率 %,波长/m,波数/cm-1,乙醇的红外光谱(1%乙醇的CCl4溶液）,OH伸缩游离羟基,CH伸缩,CO伸缩伯醇特征峰,OH伸缩氢键缔合,透射率 %,波长/m,波数/cm-1,OH伸缩氢键缔合,CH伸缩,CO伸缩伯醇特征峰,乙醇的红外光谱(液膜法）,透射率 %,波数/cm-1,乙醇的红外光谱(CCl4溶液）,乙醇的红外光谱(液膜法）,OH伸缩氢键缔合3333,OH伸缩游离
13、羟基3650,脂族和环的C-O-C as 1150-1070cm-1,芳族和乙烯基的=C-O-C,as 1275-1200cm-1 （1250cm-1 ）,s 1075-1020cm-1,4. 醚（COC）,脂族 R-OCH3 s (CH3) 2830-2815cm-1 芳族 Ar-OCH3 s (CH3) 2850cm-1,5醛、酮,醛,6羧酸及其衍生物,羧酸的红外光谱图,酰胺的红外光谱图,不同酰胺吸收峰数据,酸酐和酰氯的红外光谱图,7.芳香族化合物,1)芳氢伸缩振动2)芳环骨架伸缩振动确定苯环存在,透射率 %,波长/m,波数/cm-1,ArH和CH3伸缩,C = O伸缩振动,苯乙酮的红外光
14、谱,芳环,苯酚的红外光谱图,波数/cm-1,波长/m,透射率 %,O H伸缩振动,=C O伸缩振动,透射率 %,波长/m,波数/cm-1,3300,OH伸缩氢键缔合,16101500,C=C共轭,1232,CO伸缩,813,对位二取代苯,719,CH（苯环）弯曲,对甲苯酚的红外光谱图,间二甲苯的红外光谱图,透射率 %,波长/m,波数/cm-1,芳环=CH伸缩,甲基CH伸缩,芳环C=C伸缩,芳环C=C伸缩甲基CH弯曲,间位二取代苯,甲基CH弯曲,透射率 %,波长/m,波数/cm-1,芳环C=C伸缩,芳环C=C伸缩甲基CH弯曲,芳环=C H伸缩,甲基CH伸缩,甲基CH弯曲,苯的1，2-二元取代,邻
15、二甲苯的红外光谱图,3)芳氢弯曲振动判断苯的取代形式,单取代双取代邻取代对取代间取代多取代,1. 单取代 (含5个相邻H),2. 双取代,邻取代（4个相邻H）间取代（3个相邻H，1个孤立H）对取代（2个相邻H）,3. 多取代,8. 含氮化合物,胺,特征区分,氰基化合物的红外光谱图,CN=2275-2220cm-1,硝基化合物的红外光谱图,AS （N=O）=1565-1545cm-1,S （N=O）=1385-1350cm-1,脂肪族,芳香族,S （N=O）=1365-1290cm-1,AS （N=O）=1550-1500cm-1,红外光谱的特征性例： 2800 3000 cm-1 CH3 特征
16、峰； 1600 1850 cm-1 C=O 特征峰； 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基团特征频率（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 酰胺常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 670 cm-1依据基团的振动形式，分为四个区：14000 2500 cm-1 XH伸缩振动区（X=O，N，C，S）22500 2000 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区32000 1500 cm-1 双键伸缩振动区4 1650 cm-1 XY伸缩，XH变形振动区,叁键及累积双键区（25002000cm-1）,常见基团的红外吸收带,特征区,指纹区,
