1、 红外吸收光谱红外吸收光谱(Infrared Absorption spectroscopy,IR)=是分子振动和振转光谱；是分子振动和振转光谱；=特征性强、适用范围广；特征性强、适用范围广；红外吸收光谱的特点红外吸收光谱的特点 红外区域的划分红外区域的划分 0.761000 m 0.762.5 m 近红外区：泛频区近红外区：泛频区 2.525 m 中红外区：中红外区：绝绝大部分有机大部分有机物的基团振动频率在此区域。物的基团振动频率在此区域。251000 m 远红外区：转动和重原子远红外区：转动和重原子振动振动 红外光谱的表示方法红外光谱的表示方法 红外光谱图红外光谱图 文字文字纵坐标为：纵
2、坐标为：百分透过率百分透过率（%）横坐标为：横坐标为：波数（波数（cmcm-1-1）。）。也可用文字形式表示为：也可用文字形式表示为：2955cm2955cm-1-1(s)(s)为为CHCH2 2的反对称伸缩振动的反对称伸缩振动(asCH2asCH2),2870cm),2870cm-1-1(m)(m)为为CHCH2 2的对称伸缩振动的对称伸缩振动(sCH2sCH2)1458cm)1458cm-1-1(m)(m)为为CHCH2 2的面内弯曲振动的面内弯曲振动(面内面内CH2CH2),895cm),895cm-1-1(m)(m)为为CHCH2 2的面外弯曲振动的面外弯曲振动(面面外外CH2CH2)
3、一、基本原理一、基本原理 红外光谱产生的条件红外光谱产生的条件 E E红外光红外光=E=E分子振动分子振动 或或红外光红外光=分子振动分子振动红外光与分子之间有偶合作用：分子振动红外光与分子之间有偶合作用：分子振动时其偶极矩时其偶极矩()()必须发生变化，即必须发生变化，即00。分子偶极矩分子偶极矩()r 二、红外光谱与分子结构的关系二、红外光谱与分子结构的关系1.分子振动形式分子振动形式 分两大类：伸缩振动和弯曲振动分两大类：伸缩振动和弯曲振动v伸缩振动伸缩振动：原子沿键轴方向往复运动，振动过程中：原子沿键轴方向往复运动，振动过程中键长发生变化。又可分为对称伸缩振动（键长发生变化。又可分为对
4、称伸缩振动（s）和反对称）和反对称 伸缩振动（伸缩振动（as）两种形式。）两种形式。v弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分为面内弯曲振动（为面内弯曲振动（）和面外弯曲振动（）和面外弯曲振动（）两种形式，）两种形式，它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式。它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式。v+和和-表示垂直于纸面方向的前后振动。表示垂直于纸面方向的前后振动。亚甲基的振动形式亚甲基的振动形式理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相应频率的红外光，在光谱图对应位置上出现一应频率的红外光，在光谱图对应位置
5、上出现一个吸收峰。实际上，因种种原因分子振动的数个吸收峰。实际上，因种种原因分子振动的数目与谱图中吸收峰的数目不尽相同。目与谱图中吸收峰的数目不尽相同。分子振动数目分子振动数目 线性分子：线性分子：3n-5个个（n为分子中的原子个数）为分子中的原子个数）非线性分子：非线性分子：3n-6个个 分子振动与红外吸收峰的关系分子振动与红外吸收峰的关系吸收峰减少的原因吸收峰减少的原因 分子的一些振动没有偶极矩变化，是红外分子的一些振动没有偶极矩变化，是红外非活性的；非活性的；不同振动方式的频率相同，发生简并；不同振动方式的频率相同，发生简并；一些振动的频率十分接近，仪器无法分辨；一些振动的频率十分接近，
6、仪器无法分辨；一些振动的频率超出了仪器可检测的范围。一些振动的频率超出了仪器可检测的范围。红外光谱中的振动吸收峰红外光谱中的振动吸收峰 基频基频 能级跃迁选律：振动量子数能级跃迁选律：振动量子数(V(V）变化为）变化为1 1时，跃迁几率最大。从基态时，跃迁几率最大。从基态(V=0)(V=0)到第一振到第一振动激发态动激发态(V=1)(V=1)的跃迁最重要，产生的吸收频率的跃迁最重要，产生的吸收频率称为基频。称为基频。红外光谱中除了前述基本振动产生的基本频率吸红外光谱中除了前述基本振动产生的基本频率吸收峰外，还有一些其他的振动吸收峰：收峰外，还有一些其他的振动吸收峰：v倍频：倍频：是由振动能级基
7、态跃迁到第二、三激发态时是由振动能级基态跃迁到第二、三激发态时所产生的吸收峰。由于振动能级间隔不等距，所以所产生的吸收峰。由于振动能级间隔不等距，所以倍频不是基频的整数倍。倍频不是基频的整数倍。v组合频：组合频：一种频率红外光，同时被两个振动所吸收一种频率红外光，同时被两个振动所吸收即光的能量用于两种振动能级跃迁。即光的能量用于两种振动能级跃迁。组合频和倍频统称为组合频和倍频统称为泛频泛频。因为不符合跃迁选律，。因为不符合跃迁选律，发生的几率很小，显示为弱峰。发生的几率很小，显示为弱峰。v振动偶合：振动偶合：相同的两个基团相邻且振动频率相近时，相同的两个基团相邻且振动频率相近时，可发生振动偶合
8、裂分，吸收频率偏离基频，一个峰可发生振动偶合裂分，吸收频率偏离基频，一个峰移向高频，一个移向低频。移向高频，一个移向低频。v弗米共振：弗米共振：基频与倍频或组合频之间发生的振动偶基频与倍频或组合频之间发生的振动偶合，使后者强度增强。合，使后者强度增强。振动偶合：振动偶合：2,4-二甲基戊烷的红外光谱二甲基戊烷的红外光谱CH3的对称弯曲振动频率为的对称弯曲振动频率为1380cm-1，但当两个甲基连在同一个，但当两个甲基连在同一个C原子上，形原子上，形成异丙基时发生振动偶合，即成异丙基时发生振动偶合，即1380cm-1的吸收峰消失，出现的吸收峰消失，出现1385 cm-1和和1375 cm-1两个
9、吸收峰。两个吸收峰。2.红外光谱分区红外光谱分区1）基团结构与振动频率关系）基团结构与振动频率关系mK21 振动方程振动方程 当当m固定时固定时,基团基团振动频率随振动频率随化学键力常数增强而增大。化学键力常数增强而增大。K例如：例如：基基 团团 化学键力常数化学键力常数(K/Ncm-1)振动频率振动频率(/cm-1)C C 1218 22622100 CC 812增大增大 16001680 CC 46 10001300K-K-化学键的力常数化学键的力常数 m-m-基团的原子折合质量基团的原子折合质量振动频率与基团原子折合质量的关系振动频率与基团原子折合质量的关系基团基团折合质量折合质量(m)
10、振动频率振动频率(/cm-1)CH 0.9 28003100CC 6 约约 1000CCl 7.3 约约 625CI 8.9 约约 5002）基团频率区的划分）基团频率区的划分 分区依据：分区依据：由于有机物数目庞大，而组成有由于有机物数目庞大，而组成有机物的基团有限；基团的振动频率取决于机物的基团有限；基团的振动频率取决于K K 和和 m，同种基团的频率相近。同种基团的频率相近。划分方法划分方法 氢键区氢键区v基团特征频率区基团特征频率区 叁键区和累积双键区叁键区和累积双键区 双键区双键区 v指纹区指纹区 单键区单键区区域名称区域名称 频率范围频率范围基团及振动形式基团及振动形式 氢键区氢键
11、区 40002500cm-1 OH、CH、NH 等的伸缩振动等的伸缩振动 叁键和叁键和 C C、C N、N N和和累积双键区累积双键区 25002000cm-1 CCC、NCO 等的伸缩振动等的伸缩振动 双键区双键区 20001500cm-1 C=O、C=C、C=N、NO2、苯环等的伸缩振动苯环等的伸缩振动 单键区单键区 1500400cm-1 CC、CO、CN、CX等的伸缩振动及含等的伸缩振动及含 氢基团的弯曲振动。氢基团的弯曲振动。基团特征频率区的特点和用途基团特征频率区的特点和用途 吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物中的同种基团振动吸收总是出现在一
12、个比物中的同种基团振动吸收总是出现在一个比较窄的波数范围内。较窄的波数范围内。主要用于确定官能团主要用于确定官能团。指纹区的特点和用途指纹区的特点和用途 吸收峰多而复杂，很难对每一个峰进行归吸收峰多而复杂，很难对每一个峰进行归属。属。单个吸收峰的特征性差，而对整个分子结单个吸收峰的特征性差，而对整个分子结构环境十分敏感。构环境十分敏感。主要用于与标准谱图对照。主要用于与标准谱图对照。例例乙基异丙基酮和甲基丁基酮的乙基异丙基酮和甲基丁基酮的IR（指纹区差异）（指纹区差异）3）影响基团频率位移的因素）影响基团频率位移的因素 在特征频率区，不同化合物的同一种官能团在特征频率区，不同化合物的同一种官能
13、团吸收振动总是出现在一个窄的波数范围内，但吸收振动总是出现在一个窄的波数范围内，但不是一个固定波数，具体出现在哪里与基团所不是一个固定波数，具体出现在哪里与基团所处的环境有关，这就是红外光谱用于有机物结处的环境有关，这就是红外光谱用于有机物结构分析的依据。构分析的依据。基团处于分子中某一特定的环境，因此它的基团处于分子中某一特定的环境，因此它的振动不是孤立的。基团确定后，振动不是孤立的。基团确定后，m 固定，但相固定，但相邻的原子或基团可通过电子效应、空间效应等邻的原子或基团可通过电子效应、空间效应等影响影响 K，使其振动频率发生位移。，使其振动频率发生位移。影响基团频率位移的具体因素影响基团
14、频率位移的具体因素v电子效应电子效应v空间效应空间效应v氢键氢键v电子效应电子效应（1）诱导效应）诱导效应 通过静电诱导作用使分子中通过静电诱导作用使分子中电子云分布发生变化引起电子云分布发生变化引起K的改变，从而的改变，从而影响振动频率。影响振动频率。吸电子诱导效应使羰基吸电子诱导效应使羰基双键性双键性增加，振动频增加，振动频率增大。率增大。如如 CO（2）共轭效应）共轭效应 共轭效应使共轭体系中共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化，即双键键强减小，的电子云密度平均化，即双键键强减小，振动频率红移振动频率红移(减小）。也以减小）。也以 CO为例：为例：v空间效应空间效应（1）空间位阻）空间
15、位阻 破坏共轭体系的共平面性，使共破坏共轭体系的共平面性，使共轭效应减弱，双键的振动频率蓝移（增大）。轭效应减弱，双键的振动频率蓝移（增大）。OCH3OCH3OCH3CH3CH(CH3)2CH(CH3)21663cm-1 1686cm-1 1693cm-1（2）环的张力：）环的张力：环的大小影响环上有关基环的大小影响环上有关基团的频率。团的频率。随着环张力增加，环外基团振动频率蓝移随着环张力增加，环外基团振动频率蓝移（增大），环内基团振动频率红移（减小）。（增大），环内基团振动频率红移（减小）。v 氢键氢键 氢键的形成使原有的化学键氢键的形成使原有的化学键OH或或NH的键长增的键长增大，力常数
16、大，力常数K 变小，振动频率红移。变小，振动频率红移。氢键的形成对吸收峰的影响：氢键的形成对吸收峰的影响：吸收峰展宽吸收峰展宽 氢键形成程度不同，对力常数的影响不同，使得吸收氢键形成程度不同，对力常数的影响不同，使得吸收频率有一定范围。频率有一定范围。氢键形成程度与测定条件有关。氢键形成程度与测定条件有关。吸收强度增大吸收强度增大形成氢键后，相应基团的振动偶极矩变化增大，因此形成氢键后，相应基团的振动偶极矩变化增大，因此吸收强度增大。吸收强度增大。例如：例如：醇、酚中的醇、酚中的 OH，当，当分子处于游离状态时，其振动分子处于游离状态时，其振动频率为频率为3640cm3640cm-1-1左右，
17、是中等强度的尖锐吸收峰，当左右，是中等强度的尖锐吸收峰，当分子处于缔合状态时，其振动频率红移到分子处于缔合状态时，其振动频率红移到3300cm3300cm-1-1附附近，谱带增强并加宽。近，谱带增强并加宽。胺类化合物中的胺类化合物中的N-H也有类似也有类似情况。除伸缩振动外，情况。除伸缩振动外，OH、NH的弯曲振动受氢键的弯曲振动受氢键影响也会发生谱带位置移动和峰形展宽。影响也会发生谱带位置移动和峰形展宽。醇、酚、羧酸、胺类等化合物中可以形成氢键。醇、酚、羧酸、胺类等化合物中可以形成氢键。还有一种氢键是发生在还有一种氢键是发生在OH或或NH与与C=O之间的，如羧酸之间的，如羧酸以此方式形成二聚
18、体：以此方式形成二聚体：ROOHRHOO这种氢键比这种氢键比OH自身形成的氢键作用更大，不仅使自身形成的氢键作用更大，不仅使 OH 移移向更低频率，而且也使向更低频率，而且也使 C=O红移。红移。例如：例如：癸酸的红外光谱图癸酸的红外光谱图游离羧酸的游离羧酸的 C=O约为约为1760cm-1，而缔合状态（如固、，而缔合状态（如固、液体时），因氢键作用液体时），因氢键作用 C=O移到移到1700 cm-1附近。附近。用实验可以证明氢键对振动频率的影响：用实验可以证明氢键对振动频率的影响：气相或非极性溶液中得到的是游离分子的红外光谱（下图）气相或非极性溶液中得到的是游离分子的红外光谱（下图），此时
19、没有氢键影响，如果以液态的纯物质或浓溶液测定，此时没有氢键影响，如果以液态的纯物质或浓溶液测定，得到的是发生氢键缔合的分子的红外光谱（上图）得到的是发生氢键缔合的分子的红外光谱（上图）4 4）影响谱带强度的因素）影响谱带强度的因素谱带强度与振动时偶极矩变化有关谱带强度与振动时偶极矩变化有关,偶极矩变化愈大，偶极矩变化愈大，谱带强度愈大；偶极矩不发生变化，谱带强度为谱带强度愈大；偶极矩不发生变化，谱带强度为0 0，即，即为红外非活性。为红外非活性。影响偶极矩变化的因素：影响偶极矩变化的因素：分子或基团本身的极性大小分子或基团本身的极性大小：极性越大，偶极极性越大，偶极矩变化越大，对应的吸收谱带越
20、强。如矩变化越大，对应的吸收谱带越强。如C-O吸收吸收峰强度大于峰强度大于C-C吸收峰强度。吸收峰强度。化合物结构的对称性化合物结构的对称性：对称性越强，偶极矩变对称性越强，偶极矩变化越小，吸收谱带越弱。化越小，吸收谱带越弱。例：例：R RCHCHCHCH2 2 =40=40 （对称性最差）（对称性最差）顺式顺式 R RCHCHCHCHR R =10 =10 （对称性次之）（对称性次之）反式反式 R RCHCHCHCHR R =2=2 （对称性最强）（对称性最强）（为摩尔吸收系数）为摩尔吸收系数）各类化合物的红外光谱各类化合物的红外光谱1.1.烷烃类化合物的特征基团频率烷烃类化合物的特征基团频
21、率基团基团振动形式振动形式吸收峰位置吸收峰位置强度强度备注备注 asCH3 sCH3 as CH3 s CH329621028721014501013801370SSmS异丙基和叔丁异丙基和叔丁基在基在1380cm-11380cm-1附近裂分为双附近裂分为双峰峰 asCH2 sCH2 CH229265285310146520SSm sCH CH2890101340ww CH2720wn n 4 4，n n越大，越大，峰吸收强度越峰吸收强度越大。大。CH2C H(CH2)nCH3正癸烷的红外光谱图正癸烷的红外光谱图2,4-二甲基戊烷的红外光谱二甲基戊烷的红外光谱当分子中有异丙基（即两个甲基连在同
22、一个碳上）时，因为振动耦合作当分子中有异丙基（即两个甲基连在同一个碳上）时，因为振动耦合作用甲基的用甲基的 s CH31380cm-1发生裂分，在发生裂分，在1375 cm-1和和1385 cm-1左右出现强度左右出现强度相近的两个峰。相近的两个峰。2.2.烯烃类化合物的特征基团频率烯烃类化合物的特征基团频率 C=C C=C双键的伸缩振动双键的伸缩振动C=C 位于双键区位于双键区1680 1680 1600 cm1600 cm-1-1区域区域 不饱和不饱和C-HC-H的伸缩振动的伸缩振动=CH即烯碳原子即烯碳原子上的上的C-HC-H伸缩振动位于伸缩振动位于3100 3100 3000 cm30
23、00 cm-1-1区域区域 不饱和不饱和C-HC-H的面外弯曲振动的面外弯曲振动 面外面外=C-H位于位于1000 1000 950 cm950 cm-1-1区域区域-强度大，特征性强，强度大，特征性强，吸收峰的位置与烯烃的取代类型有关吸收峰的位置与烯烃的取代类型有关CH3(CH2)5CH=CH21-1-辛烯的红外光谱图辛烯的红外光谱图3.3.炔烃炔烃端基炔烃有两个主要特征吸收峰：端基炔烃有两个主要特征吸收峰：一是叁键上不饱和一是叁键上不饱和C-HC-H伸缩振动伸缩振动 C-HC-H约在约在3300cm3300cm-1-1处产处产生一个中强的尖锐峰生一个中强的尖锐峰二是二是C C C C伸缩振
24、动伸缩振动 C-CC-C吸收峰在吸收峰在21402140 2100cm2100cm-1-1。若若C C C C位于碳链中间则只有位于碳链中间则只有 C-CC-C在在2200cm2200cm-1-1左右一个尖左右一个尖峰，强度较弱。如果在对称结构中，则该峰不出现。峰，强度较弱。如果在对称结构中，则该峰不出现。1-1-辛炔的红外光谱图辛炔的红外光谱图HCC(CH2)5CH3芳烃的特征吸收：（与烯烃类似）芳烃的特征吸收：（与烯烃类似）芳环芳环C-HC-H伸缩振动伸缩振动=C=CH H 在在3000300031003100 cmcm-1-1 区域区域 芳环的骨架振动芳环的骨架振动C C=C=C 在在1
25、65016501450 cm1450 cm-1-1出现出现2-42-4个个吸收峰吸收峰 芳环芳环C-HC-H面外弯曲振动面外弯曲振动 面外面外=C-H=C-H 在在900900650 cm650 cm-1 -1 有有强吸收，用于强吸收，用于确定确定芳芳烃烃取代取代类型（与类型（与芳环取代基性芳环取代基性质无关，而与芳环上相连氢的个数有关）质无关，而与芳环上相连氢的个数有关）面外面外=C-H =C-H 倍频倍频 2000200016001600 cmcm-1-1（w)w)用于确定用于确定芳芳烃取代类型（见烃取代类型（见p.98p.98表表3 37 7）4.4.芳烃芳烃甲苯的红外光谱图甲苯的红外光
26、谱图相邻氢数相邻氢数 取代情况取代情况 CH频率频率(cm-1)5 单取代单取代 770730，710690 4 邻位二取代邻位二取代 770735 1，3 间位二取代间位二取代 810750，725680 2 对位二取代对位二取代 860780用用 CH确定芳烃取代类型确定芳烃取代类型 CH仅与苯环上相连的氢原子个数仅与苯环上相连的氢原子个数有关，而与取代基的种类无关。例如：有关，而与取代基的种类无关。例如：5.5.醇和酚醇和酚特征峰：特征峰：游离游离OHOH伸缩振动伸缩振动O-O-H H3600cm3600cm-1 -1 尖峰尖峰 缔合缔合OHOH伸缩振动伸缩振动O-H 3300cm 33
27、00cm-1 -1 又宽又宽又强吸收峰又强吸收峰 C-O-O 1250-1000 cm1250-1000 cm-1 -1 （谱图中的最强（谱图中的最强吸收峰之一）吸收峰之一）2-2-乙基苯酚的红外光谱图乙基苯酚的红外光谱图6.6.醚醚 C4H9OC4H9 丁醚的红外光谱图丁醚的红外光谱图1210-1000cm 1是醚键是醚键的不对称伸缩振动的不对称伸缩振动 C-O-C-O-C7.7.胺和铵盐胺和铵盐 胺分为伯胺，仲胺和叔胺三类，红外光谱胺分为伯胺，仲胺和叔胺三类，红外光谱有较大差别有较大差别 伯胺，伯胺，NHNH2 2伸缩振动有对称和反对称两种，伸缩振动有对称和反对称两种，一般在一般在3500
28、-3300cm3500-3300cm-1-1出现双峰，剪式振动在出现双峰，剪式振动在1600cm1600cm-1-1,面外弯曲振动面外弯曲振动900-650cm900-650cm-1-1 仲胺仲胺N-H伸缩振动伸缩振动N N-H-H在在3400cm3400cm-1-1 叔胺没有叔胺没有N-HN-H基团在官能团区无特征峰，基团在官能团区无特征峰，C C-N-N也无强吸收也无强吸收胺和铵盐胺和铵盐 CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2NHNH2 2 丙胺的红外光谱图丙胺的红外光谱图CH3CH2CH2NH3Cl丙胺盐的红外光谱图丙胺盐的红外光谱图8.8.羰基化合物羰基化合物 因因
29、C C=O=O 非常特征，羰基化合物易与其非常特征，羰基化合物易与其他有机物区分。他有机物区分。不同的羰基化合物的区分主要依据：不同的羰基化合物的区分主要依据：C C=O=O 位置位置 其他辅助信息其他辅助信息化合物化合物 C=O 其它特征频率其它特征频率 脂肪酮脂肪酮 17301700(17301700(最强最强)脂肪醛脂肪醛 17401720 285017401720 2850、2740(m)2740(m)左右费米共振左右费米共振2 2个个 羧酸羧酸 1720168017201680 OH32002500(宽宽)(缔合缔合)OH 930(宽宽)羧酸盐羧酸盐无无 165016501550,1
30、4401550,14401350,1350,-CO -CO2 2-的的asas和和s s酯酯 17501730 1300100017501730 13001000两个峰两个峰 C-O-CC-O-C的的asas(最强最强)和和s s酸酐酸酐 1825 18151825 1815和和 1755175517451745酰胺酰胺 1690169016501650 3500 350030503050NHNH双峰，双峰，NHNH 1649164915701570(叔酰胺无叔酰胺无)酰卤酰卤 1819181917901790丙丙 酮酮丙丙 醛醛丙酸酐丙酸酐癸癸 酸酸丁酸乙酯丁酸乙酯丙酰胺丙酰胺红外光谱图解析
31、的一般步骤红外光谱图解析的一般步骤1.根据质谱或元素分析数据求出分子式，然后根据质谱或元素分析数据求出分子式，然后计算不饱和度计算不饱和度 n1,n3和和n4分别是分子中一价、三价和四价原子的数目分别是分子中一价、三价和四价原子的数目2.确定所含的化学键或基团确定所含的化学键或基团3.根据频率位移值考虑邻接基团及其连接方式根据频率位移值考虑邻接基团及其连接方式4.对照标准谱图对照标准谱图5.配合其它分析方法综合解析配合其它分析方法综合解析134211nnnf通常将中红外区分为五个区域来讨论通常将中红外区分为五个区域来讨论:4000-2500cm-1 X-H伸缩振动频率区伸缩振动频率区 主要吸收
32、主要吸收基团有羟基、胺基、烃基等基团有羟基、胺基、烃基等 2500-2000cm-1 叁键和累积双键的伸缩振动区叁键和累积双键的伸缩振动区 2000-1500cm-1 双键伸缩振动区双键伸缩振动区 主要有羰基、主要有羰基、碳碳双键吸收、苯环的骨架振动及碳碳双键吸收、苯环的骨架振动及C=N、N=O等基团的吸收等基团的吸收 1500-1300cm-1 主要提供弯曲振动的信息主要提供弯曲振动的信息 1300-400cm-1 该区域有单键的伸缩振动频率、该区域有单键的伸缩振动频率、分子的骨架振动频率及反映取代类型的苯环和分子的骨架振动频率及反映取代类型的苯环和烯烃面外碳氢弯曲振动频率烯烃面外碳氢弯曲振
33、动频率红外光谱的应用红外光谱的应用-已知化合物和官能团的结已知化合物和官能团的结构鉴定构鉴定例如某人合成了一个二酮化合物，但没有标例如某人合成了一个二酮化合物，但没有标准谱图可供对照，那么只能根据谱图来判断准谱图可供对照，那么只能根据谱图来判断这些官能团是否存在。这些官能团是否存在。异构体的鉴别异构体的鉴别例例 聚丁二烯有顺式聚丁二烯有顺式-1,4结构，反式结构，反式-1,4结构和结构和1,2结构三种异构体，如何进行鉴别。结构三种异构体，如何进行鉴别。未知化合物结构分析未知化合物结构分析 例例1：已知该化合物的元素组成为：已知该化合物的元素组成为C7H8O。134211nnnf不饱和度不饱和度
34、f=1+7+1/2(0-8)=4第一步：第一步：v3039cm-1，3001cm-1 是不饱和是不饱和C-H伸缩振动伸缩振动=C-H，说明化合物中，说明化合物中有不饱和双键有不饱和双键v2947cm-1是饱和是饱和C-H伸缩振动伸缩振动 C-H，说明化合物中有饱和说明化合物中有饱和C-H键键v1599cm-1，1503cm-1是芳环骨架振动是芳环骨架振动 C=C，说明化合物中有说明化合物中有芳环芳环v芳环不饱和度为芳环不饱和度为4，这说明该化合物除芳环以外的结构是饱和的，这说明该化合物除芳环以外的结构是饱和的v1248cm-1,1040cm-1是是C-O-C键键的伸缩振动的伸缩振动 C-O-C
35、，说明化合物中说明化合物中有有C-O-C键键v756cm-1，694cm-1 是芳环单取代面外弯曲振动是芳环单取代面外弯曲振动=C-H，说明化合，说明化合 物为单取代苯环化合物物为单取代苯环化合物第二步：第二步：第三步：第三步：综合以上推测，由化合物分子式综合以上推测，由化合物分子式C7H8O得出该化合物结构为：得出该化合物结构为：OCH3例例2：已知化合物的元素组成为：已知化合物的元素组成为C8H7N不饱和度不饱和度f=1+8+1/2(1-7)=6第一步：第一步：v3062cm-1是不饱和是不饱和C-H伸缩振动伸缩振动=C-H，说明化合物有不饱和双键，说明化合物有不饱和双键v2924cm-1
36、是饱和是饱和C-H伸缩振动伸缩振动 C-H，说明化合物中有饱和说明化合物中有饱和C-H键键v2229cm-1是不饱和叁键是不饱和叁键C N伸缩振动伸缩振动 C N，不饱和度为不饱和度为2v1589cm-1，1481 cm-1，1458cm-1是芳环骨架振动是芳环骨架振动 C=C，说明化合说明化合物中有物中有芳环，不饱和度为芳环，不饱和度为4v芳环不饱和度为芳环不饱和度为4，叁键，叁键C N不饱和度为不饱和度为2，这说明该化合物除，这说明该化合物除芳环和叁键以外的结构是饱和的芳环和叁键以外的结构是饱和的v1381cm-1是是CH3的伸缩振动的伸缩振动 C-H，说明化合物中有说明化合物中有CH3v
37、787cm-1，687cm-1 是芳环间位二取代面外弯曲振动是芳环间位二取代面外弯曲振动=C-H，说明化，说明化合合 物为物为间位二取代间位二取代苯环化合物苯环化合物第二步：第二步：第三步：第三步：综合以上推测，由化合物分子式综合以上推测，由化合物分子式C8H7N得出该化合物结构为：得出该化合物结构为：CNCH3例例3.3.某液体化合物分子式某液体化合物分子式C C6 6H H1212，试根据其红，试根据其红外光谱图，推测其结构。外光谱图，推测其结构。解：不饱和度解：不饱和度=1+6+=1+6+（0-120-12）/2=1/2=1，可能含有，可能含有C=CC=C或环或环3077cm3077cm
38、-1-1处的吸收峰不饱和处的吸收峰不饱和C-HC-H伸缩振动，说明可能是烯伸缩振动，说明可能是烯烃；烃；2970 cm-2970 cm-1 1，2883 cm2883 cm-1-1处的吸收峰为饱和处的吸收峰为饱和C-HC-H伸缩振动伸缩振动1651 cm1651 cm-1-1处的吸收峰是处的吸收峰是C=CC=C的伸缩振动吸收峰的伸缩振动吸收峰1466 cm-1466 cm-1 1处的吸收峰为甲基的不对称面内弯曲振动和亚处的吸收峰为甲基的不对称面内弯曲振动和亚甲基的对称面内弯曲振动；甲基的对称面内弯曲振动；1377 cm1377 cm-1-1处的吸收峰为甲基的对称面内弯曲振动吸收峰处的吸收峰为甲
39、基的对称面内弯曲振动吸收峰887 cm887 cm-1-1处的吸收峰为烯烃处的吸收峰为烯烃R R2 2C=CHC=CH2 2类型的面外弯曲振动类型的面外弯曲振动=C-H=C-H。推测结构：推测结构：红外谱图解析的注意事项红外谱图解析的注意事项 解析时应兼顾吸收峰的位置、强度和峰解析时应兼顾吸收峰的位置、强度和峰形，其中以峰的位置最为重要；形，其中以峰的位置最为重要；注意相互印证；注意相互印证；一个基团的几种振动吸收峰的相互一个基团的几种振动吸收峰的相互印印证。证。相关基团振动吸收峰之间的相互相关基团振动吸收峰之间的相互印印证，证，如醛、酸。如醛、酸。不要忽略一些带有结构特征信息的弱峰；不要忽略
40、一些带有结构特征信息的弱峰；注意区别和排除非样品谱带的干扰；注意区别和排除非样品谱带的干扰；解析只是对特征有用的谱带而言，并非解析只是对特征有用的谱带而言，并非谱图中每一个吸收峰都能得到归属；单谱图中每一个吸收峰都能得到归属；单凭红外光谱解析很难完全确定有机化合凭红外光谱解析很难完全确定有机化合物的结构。物的结构。练习练习1 1 某化合物分子式某化合物分子式C C7 7H H8 8O O，试根据其红外光，试根据其红外光谱图，推测其结构。谱图，推测其结构。解：不饱和度解：不饱和度=1+7+=1+7+（0-80-8）/2=4/2=4，可能含有苯环。，可能含有苯环。3326cm3326cm-1-1为
41、为O-HO-H伸缩振动吸收峰伸缩振动吸收峰;3030cm3030cm-1-1处的吸收峰为苯环上处的吸收峰为苯环上=C-H=C-H伸缩振动；伸缩振动；2875 cm2875 cm-1-1处的吸收峰为饱和的处的吸收峰为饱和的C-HC-H伸缩振动；伸缩振动；1607cm1607cm-1-1，1497cm1497cm-1-1，1454cm1454cm-1-1处的吸收峰为芳环的处的吸收峰为芳环的骨架振动，表明化合物中含有苯环；骨架振动，表明化合物中含有苯环；1039cm1039cm-1-1处的吸收峰为处的吸收峰为C-OC-O伸缩振动伸缩振动736cm736cm-1-1，698 cm698 cm-1-1处
42、的吸收峰为苯环单取代的面外弯处的吸收峰为苯环单取代的面外弯曲振动曲振动=C-H=C-H。推测结构：推测结构：练习练习2某化合物分子式某化合物分子式C9H10O，试根据其红外光谱图，试根据其红外光谱图，推测其结构。推测其结构。解：不饱和度解：不饱和度=1+9+=1+9+（0-100-10）/2=5/2=5，可能含有苯环和含有，可能含有苯环和含有C=OC=O，C=CC=C或环或环3062cm3062cm-1-1处的吸收峰为苯环上处的吸收峰为苯环上=C-H=C-H伸缩振动，说明可能是芳香伸缩振动，说明可能是芳香族化合物；族化合物；1689 cm1689 cm-1-1处的吸收峰是处的吸收峰是C=OC=
43、O的伸缩振动吸收峰，可能与苯环相的伸缩振动吸收峰，可能与苯环相连；连；1598 cm-1598 cm-1 1，1583 cm1583 cm-1-1，1449 cm1449 cm-1-1处的吸收峰为芳环的骨架振处的吸收峰为芳环的骨架振动，表明化合物中含有苯环；动，表明化合物中含有苯环；1378 cm1378 cm-1-1处的吸收峰为甲基的对称面内弯曲振动吸收峰处的吸收峰为甲基的对称面内弯曲振动吸收峰746 cm746 cm-1-1，691 cm691 cm-1-1处的吸收峰为苯环单取代的面外弯曲振动处的吸收峰为苯环单取代的面外弯曲振动=C-H=C-H。推测结构：推测结构：练习练习3 3 某化合物
44、分子式某化合物分子式C C9 9H H1010，试根据其红外，试根据其红外光谱图，推测其结构光谱图，推测其结构 解：不饱和度解：不饱和度=1+9+=1+9+（0-100-10）/2=5/2=5，可能含有苯，可能含有苯环和含有环和含有C=OC=O，C=CC=C或环。或环。3029cm3029cm-1-1处的多个吸收峰为不饱和处的多个吸收峰为不饱和C-HC-H伸缩振动；伸缩振动；2979 cm2979 cm-1-1处的吸收峰为饱和处的吸收峰为饱和C-HC-H伸缩振动伸缩振动1639 cm-1639 cm-1 1处的吸收峰是处的吸收峰是C=CC=C的伸缩振动吸收峰的伸缩振动吸收峰1603cm1603
45、cm-1-1，1495 cm1495 cm-1-1，1453cm1453cm-1-1处的吸收峰为芳环处的吸收峰为芳环的骨架振动，表明化合物中含有苯环；的骨架振动，表明化合物中含有苯环；990cm990cm-1-1，914 cm914 cm-1-1处的吸收峰为烯烃处的吸收峰为烯烃RCH=CHRCH=CH2 2类型类型的面外弯曲振动的面外弯曲振动=C-H=C-H。741cm741cm-1-1，699 cm699 cm-1-1处的吸收峰为苯环单取代的面处的吸收峰为苯环单取代的面外弯曲振动外弯曲振动=C-H=C-H。推测结构：推测结构：常用的红外光谱联用技术常用的红外光谱联用技术将色谱的高效分离能力与
46、红外光谱可对分子结构提供较多信将色谱的高效分离能力与红外光谱可对分子结构提供较多信息的特点相结合的一种仪器，是对多组分混合物进行结构分息的特点相结合的一种仪器，是对多组分混合物进行结构分析的有力手段。它的工作原理是：多组分混合物样品经过气析的有力手段。它的工作原理是：多组分混合物样品经过气相色谱柱分离，得到各个单一组分，按保留时间顺序逐一进相色谱柱分离，得到各个单一组分，按保留时间顺序逐一进入红外光谱测量区进行检测，经快速扫描后，给出各单一组入红外光谱测量区进行检测，经快速扫描后，给出各单一组分的相应红外光谱图。根据所得各红外光谱图与标准谱图对分的相应红外光谱图。根据所得各红外光谱图与标准谱图
47、对照和谱图解析的结果，可以对这些单一组分进行定性分析。照和谱图解析的结果，可以对这些单一组分进行定性分析。由于气相色谱中进样量较少，而且相邻两组分流出的时间间由于气相色谱中进样量较少，而且相邻两组分流出的时间间隔较短，因此要求红外光谱仪的灵敏度要高、响应要快。隔较短，因此要求红外光谱仪的灵敏度要高、响应要快。气相色谱气相色谱-红外光谱联用红外光谱联用热重分析热重分析-红外光谱联用仪红外光谱联用仪热重分析法热重分析法(TG)是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。只要受检物质在受热时发生质量变化，就能关系的一种技术。只要受检物质在受热时发生
48、质量变化，就能用用TG来研究其变化过程。由实验所得到的热重曲线表明了物来研究其变化过程。由实验所得到的热重曲线表明了物质在受热时其质量随温度质在受热时其质量随温度(或时间或时间)变化情况。因此，变化情况。因此，TG被广泛被广泛地用于化学及与化学有关的领域。对于物质在受热时所释放出地用于化学及与化学有关的领域。对于物质在受热时所释放出的挥发性物质的定性和定量分析，除色谱法外，红外光谱方法的挥发性物质的定性和定量分析，除色谱法外，红外光谱方法也被采用。其检测方式可为间歇式，但更多的是连续式检测。也被采用。其检测方式可为间歇式，但更多的是连续式检测。对于红外光谱法来说，只要在对于红外光谱法来说，只要
49、在TG分析中被分析物所释放的挥分析中被分析物所释放的挥发组分有红外吸收，而且能被载气带入红外光谱仪的气体池中，发组分有红外吸收，而且能被载气带入红外光谱仪的气体池中，就能用红外光谱法对气样进行定性分析。就能用红外光谱法对气样进行定性分析。与传统的热重分析方法相比，热重与传统的热重分析方法相比，热重-红外光谱红外光谱联机分析的最大优点是，可以直接准确地测定样品联机分析的最大优点是，可以直接准确地测定样品在受热过程中所发生的各种物理化学变化，以及在在受热过程中所发生的各种物理化学变化，以及在各个失重过程中的分解或降解产物的化学成分。各个失重过程中的分解或降解产物的化学成分。裂解气相色谱和红外光谱联
50、用裂解气相色谱和红外光谱联用 裂解气相色谱即微量高分子样品在仔细选择并很裂解气相色谱即微量高分子样品在仔细选择并很好控制的条件下，被快速加热，使之迅速生成许多好控制的条件下，被快速加热，使之迅速生成许多可挥发的裂解产物，即裂解碎片。将裂解碎片导入可挥发的裂解产物，即裂解碎片。将裂解碎片导入气相色谱仪分离鉴定，最后根据裂解碎片的特征来气相色谱仪分离鉴定，最后根据裂解碎片的特征来判断样品的组成结构和性质。该技术的特点是可以判断样品的组成结构和性质。该技术的特点是可以判断不溶、不熔物和交联高聚物的组成结构而无需判断不溶、不熔物和交联高聚物的组成结构而无需对样品进行前处理，样品量可以少到几微克，分离对
