仪器分析大连理工大学103红外光谱与分子结构的关系ppt课件.ppt

第十章第十章 红外光外光谱法和激法和激光拉曼光光拉曼光谱法法10.3.1 典型有机化合典型有机化合物的物的红外光外光谱10.3.2影响影响频率位移的率位移的因素因素 第三第三节 红外光外光谱与分子与分子结构的关系构的关系 Infraredspectroscopy and Laser Raman spectroscopyRelation of Infrared spectrograph and molecule structure 2024/8/30.10.3.1 典型有机化合物的典型有机化合物的红外光外光谱一、一、饱和和烃及其衍生物及其衍生物1 1．．烷烃（（CH3CH3，，CH2CH2，，CHCH））(C—C,C—H )(C—C,C—H )–(CH2)n–n≥δas1460 cm-δas1460 cm-1 1 δs1380 cm-1δs1380 cm-1CH3 CH2 δs1465 cm-1CH2 r 720 cm-1〔 〔水平水平摇摆摇摆））重重叠叠CH2 对称伸缩2853cm-1±10CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10 3000cm-1 2024/8/30.3由于支由于支链的引入，使的引入，使CH3的的对称称变形振形振动发生生变化。

化HC1385～～1380 cm-11372～～1368 cm-1CH3CH3CH3 δs C—C C—C骨架振骨架振动 1:1 1:11155cm-11155cm-11170cm-11170cm-1CCH3CH31391～1381 cm-11368～～1366 cm-14:5 4:5 1195 cm-1195 cm-1 1 CCHCH3CH31405～～1385 cm-11372～～1365 c m-11:21:21250 cm-11250 cm-12024/8/30.(1) CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在n=1，770~785 cm-1 （中 ）； n=2，740 ~ 750 cm-1 （中 ）； n=3，730 ~740 cm-1 （中 ）； n≥ ， 722 cm-1 （中强 ） (2) 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cm-cm-1 115001400 1300正二十八正二十八烷烷cm-1cm-1150014001300正十二正十二烷烷cm-1cm-11500 1400 1300正庚烷正庚烷2024/8/30.–(CH2)n–（n≥4〕时水平摇摆振动γ～720 cm-1附近产生吸收峰。

变形振动～1380 cm-1吸收峰裂分；强度相等；有异丙基存在 2024/8/30.2. 醇（醇（–OH）） O – H，，C – O(1) – OH 伸伸缩缩振振动动(>3600 cm-1) (2) 碳氧伸碳氧伸缩缩振振动动(1100 cm-1)游离醇和酚伯– OH 3640cm-1仲– OH 3630cm-1叔– OH 3620cm-1酚– OH 3610cm-1ν( – OH) ν( – OH) ν(C-O) 1050 cm-11100 cm-11150 cm-11200 cm-12024/8/30.—OH —OH 基基团特性：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分子内分子内氢键：：分子分子间氢键：：多元醇〔如1,2-二醇 ） 3600～3500 cm-1螯合键〔和C=O，NO2等〕3200～3500 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水(溶液溶液)：：3710 cm-1水水(固体固体)：：3300 cm -1结晶水：晶水： 3600～～3450 cm-12024/8/30.3515cm-10.01mol·L-10.1mol·L-10.25mol·L-11.0mol·L-13640cm-13350cm-1不同不同浓度的乙醇度的乙醇-四四氯化碳溶液化碳溶液IR图2950cm-12895 cm-12024/8/30.2024/8/30.CCH3CH3CH31405～～ 1385 cm-11372～～ 1365 cm-11:21:21250 cm-11250 cm-1伯–OH 1030 cm-12024/8/30.脂族和环的　C–O–C νas 1150～1070cm-1 芳族和乙烯基的=C–O–Cνas 1275～～1200cm-1 （（1250 cm-1 ））νs 1075～～1020cm-13. 醚〔〔C–O–C））脂族 R–OCH3 νs (CH3) 2830～2815cm-1 芳族 Ar–OCH3 νs (CH3) ~2850cm-1 2024/8/30.伯胺 R—NH2和Ar—NH2的N—H伸缩振动产生双峰νas 3500cm-1νas 3500cm-1νs 3400cm-14. 胺（–N-–H ）仲胺为单峰，R—NH—R’ ：3350～3310cm-1 　　　　　　 Ar—NH—R ：3450cm-1变形振动δ〔NH2）：1560～1640cm-1和　650～900cm-1 脂肪胺ν (C—N)：1030～1203cm-1芳香胺ν (C—N)：1250～1360cm-1 1384,1367cm-1异丙基存在2024/8/30.二、二、 烯烃与炔与炔烃1. C–H 伸伸缩缩振振动动(> 3000 cm-1) 3080 cm-1 3030 cm-1 3080 cm-1 3030 cm-1 3300 cm-1 νν〔 〔C-HC-H））3080～3030 cm-1 2900～2800 cm-1 3000 cm-1 2024/8/30.2. C=C 伸伸缩缩振振动动(1680～～1630 cm-1 )1660cm-1 分界分界线ν(C=Cν(C=C））反式烯反式烯三取代烯三取代烯四取代烯四取代烯1680～～1665 cm-1 弱，尖弱，尖顺式烯顺式烯乙烯基烯乙烯基烯亚乙烯基烯亚乙烯基烯1660～～1630cm-1 中强，尖中强，尖2024/8/30.ⅰ 分界分界线1660 cm-1 。

ⅱ 顺强，反弱ⅲ 四取代〔不与四取代〔不与O，，N等相等相连〕无〕无ν(C=C)峰ⅳ 端端烯的的强度度强 ⅴ共共轭使使ν(C=C)下降下降20～～30 cm-1 2140～～2100cm-1 （弱）（弱） 2260～～2190 cm-1 （弱）（弱）总结2024/8/30.3. =C–H 变变形振形振动动(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） （（=C-H））970 cm-1〔强）〔强） 790～～840 cm-1 （（820 cm-1）） 610～～700 cm-1〔强）〔强）    2：：1375～～1225 cm-1〔〔弱）弱）  （（=C-H））800～～650 cm-1（（ 690 cm-1））990 cm-1910 cm-1 （强）（强）    2：：1850～～1780 cm-1 890 cm-1〔强）〔强）   2：：1800～～1780 cm-1 2024/8/30.谱图2024/8/30.2024/8/30.对比比烯烃顺反异反异构体，构体，1660 cm-1 ，，顺强反弱反弱 。

2024/8/30.三、三、 芳芳烃1. C–H 伸伸缩缩振振动动(> 3000 cm-1) 2. 芳芳环环骨架骨架ν〔 〔C=C））: 1600 cm-1和和1500 cm-1 与与C=O，，C=C，，NO2等共等共轭时轭时，，1600 cm-1裂分裂分为为1600 cm-1和和1580 cm-1；；强强度增加 2024/8/30.3. Ar—H面外面外变变形振形振动动γ：：650～～900cm-1 (较较强强)谱谱峰数目只与取代情况峰数目只与取代情况有关而与取代基种有关而与取代基种类类无无关4. 1650～～2000cm-1出出现现由由2～～6个峰个峰组组成的特征成的特征峰群，此倍峰群，此倍频频区峰的形区峰的形状与特定的取代状与特定的取代类类型相型相关关联联 2024/8/30.二甲苯三种异构二甲苯三种异构体的体的红外光外光谱图 2024/8/30.四、四、 羰基化合物基化合物最大特征最大特征: ν(C=O) 1580～～1928 cm-1 (强) （常（常见1650～～1850 cm-1）） 酰胺胺 < < 酮 < < 醛 < < 酯 < < 酸酸 < < 酸酸酐共轭效应使ν〔C=O〕向低波数位移；诱导效应使ν〔C=O〕向高波数位移。

注意：波数-波长-能量之间的关系 σ/cm-1σ/cm-1：：1680 1715 1725 1735 1760 18171680 1715 1725 1735 1760 18172024/8/30.1. 酮酮羰基基ν(C＝＝O)：：1710～～1715 cm-1羰基如果和基如果和烯键C=C共共轭，，羰基基ν(C＝＝O)将移向低将移向低频1660～～1680 cm-1附近 2024/8/30.2. 醛特征特征1：：醛羰基基ν(C＝＝O)：～：～1725 cm-1特征特征2：：2820 cm-1 和和 2720 cm-1 弱的双峰弱的双峰 2024/8/30.2024/8/30.3 3．．羧酸酸ν(C=O)、ν(O-H)和δ(O-H)是红外光谱中识别羧酸的主要系列峰 2024/8/30.4 4．．酯(1) υ〔C＝O）：～1735 cm-1特征吸收峰2) 1300～1030 cm-1的强吸收峰，二个峰　　C－O－C基团的不对称和对称伸缩振动；不对称伸缩振动的谱带强且宽，称为酯谱带2024/8/30.５．５．酰胺胺游离伯酰胺：ν(N–H)在～3500 cm-1和～3400 cm-1双峰；游离仲酰胺：ν(N–H)在～3450 cm-1出现单峰； 缔合的伯酰胺：ν(N–H)在3350～3100 cm-1产生几个峰；缔合的仲酰胺：ν(N–H)在～3300 cm-1出现吸收峰。

N—H的面外变形振动在～700 cm-1产生强而宽的谱带 2024/8/30.酰胺的胺的红外光外光谱图2024/8/30.酸酸酐和和酰氯的的红外光外光谱图2024/8/30.五、五、 腈基基CN 化合物化合物υC≡NυC≡N22402240～～2260cm-12260cm-12024/8/30.六、六、 硝基化合物硝基化合物Ν as Ν as （（N=ON=O））=1565=1565～～1545cm-11545cm-1νs νs （（N=ON=O））=1385=1385～～1350cm-1350cm-1 1脂肪族脂肪族芳香族芳香族νs νs （（N=ON=O））=1365=1365～～1290cm-1290cm-1 1νas νas （（N=ON=O））=1550=1550～～1500cm-11500cm-12024/8/30. 一、外部因素状态、粒度、溶剂、重结晶条件及制样等 外部因素的影响将使红外吸收频率产生较大改变1. 物理状态的影响10.3.2影响影响频率位移的因素率位移的因素 气态分子：分子间作用力弱，分子可自由旋转，测得的频率最高丙酮： 气态 C=O 1742cm-1 ； 液态 C=O 1718cm-1 羧酸：气态，单体 C=O 1780cm-1 ； 二聚体 C=O 1730cm-1 纯液体二聚体 C=O 1712cm-1 2024/8/30.例：羧酸（ – COOH）非极性溶剂〔CCl4，CS2），单体： σC=O 1762 cm-1 极性溶剂，乙醚中： σC=O 1735 cm-1 乙醇中： σC=O 1720 cm-1 2. 溶溶剂的影响的影响 规律：极性基团（–OH, – NH, – C=O, – CN〕的伸缩振动频率随溶剂极性增大〔相互作用增强〕而向低波数方向移动，且强度增大。

变形振动则向高波数方向移动2024/8/30.1. 电子效子效应(1) 诱导效效应(I效效应) 吸吸电子基子基团使吸收峰向高波数方向移使吸收峰向高波数方向移动(兰移移)二、内部因素二、内部因素σC=OCORR'COROR'CORClCOClClCOFF1715173580218271928/cm-1COF3COCH3COCl3COCH3COBr3COCH3COCl2HCOCH3C=O1780176817551740σ/cm-12024/8/30.(2) 共共轭效效应〔〔C效效应）） 共共轭体系中的体系中的电子云密度子云密度趋于平均化，双于平均化，双键略有略有伸伸长( (即即电子云密度降低子云密度降低) )、力常数减小，吸收、力常数减小，吸收频率向率向低波数方向移低波数方向移动COH3CCH3COCH3COσC=O171516801665COCH31685/cm-1OOOCCH2CH2CCHCH2CHCCHCHCH CHσC=O1705～17251665～16851660～ 1670/cm-12024/8/30.(3) 中介效中介效应应〔 〔M效效应应）） 当含有孤当含有孤对电子的原子与具有多重子的原子与具有多重键的原子相的原子相连时，也可引起，也可引起类似的共似的共轭作用作用( n-π( n-π共共轭，形成共振，形成共振结构构) )，引起的基，引起的基团特征特征频率位移。

率位移例：例：酰胺分子中存在的共振胺分子中存在的共振结构构 电子云更移向氧原子，双键的电子云密度平均化，力常数下降，吸收频率向低波数位移 2024/8/30.２２. 空空间位阻效位阻效应 空间位阻变大，使羰基不能与环己烯中的双键很好地共平面，使共轭不完全，所以向高波数位移 空空间位阻使分子位阻使分子间不易形成不易形成氢键下例中羟基伸基伸缩振振动随着随着空空间位阻位阻变大向高波数位移大向高波数位移 CCCOOOCH3CH3CH3CH3CH3CH3H3C166316681693σC=O/cm-1OHOHCCCCH3CH3CH3CH3CH3H3CCH3CH3CH3OHCCCH3CH3CH3CH3CH3H3Cσ3380O-H35103530/cm-12024/8/30.3. 环张力效力效应环越小张力效应越大 环丙烷的环张力大，CH2伸缩振动的波数比链烷烃的高环酮中羰基伸缩振动随着环张力变大向高波数位移 3060～30302900～2800σC-H/cm-1OOO171517451784σC=O/cm-12024/8/30.环张力力对C C＝＝C C伸伸缩振振动频率的影响率的影响 双键在环内，环越小环张力越大，碳碳双键伸缩振动频率越小；双键在环外，环越小环张力越大，碳碳双键伸缩振动频率越大。

两者相反 CH2CH2CH2CH215761611c16441781167816571651C=CσC=Cσ/cm-1/cm-12024/8/30.4.4.氢键效效应 分子内氢键；分子间氢键：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 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-12024/8/30.5.5.振振动的偶合效的偶合效应 当两个化学当两个化学键或基或基团的振的振动频率相近率相近( (或相等或相等) )，位，位置上又直接相置上又直接相连或相接近或相接近时，原，原谱带裂分成两个峰，裂分成两个峰，一个一个频率比原来高，另一个率比原来高，另一个则低 H2CCOOHCOOH(CH2)nCOOHCOOHH2CCOOHCOOHH2Cn3≥C=Oσ1740171017801700C=O只有一个吸收峰/cm-12024/8/30. 内容选择：完毕完毕10.1 红外光外光谱分析基分析基础 10.2 红外光外光谱仪 10.3 红外光外光谱与分子与分子结构的关系构的关系 10.4 红外光外光谱的的应用用 10.5 激光拉曼光激光拉曼光谱法法2024/8/30.。