红外光谱与分子结构的关系.ppt

第十章第十章 红外光谱法和激红外光谱法和激光拉曼光谱法光拉曼光谱法10.3.1 典型有机化合典型有机化合物的红外光谱物的红外光谱10.3.2影响频率位移的影响频率位移的因素因素 第三节第三节 红外光谱与分子结红外光谱与分子结构的关系构的关系 Infraredspectroscopy and Laser Raman spectroscopyRelation of Infrared spectrograph and molecule structure 10.3.1 典型有机化合物的红外光谱典型有机化合物的红外光谱一、饱和烃及其衍生物一、饱和烃及其衍生物1 1．烷烃．烷烃（（CH3，，CH2，，CH））(C—C,C—H )–(CH2)n–n≥δδasas14601460 cm-1 δδs s13801380 cm-1CH3 CH2 δδs s14651465 cm-1CH2 r r 720 cm720 cm-1-1（水平摇摆）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 3由于支链的引入，使由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。

的对称变形振动发生变化HC1385～～1380 cm-11372～～1368 cm-1CH3CH3CH3 δδs s C—CC—C骨架振动骨架振动 1:11:111551155cmcm-1-111701170cmcm-1-1CCH3CH31391～1381 cm-11368～～1366 cm-14:5 4:5 1195 1195 cmcm-1-1 CCHCH3CH31405～～1385 cm-11372～～1365 c m-11:21:21250 1250 cmcm-1-1(1) CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在n=1，770~785 cmcm-1-1 （中 ）； n=2，740 ~ 750 cmcm-1-1 （中 ）； n=3，730 ~740 cmcm-1-1 （中 ）； n≥ ， 722 cmcm-1-1 （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cmcm-1-115001400 1300正二十八正二十八烷烷cmcm-1-1150014001300正十二正十二烷烷cmcm-1-11500 1400 1300正庚烷正庚烷–(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 2. 醇（醇（–OH）） O – H，，C – O(1) – OH 伸缩振动伸缩振动(>3600 cmcm- -1 1) (2) 碳氧伸缩振动碳氧伸缩振动(1100 cmcm-1-1) )游离醇和酚伯– OH 3640cm-1仲– OH 3630cm-1叔– OH 3620cm-1酚– OH 3610cm-1νν( – OH) ν(C-O) 1050 cm-11100 cm-11150 cm-11200 cm-1——OH 基团特性：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：分子内氢键：分子间氢键：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）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：结晶水： 3600～～3450 cm-13515cm-10.01mol·L-10.1mol·L-10.25mol·L-11.0mol·L-13640cm-13350cm-1不同浓度的乙醇不同浓度的乙醇-四氯化碳溶液四氯化碳溶液IR图图2950cm-12895 cm-1CCH3CH3CH31405～～ 1385 cm-11372～～ 1365 cm-11:21:21250 1250 cmcm-1-1伯–OH 1030 cm-1脂族和环的　C–O–C ννasas 1150～1070cmcm-1-1 芳族和乙烯基的=C–O–Cνasas 1275～1200cmcm-1 -1 （（1250 cmcm-1-1 ））νs s 1075～1020cmcm-1-13. 醚（醚（C–O–C））脂族 R–OCH3 νs (CH3) 2830～2815cm-1 芳族 Ar–OCH3 νs (CH3) ~2850cm-1 伯胺 R—NH2和Ar—NH2的N—H伸缩振动产生双峰ννasas 3500cm-1νs s 3400cm-14. 胺（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异丙基存在异丙基存在二、二、 烯烃与炔烃烯烃与炔烃1. C–H 伸缩振动伸缩振动(> 3000 cm-1) ) 3080 cmcm-1-1 3030 cmcm-1-1 3080 cmcm-1-1 3030 cmcm-1-1 3300 cmcm-1-1 νν（（C-HC-H））3080～3030 cmcm-1-1 2900～2800 cmcm-1 -1 3000 cmcm-1 -1 2. C=C 伸缩振动伸缩振动(1680～～1630 cmcm-1 -1 ) )1660cmcm-1-1 分界线分界线νν(C=C(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 cmcm-1-1 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～～1630cmcm-1-1 中强，尖中强，尖ⅰ 分界线1660 cm-1 。

ⅱ 顺强，反弱ⅲ 四取代（不与O，N等相连）无ν(C=C)峰ⅳ 端烯的强度强 ⅴ共轭使ν(C=C)下降20～30 cm-1 2140～～2100cmcm-1-1 （弱）（弱） 2260～～2190 cmcm-1-1 （弱）（弱）总结总结3. =C–H 变形振动变形振动(1000～～700 cmcm-1 -1 ) )面内变形 （（=C–H））1400～1420 cm-1 （（弱）弱）面外变形 （（=C–H）） 1000～700 cm-1 （（有价值）有价值） （（=C-H））970 cmcm-1-1（（强）强） 790～～840 cmcm-1-1 （（820 cmcm-1-1）） 610～～700 cmcm-1-1（（强）强）    2：：1375～～1225 cmcm-1-1（（弱）弱）  （（=C-H））800～～650 cmcm-1-1（（ 690 690 cm-cm-1 1））990 cmcm-1-1910910 cmcm-1-1 （（强）强）    2：：1850～～1780 cmcm-1-1 890 cmcm-1-1（（强）强）   2：：1800～～1780 cmcm-1-1 谱图谱图对比对比烯烃顺反异烯烃顺反异构体，构体，1660 cm-1 ，，顺顺强反弱强反弱 。

三、三、 芳烃芳烃1. C–H 伸缩振动伸缩振动(> 3000 cm-1) 2. 芳芳环骨架骨架ν（（C=C））: 1600 cm-1和和1500 cm-1 与C=O，C=C，NO2等共轭时，1600 cm-1裂分为1600 cm-1和1580 cm-1；强度增加 3. Ar—H面外变形振动γ：650～900cm-1 (较强)谱峰数目只与取代情况有关而与取代基种类无关4. 1650～2000cm-1出现由2～6个峰组成的特征峰群，此倍频区峰的形状与特定的取代类型相关联 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 四、四、 羰基化合物羰基化合物最大特征最大特征: ν(C=O) 1580～～1928 cm-1 (强强) （（常见常见1650～～1850 cm-1）） 酰胺酰胺 < 酮酮 < 醛醛 < 酯酯 < 酸酸 < 酸酐酸酐共轭效应使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/σ/cmcm-1-1：：1680 1715 1725 1735 1760 18171680 1715 1725 1735 1760 18171. 酮酮酮羰基酮羰基ν(C＝＝O)：：1710～～1715 cm-1。

羰基如果和烯键羰基如果和烯键C=C共轭，羰基共轭，羰基ν(C＝＝O)将移向低频将移向低频1660～～1680 cm-1附近 2. 醛醛特征特征1：醛羰基：醛羰基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 3 3．羧酸．羧酸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 4 4．酯．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５．酰胺５．酰胺游离伯酰胺：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 酰胺的红外光谱图酰胺的红外光谱图酸酐和酸酐和酰氯的酰氯的红外光红外光谱图谱图五、五、 腈基腈基C N 化合物化合物υυC≡NC≡N22402240～～2260cm2260cm-1-1六、六、 硝基化合物硝基化合物ΝΝ as as （（N=O））=1565=1565～～1545cm1545cm-1-1ννs s （（N=O））=1385=1385～～1350cm1350cm-1-1脂肪族脂肪族芳香族芳香族ννs s （（N=O））=1365=1365～～1290cm1290cm-1-1ννas as （（N=O））=1550=1550～～1500cm1500cm-1-1 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. 物理状态的影响物理状态的影响10.3.2影响频率位移的因素影响频率位移的因素 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 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. 溶剂的影响溶剂的影响 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1. 电子效应电子效应(1) 诱导效应诱导效应(I效应效应) 吸电子基团使吸收峰向高波数方向移动(兰移)二、二、内部因素内部因素σC=OCORR'COROR'CORClCOClClCOFF1715173580218271928/cm-1COF3COCH3COCl3COCH3COBr3COCH3COCl2HCOCH3C=O1780176817551740σ/cm-1(2) 共轭效应（共轭效应（C效应效应）） 共轭体系中的电子云密度趋于平均化，双键略有伸长(即电子云密度降低)、力常数减小，吸收频率向低波数方向移动。

COH3CCH3COCH3COσC=O171516801665COCH31685/cm-1OOOCCH2CH2CCHCH2CHCCHCHCH CHσC=O1705～17251665～16851660～ 1670/cm-1(3) 中介效应（中介效应（M效应效应）） 当含有孤对电子的原子与具有多重键的原子相连时，也可引起类似的共轭作用( n-π共轭，形成共振结构)，引起的基团特征频率位移例：酰胺分子中存在的共振结构 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 ２２. 空间空间位阻位阻效应效应 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 空间位阻使分子间不易形成氢键下例中羟基伸缩振动随着空间位阻变大向高波数位移 CCCOOOCH3CH3CH3CH3CH3CH3H3C166316681693σC=O/cm-1OHOHCCCCH3CH3CH3CH3CH3H3CCH3CH3CH3OHCCCH3CH3CH3CH3CH3H3Cσ3380O-H35103530/cm-13. 环张力环张力效应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-1环张力对环张力对C＝＝C伸缩振动频率的影响伸缩振动频率的影响 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-14.4.氢键效应氢键效应 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-15.5.振动的偶合效应振动的偶合效应 当两个化学键或基团的振动频率相近(或相等)，位置上又直接相连或相接近时，原谱带裂分成两个峰，一个频率比原来高，另一个则低 H2CCOOHCOOH(CH2)nCOOHCOOHH2CCOOHCOOHH2Cn3≥C=Oσ1740171017801700C=O只有一个吸收峰/cm-1 内容选择：内容选择：结束结束10.1 红外光谱分析基础红外光谱分析基础 10.2 红外光谱仪红外光谱仪 10.3 红外光谱与分子结构的关系红外光谱与分子结构的关系 10.4 红外光谱的应用红外光谱的应用 10.5 激光拉曼光谱法激光拉曼光谱法。