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[理学]波谱分析第四章IR谱

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波谱分析—绪论(基础化学)

波谱分析—绪论(基础化学)
核磁共振谱 (nuclear magnetic resonance，缩写为NMR) 质谱 (mass spectroscopy，缩写为MS) 组成的用于鉴别有机化合物结构的分析方法。
半个多世纪以来，由于量子力学、电子及 光学技术、计算机科学的兴起和发展，波谱分析 方法得到了迅速发展，并逐渐成为人类认识分子 的最重要的手段之一。
四种波谱分析法的比较 ：
1、测定的灵敏度： MS > UV > IR > 1H-NMR > 13C-NMR 2、仪器的昂贵程度： MS和NMR远比IR和UV昂贵，且随着仪器价格的升高也相 应增加了维护费用。 3、测定技能： 在常规分析中使用的UV、IR、简易的NMR比较简单，而精 密的联用仪器如GC-MS、HPLC-MS等操作比较复杂。 4、获取信息量的程度： 不仅要考虑获取信息的数量，还要考虑对 获取信息的解析能力。 综合起来比较，按下述顺序递降： NMR > MS > IR > UV
聚态的结构构型和构象的状况，对人类所面临的生命科学、材料 科学的发展，是极其重要的。
四、波谱学分析方法：
波谱分析法（Specturm Analysis）是由:
紫外光谱 (ultraviolet spectroscopy，缩写为UV)、
红外光谱 (infrared spectroscopy，缩写为IR)、
科研经验，教学过程中使用多媒体课件教学，基本理论、原理 主要采用板书，同时兼有课堂讨论和课后辅导等多种教学手段 相结合的方式。
二、教学目的与基，
波谱学分析方法获得了相当大的进展。在有机化学、无机化学、
生物化学领域中，许多原来只能定性描述的问题，经过波谱学 分析获得了定量的结果。
的能力。
三、本课程的意义

波谱-IR

波谱-IR
c—光速3×108m/s
k
k

k—化学键的力常数（N· -1） m —双原子折合质量（kg） μ=
若化学键的力常数k 以（N· -1）为单位，折合质量以原子 m 质量为单位，则可简化为
双原子分子的振动频率取决于化学键的力常数和原子的质量。 化学键越强（K值越大），相对原子质量越小，振动频率越高
例 HCl分子K=4.8×102 N· -1 ,计算出HCl的振动频率。 m
宽峰
尖峰
肩峰
双峰
2、峰强的影响因素
（1） 瞬间偶极矩的大小（Δμ）峰强与 Δμ的平方成正比 偶极矩的影响因素： a 原子的电负性 相邻两个原子电负性相差越大， Δμ ↑，峰强↑ b 分子振动类型 υas ＞ υs ＞ δ c 分子对称性 对称性越好， Δμ越小，峰强越小。 完全对称， Δμ = 0，无IR峰。 氢键的形成 Δμ ↑，峰强↑ 费米共振：倍频峰或组合频峰与某基频峰 d 其它因素 相接近时，发生相互作用，使原来很弱的 倍频或组合频峰↑ C=C、C=O共轭，峰强↑ （2）跃迁几率 分子在跃迁过程中激发态分子占总分子的百分 数. 几率大，峰强↑ ，样品浓度↑ ，几率↑
3、多原子分子的振动
（1）分子的振动自由度
振动自由度：基本振动的数目。 分子自由度数（3N）= 平动自由度 + 转动自由度 + 振动自 由度 振动自由度=分子自由度数（3N）- (平动自由度 + 转动自 由度) 理论上，每个振动自由度（基本振动数）在红外光谱区均 产生一个吸收峰带。
振动自由度与峰数
（分子结构上微小变化指纹区明显改变）
第二章
红外吸收光谱法
Infrared spectroscopy（IR）
第二节
峰强、峰位的影响因素

波谱解析 第四章 碳谱作业参考答案

波谱解析 第四章 碳谱作业参考答案

E : (3)用 D PT-135°谱区别 第四章 核磁共振碳谱参考答案3.(1)用 DEPT-135°谱区别：1 个正峰（CH 3）,3 个倒峰（CH 2）。

：3 个正峰（2 个 CH 3，1 个CH ）,1 个倒峰（CH 2）。

(2)用常规碳谱可区别:有 6 个峰。

有 8 个峰。

:有 4 个正峰(2 个 CH 3，2 个 CH ):2 个正峰(2 个 CH 3),1 个倒峰（CH 2）6.1)由分子式C5H9O2Br 计算不饱和度Ω=1，结构中可能含一个双键或一个环。

2)1H NMR 解析：1.25(t):CH x-CH2- ;2.85(t): 弱吸电子基团-CH y-CH2- ;3.55(t): 弱吸电子基团-CH z-CH2- ;4.20(q): -CO2-CH m-CH3(该基团CH m必定与吸电子基团相连。

根据化学位移和分子式可初步判断是与酯基氧原子相连) 3)13C NMR 解析：共有五条峰，与结构式中碳数一致，说明分子中不含对称元素。

178.2(s): 羧酸或其衍生物的C=O;60.8(t): -CH2-，与氧原子相连37.8(s): -CH2-，可能与弱吸电子原子相连26.5(t): -CH2-，可能与弱吸电子原子相连14.2(q): -CH34)推断过程：碳谱表明分子中有1 个羰基，3 个亚甲基和1 个甲基，因此氢谱中4.20ppm 处必定为亚甲基，所以分子中含CO2CH2CH3片段，再结合氢谱，该片段中CH3出峰应该在1.25ppm 处。

这样一来，可以进一步推断2.85 和3.55ppm 处的信号必然是剩余两个亚甲基，由于都为t 峰，这两个亚甲基必定相连，所以推测出分子含有片段CH2CH2，且两端都连有弱吸电子基团。

至此，分子中含有如下片段：一个B（r（端基），因此该化合物的结构为：端基），一个CH2CH2，一个CO2CH2CH38.1)由分子式C8H5NO2可算出不饱和度Ω=7，结构中可能含有苯环。

红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析

红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析

υC=O 1715 cm-1
υC=O 1780 cm-1 υC=O 1650 cm-1
吸电子效应：高波数移动精；选课推件 电子效应：低波数移动
2.峰强 峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化。 偶极矩的变化越小，谱带强度越弱。
• 极性大的基团，吸收强度大。 C=O 比 C=C 强， CN 比 C C 强 使基团极性降低的诱导效应，吸收强度减小， 使基团极性增大的诱导效应，吸收强度增加。
2、电子效应
a. 诱导效应
b. 诱导效应使基团电荷分布发生变化，从而改变
了键的力常数，使振动频率发生变化.
O 例： R C X
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
精选课件
O
RCX
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
• 推电子基，C=O电荷中心向O移动，C=O极性增强， 双键性降低，低频移动； • 吸电子基， C=O电荷中心向几何中心靠近， C=O极 性降低，双键性增强，高频移动。
精选课件
H2O有3种振动形式，相应的呈现3个吸收谱带。
精选课件
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相等，才 能发生振动能级跃迁，产生吸收吸收光谱。
2. 只有引起分子偶极矩发生变化的振动才能产生 红外吸收光谱。
精选课件
1.6 IR光谱得到的结构信息
1 峰位：吸收峰的位置（吸收频率） 2 峰强： 吸收峰的强度
化学 键
C―C
C＝C
C≡C
键长 （nm）

大二有机化学课件波谱IR

大二有机化学课件波谱IR
1. 三要素：位置、强度、峰形 2. 同一基团的几种振动的相关峰是同时存
在的 3. 解析顺序: 先官能团区, 后指纹区 4. 标准红外谱图的应用: 如 Sadtler 谱图集
红外光谱的解析步骤
化合物类型的判断 有机物或无机物 饱和化合物或不饱和化合物 烯烃、炔烃或芳烃
推断可能含有的功能团 先看特征频率区（4000-1300），再
红外光谱
红外光谱仪
Thermo Nicolet
学些什么?
红外光谱如何产生? 红外光谱如何表示? 红外光谱如何在结构解析中有何作用? 如何解析红外光谱图?
红外光谱如何 产生?
1.分子振动与红外光谱 (1).分子的振动方式 (a)伸缩振动：
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
(b)弯曲振动：
看指纹区（1300-400）。 先看强峰，再看弱峰 先找特征吸收峰，再找相关峰佐证
红外光谱的解析步骤
计算分子的不饱和度，根据不饱和度的 结果推断分子中可能存在的官能团。
根据吸收峰的位置、强度、形状分析各 种官能团及其相对关系，推出化合物的 化学结构
I0
I0：表示入射光的强度。
红外光谱有何 作用?
分子结构的测定(吸收峰的位置和形状) 未知物鉴定 混合物成分分析(吸收峰的强度) 测定分子的键长、键角、推断分
子的立体结构，分析化学键的强弱 等。
P122 单环芳烃 P182 卤代烃 P222 醇 P 237 酚 P253 醚 P279 醛酮 P310 羧酸 P363 硝基化合物 P374 胺
各种官能团的红外吸收位置
O-H, 3650-3100 cm-1 N-H, 3550-3100 cm-1 C-H 3320-3310 cm-1 =C-H 3085-3025 cm-1 Ar-H 3030 cm-1 C-H 2960-2870 cm-1 S-H 2590-2550 cm-1 CC 2275-2100 cm-1 C=O 1850-1650 cm-1 C=C 1680-1600 cm-1 C6H6 1600-1450 cm-1

最新IR谱图的讲解

最新IR谱图的讲解

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红 外 光 谱 (IR)
——分子吸收红外光引起的振动能级跃迁和转动能
级跃迁而产生的吸收信号。
一、怎样研究IR(基本思路)？
1、根据谱图(σ值)找特征吸收。达不到：谱图＝物质
2、不要试图解释每一个吸收峰的含义，以记住价键结 构的特征吸收(σ)为目的。
3、波数(σ)相同，则价键相同，峰形受其他因素影响。
3、能红量外传光递被是吸通收过的分条子件振动HH时－－偶OOCC((－醇羧=大量C化O)酸多吸1学)17数 收30键0303情 造0~36力~041况 成1094常0~~5下相0023数055c，邻08cm04m能振-1cc-1mm--11
极矩的变化(△μ≠0)来实现的，HC－≡动CO能233级500028-之4 C0~O2伸缩振~2动间.sw2f150的000跃cmcm迁-1-1，
《有机化学》教学课件(76-04-1.0版)—第二十八讲
IR谱图的讲解
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《有机化学》教学课件(76-04-1.0版)—第二十八讲
问题二：为什么要研究波谱分析？
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与化学方法鉴定有机物结果相比，具有以下优点：
1、速度快、用量少； 2、可探索到更深层次的构型和构象的状况； 3、样品经测试后常不会被破坏。
《有机化学》教学课件(76-04-1.0版)—第二十八讲
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2、烯烃 特征结构：C＝C和＝C－H键
对称性强，吸收减弱。
① ν C＝C ＝ 1670～1640 共轭烯烃，移向低频(1630)
C＝C－C＝C，使C＝C的化学键力常数减弱。
② ν ＝C－H ＝ 3100～3010 ③δ＝C－H ＝ 1000～800
≡C－H 比烯烃频率更高。
饱和ν C－H

分析化学(仪器分析)第四章-仪器分析(IR)

分析化学(仪器分析)第四章-仪器分析(IR)
8
第一节
概 述
（2）分子的振动能级不仅取决于分子的组成，也与 其化学键、官能团的性质和空间分布等结构特征密 切相关，通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的 强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未 知物的结构组成或确定其化学基团。 （3）而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团 的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。 （4）红外吸收光谱是一种非破坏性分析方法，试样 的适应性强，气体、液体、固体样品都可测定，且 样品用量少，分析速度快。
10
第二节 红外吸收基本理论
一、分子的振动
（一）谐振子 分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅 （与原子核之间的距离相比）作周期性的振动，可 近似的看作简谐振动。这种分子振动的模型，以经 典力学的方法可把两个质量为m1和m2的原子看成钢体 小球，连接两原子的化学键设想成无质量的弹簧， 弹簧的长度r就是分子化学键的长度,化学键的强度 可用弹簧的力常数k表示。
21
第二节 红外吸收基本理论
右图表示亚甲基 的各种振动形式。 由于弯曲振动的 力常数比伸缩振 动的小，因此， 同一基团的弯曲 振动都在其伸缩 振动的低频端出 现。
22
第二节 红外吸收基本理论
（四）振动自由度
多原子分子振动形式的多少可用振动自 由度来描述。 振动自由度即独立的振动数。
23
第二节 红外吸收基本理论
14
第二节 红外吸收基本理论
对于相同化学键的基团，振动频率取决于原子质 量。例如C-C、C-O、C-N键的力常数相近，但相对 折合质量不同，其大小顺序为C-C < C-N < C-O，因 而这三种键的基频振动峰分别出现在1430 cm-1 、13 30 cm-1 、1280 cm-1附近。 上述用经典方法来处理分子的振动是宏观处理方 法，或是近似处理的方法。但一个真实分子的振动能 量变化是量子化；另外，分子中基团与基团之间，基 团中的化学键之间都相互有影响，除了化学键两端的 原子质量、化学键的力常数影响基本振动频率外，还 与内部因素和外部因素有关。

[理学]综合波谱解析法

[理学]综合波谱解析法

含氢的官能
氢谱不足
团
碳谱补充
对于含碳较多的 有机物，烷氢的 化学环境类似， 而无法区别
给出各种含碳官能团 的信息，几乎可分辨 每一个碳核，
光谱简单易辨认
24.11.2020
h
16
碳谱与氢谱可互相补充
碳谱不足
COM谱的峰高， 常不与碳数成 比例
氢谱补充
氢谱峰面积的积分 高度与氢数成比例
24.11.2020
偏共振谱(off resonance de-coupling，OFR，
部分除去氢干扰)可提供碳的类型。因为C与相
连的H偶合也服从n+1律，由峰分裂数，可以 确定是甲基、 亚甲基、次甲基或季碳。例如 在 四重偏峰共(振q)碳、谱三中重C峰H(3t、)、C二H重2、峰C(Hd)与及季单碳峰分(s)别。为
24.11.2020
h
2
一、各种光谱的在
综合光谱解析中的作用
24.11.2020
h
3
质谱在综合光谱解析中的作用源自 质谱(MS) 主要用于确定化合物的分子量、分 子式。
质谱图上的碎片峰可以提供一级结构信息。对 于一些特征性很强的碎片离子，如烷基取代苯 的m／z 91的苯甲离子及含γ氢的酮、酸、酯的 麦氏重排离子等，由质谱即可认定某些结构的 存在。
立体异构体比较灵敏，能给出细微结构信息。
24.11.2020
h
8
核磁共振碳谱在综合光谱解析中的作用
在碳谱中:
质 子 噪 音 去 偶 或 称 全 去 偶 谱 (proton noise deeoupling或proton complete deeoupling，缩
写COM，其作用是完全除去氢核干扰)可提供 各类碳核的准确化学位移

第四章 红外吸收光谱分析PPT课件

第四章 红外吸收光谱分析PPT课件
5
红外光谱图
红外光谱是分子的振动和转动光谱，是许多条相隔很近 的谱线组成的吸收谱带。
与紫外—可见光谱比较： 红外光谱吸收峰数目多、吸收曲线复杂、吸收强度弱。
6
4-2 红外吸收基本理论 一、分子振动
（一）谐振子
7
双原子分子可以看成是谐振子，根据经典力学(胡
克定律)，可导出如下公式：
v 1
k
2
m1m2
δ 2、 C__H （面内）1475～1300cm-1
δ 3、 C__H （面外）740～720cm-1
C－C C＝C C≡C C－H O－H N－H C＝O
1.54 1.34 1.20 1.09 0.96 1.00 1.22
4.5 9.6 15.6 5.1
7.7 6.4 12.1
利用以上原理，可以计算化学键的伸缩振动频率。 1dyn=10-5N
9
例1 求C＝O健的伸缩振动频率。 解：
1 1 2 2 1 1 6 6 6.01 2 120 3 1.1 4 12 03
化学组成分析
测定分子的键长、键角， 以此推断分子的立体构 型
根据光谱中吸收峰的位置 和形状推断未知物结构；
依照特征吸收峰的强度测 定混合物中各组分的含量
特点：快速、灵敏度高、检测试样用量少，可分
析各种状态的试样 2
红外光谱区
分子振动能级间跃迁需要的能量小，一般在 0.025-1eV间。
波长范围：0.75μm～1000μm。 红外光谱区在可见光区与微波区之间。
第四章 红外吸收光谱分析
Infrared Absorption Spectrometry, IR
4-1 红外吸收光谱分析概述
当红外光照射时，物质 的分子将吸收红外辐射，引 起分子的振动和转动能级间 的跃迁所产生的分子吸收光 谱，称为红外吸收光谱或振 动-转动光谱。

IR图谱分析方法.pptx

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10.胺：3500~3100 cm^-1, N-H 伸缩振动吸收 1350~1000 cm^-1, C-N 伸缩振动吸收 N-H 变形振动相当于 CH2 的剪式振动方式, 其吸收带在: 1640~1560cm^-1, 面外弯曲振动在 900~650cm^-1. 11.腈:腈类的光谱特征:三键伸缩振动区域,有弱到中等的吸收 脂肪族腈 2260-2240cm^-1 芳香族腈 2240-2222cm^-1 12.酰胺: 3500-3100cm^-1 N-H 伸缩振动 1680-1630cm^-1 C=O 伸缩振动 1655-1590cm^-1 N-H 弯曲振动 1420-1400cm^-1 C-N 伸缩
2
芳香醚：两个 C-O 伸缩振动吸收： 1270~1230cm^-1（为 Ar-O 伸缩） 1050~1000cm^-1（为 R-O 伸缩） 7.醛和酮: 醛的主要特征吸收: 1750~1700cm^-1（C=O 伸缩） 2820，2720cm^-1（醛基 C-H 伸缩） 脂肪酮: 1715cm^-1,强的 C=O 伸缩振动吸收,如果羰基与烯键或芳环共轭会使吸 收频率降 低 8.羧酸:羧酸二聚体: 3300~2500cm^-1 宽,强的 O-H 伸缩吸收 1720~1706cm^-1 C=O 吸收 1320~1210cm^-1 C-O 伸缩 920cm^-1 成键的 O-H 键的面外弯曲振动 9.酯: 饱和脂肪族酯(除甲酸酯外)的 C=O 吸收谱带: 1750~1735cm^-1 区域 饱和酯 C-C(=O)-O 谱带:1210~1163cm^-1 区域 ,为强吸收
3
13.有机卤化物: C-X 伸缩 脂肪族 C-F 1400-730 cm^-1 C-Cl 850-550 cm^-1 C-Br 690-515 cm^-1 C-I 60析方法

IR谱图的讲解

IR谱图的讲解

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练习2：现有烷、炔、 醇、酮的四张谱图，根 据特征吸收分析确定。
③
1740 (νC＝O)
酮
①
3300 (ν≡C－H) 3600 (νO－H)
炔
④
烷 2960 (νC－H )
②
醇
《有机化学》教学课件(76-04-1.0版)—第二十八讲
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第二十八讲 总结
＝C－H ≡C－H ②3300～3000 ——主要官能团IR特征吸收 C≡N C≡C 苯环 ④≈2200 ⑥1600～1450(多峰)
《有机化学》教学课件(76-04-1.0版)—第二十八讲
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本课要点
2、IR的四个大区
总结
作业
1、形成红外光谱基本条件
3、 各类有机物的特征吸收 4、 IR解析
开 始 讲 课
《有机化学》教学课件(76-04-1.0版)—第二十八讲
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第十一章
有机波谱分析
问题一：什么是波谱分析？ ——通过测定有机物对不同波长电磁波的吸收，来 鉴定不同有机物结构的一种分析手段。 2.5 100 透 过 率 此物对该 波长的光 有很强的 吸收 波数cm-1 (σ) 400 波长μm (λ) 25
－CH2CH3
力常数较小， 吸收弱，可略。 ① ν C－H ＝2960～2850 ②δC－H ＝1380 ③δ(CH2)n ＝720 1、烷烃 ——只有C－C和C－H键
－CH(CH3)2
饱和ν C－H＜3000
1465～1365 n＞4，常视 为直链特征
－C(CH3)3
《有机化学》教学课件(76-04-1.0版)—第二十八讲
在3000附近的吸收峰, 是由于C－H键的伸 缩振动而引起的。

IR图谱分析方法

IR图谱分析方法

I R图谱分析方法(总4页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--IR图谱分析方法（1）首先依据谱图推出化合物碳架类型：根据分子式计算不饱和度，公式：不饱和度＝F+1+(T-O)/2 其中：F：化合价为4价的原子个数（主要是C原子），T：化合价为3价的原子个数（主要是N原子），O：化合价为1价的原子个数（主要是H原子），例如：比如苯：C6H6，不饱和度＝6+1+（0-6）/2＝4，3个双键加一个环，正好为4个不饱和度；（2）分析3300~2800cm^-1区域C-H伸缩振动吸收；以3000 cm^-1为界:高于3000cm^-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收，有可能为烯, 炔, 芳香化合物,而低于3000cm^-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收；（3）若在稍高于3000cm^-1有吸收,则应在 2250~1450cm^-1频区，分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰，其中：炔 2200~2100 cm^-1烯 1680~1640 cm^-1芳环 1600,1580,1500,1450 cm^-1若已确定为烯或芳香化合物，则应进一步解析指纹区，即1000~650cm^-1的频区 ,以确定取代基个数和位置（顺反，邻、间、对）；（4）碳骨架类型确定后,再依据其他官能团,如 C=O, O-H, C-N 等特征吸收来判定化合物的官能团；（5）解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在,如2820，2720和1750~1700cm^-1的三个峰，说明醛基的存在。

至此，分析基本搞定，剩下的就是背一些常见常用的健值了！…………………………………………………………………………………………………… ………1.烷烃：C-H伸缩振动（3000-2850cm^-1）C-H弯曲振动（1465-1340cm^-1）一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm^-1以下，接近3000cm^-1的频率吸收。

波谱分析教程(第二版)课件4.IR第一节

波谱分析教程(第二版)课件4.IR第一节
对称性分子的对称伸缩振动也没有偶极变化，也不
产生红外吸收峰。而
， C
O
， N C
，H O
NH2 等强极性基团的伸缩振动吸收均为强吸收。
2
诱导效应
使基团极性降低的诱导效应导致基团的吸收
强度减小； 使基团极性升高的诱导效应导致基团的吸收 强度增加。 例如：
C N 为强极性基团，其
C N 吸收带尖
饱和C-H ν频率区 铵盐ν频率区 X-H ν频率区（X=B、P、S、Si）
3350~3000
3000~2700 3100~2250 2650~2000
三键ν频率区
双键ν频率区 饱和C-H 面内δ频率区 不饱和C-H面外δ频率区
2300~1900
1950~1500 1500~1350 1000~650
第三章 红外光谱
教学基本要求：
了解红外及拉曼光谱的基本原理及异同点，理解红外 光谱的产生和拉曼位移的产生； 了解红外光谱定量分析的基本依据和定量分析方法； 掌握分子的基本振动形式及影响基本振动频率的因素； 掌握官能团的特征频率极影响频率的因素，利用红外 光谱进行有机结构分析的方法。
引言
红外光谱（infrared spectroscopy, IR）是研
4
（组）合频峰
基频峰之间相互作用，形成频率等于两个基频峰之和或之
差的吸收峰称为合频峰。（当一个光子激发了一个以上的振 动发生能级跃迁时，即可观察到组合频）
5
泛频峰 振动偶合
6
倍频峰和合频峰统称为泛 频峰。形成泛频峰的跃迁 几率较小，故与基频峰相 比，泛频峰通常为弱峰， 常常不能检出。
当相同的两个基团在分子中靠得很近时，其相应的特征 峰常发生分裂，形成两个峰，这种现象称为振动偶合。
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式中：k—以N/cm为单位表示的化学键的 力常数 μ—以2个原子的摩尔质量表示的折 合质量 1 * 5 1303—等于 2 c N 10
上式推广到多原子分子并且可以得出:

1.吸收峰的位置即基团振动频率与化学键的力 常数成正比,与折合质量成反比,若已知K和μ, 则可计算出各基团基频吸收峰的位置。 2.由于各种有机化合物结构不同,它们的原子质 量和化学键力常数各不相同,就会出现不同的 吸收频率,因此各有其特征的红外吸收光谱.这 就是IR谱可以鉴定有机化合物结构的理论依据。

4.2.3分子振动形式
①伸缩振动
1.振动的基本形式
②变形振动
分子振动形式
2.分子振动自由度
①3n-5（线性分子）
②3n-6（非线性分子）
★讨论分子振动形式可以了解吸收峰的起源，即 吸收峰是由什么振动形式的能级跃迁所引起的； 可以从理论上讨论振动形式的数目与原子数目 间的关系；可以粗略估计基频峰的可能数目。 ★理论上计算的一个振动自由度，在IR谱中相应 产生一个基频吸收峰！ ☆请同学们计算H2O和CO2的振动自由度，并说 明他们在IR谱中各有几个吸收锋？

μ﹦q· d

式中：q表示正或负电荷电量，d表示正负电 荷中心距离。 例如：H2O是极性分子，正、负电荷中心距离 为d，三个原子在平衡位置总是不断的振动， 振动过程中，d的瞬时值随着化学键的伸长或 缩短而不断的发生变化，因此分子的偶极矩也 发生相应的改变，分子也就具有确定的偶极矩 变化频率。


结论
★当一定频率的红外光照射物质分子时，如果分 子中某个基团的振动频率和它一样，二者就会 产生共振，此时光的能量通过分子偶极矩的变 化传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红 外光产生振动跃迁。在红外谱图上就产生一个 吸收峰。
4.2.2分子振动方程 分子振动方程是以双原子分子为例，由经 典力学中的Hooke定律导出： K ☆ (4-1) -1 cm 1303
以双原子分子为例说明分子的振动能级。 A～～B可以看成沿键轴方向的简谐振动， 由量子力学证明：分子振动总能量为： Ev=(V+1/2)hν 式中 V—振动量子数（取值０，１，２…） ν—分子振动频率 ΔEv=ΔV· hν 根据跃迁选律，ΔV=±1, ±2, ±3…的跃 迁为允许跃迁。

由上述原理，当红外辐射能等于分子振动能级 间的能量差时，则分子吸收辐射能由基态振动 能级（V=0）跃迁至不同的振动激发态 （V=1,2,3…）。 ★由基态振动能级跃迁至第一振动激发态及V0→1 时所产生的吸收峰称为基频峰。此时 ν 分＝ν 辐 也就是说基频峰在红外谱图中位置等于双 原子分子的振动频率。 ★对多原子分子来说呢？ ★在红外谱图中，除基频峰外，还有什么峰？
第四章 红外吸收光谱法 (Infrared,简称IR谱)
学习目的

通过本章学习应了解红外吸收光谱与分子结构 的关系，能解析红外光谱图。应掌握红外吸收 光谱产生的条件及吸收峰的位置、峰数、峰强 度取决于哪些因素；掌握主要有机化合物的红 外光谱特征，吸收频率与基团的关系以及影响 吸收频率的一些因素；能够确定八个主要的光 谱区域，并能鉴别在这些区域里引起吸收的键 振动的类型；能够利用红外光谱鉴别各种异构 体，能够解析简单化合物的结构。

图1．对硝基苯甲醛的红外光谱
图2. 乙酸乙酯的IR谱图
4.2红外光谱法基本原理

4.2.1红外吸收光谱产生的条件
★1.红外吸收光谱产生的第一个条件是： 辐射能应等于相应分子振动能级间能级差。

即△E振动=hν辐射。 基频峰：由基态振动能级吸收相应的辐射能跃 迁至第一振动激发态所产生的吸收峰。
CO2 是对称分子，正、负电荷中心重叠， d＝0,则μ＝0，因此CO2是一个非极性分子。 在振动过程中，如果两个化学键同时伸长或缩 短（称为对称伸缩振动），则d始终为0，偶 极矩不改变，这种振动不产生红外吸收，称为 非红外活性。如果分子在振动时，一个键伸长 的同时，另一个键缩短（称为不对称伸缩振 动），则分子的正、负电荷中心不再重叠， d≠0,偶极矩发生改变，这种振动将产生红外吸 收，为红外活性。可见并非所有的振动都会产 生红外吸收，只有发生偶极矩变化的振动才能 引起可观测的红外吸收谱带。
3.影响峰数减少的原因：



①振动过程的非红外活性； ②由于分子结构对称性的缘故，某些振动频率 相同，它们彼此发生简并； ③仪器分辨率不高，对一些频率很近的吸收峰 分不开，灵敏度不高，检测不出来； ④吸收峰的频率超过了仪器的可测范围。

4.1.2红外光谱区域 习惯上按红外线波长，将红外光谱分成三 个区域： 近红外：0.78-2.5μm（12820-4000cm-1） 中红外：2.5-25μm（4000-400cm-1） 远红外：25-300μm（400-33cm-1）。 其中中红外区是IR谱研究的主要区域。

4.1.3红外光谱图表示法。实例说明。 纵坐标：百分透过率；（T﹪） 横坐标：吸收频率（cm-1）。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
★在红外光谱中，是不是倍频峰一定是基频峰的 整数倍呢？
★2.红外吸收光谱产生的第二个条件是：

分子在振动过程中必须有偶极矩的改变。此振 动为红外活性，否则为非红外活性。 就整个分子而言,分子是呈电中性的,但由于构 成分子的各原子价电子得失的难易程度各异, 而表现出不同的电负性,分子也因此而显示不 同的极性。通常可用分子的偶极矩μ来描述分 子极性的大小。
本章主要内容

4.1 红外光谱法概述
4.2红外光谱法基本原理 4.3 红外吸收光谱的基团频率和特征吸收 4.4红外吸收光谱在有机结构分析中的应用 4.5 激光拉曼光谱简介
4.1 红外光谱法概述

4.1.1红外吸收光谱法研究的对象
红外吸收光谱用于研究分子振动（转动）能级 跃迁。红外吸收光谱（Infrared，简称IR谱） 是利用物质分子对红外光区电磁辐射的选择性 吸收特性来进行结构分析，定性和定量分析的 一种方法。具体的说：IR谱是根据光谱中吸收 峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特 征吸收峰的强度来进行定量分析。

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