523红外光谱的特征吸收峰 2.3.1影响特征吸收峰的结构因素 在红外光谱图中有些谱带,其频率、强度以及形状都与分子结构密切相关。不同类型的 有机化合物含有不同的官能团(如醇、酚含有_OH,胺、酰胺含有-NH2),而每一特定 的官能团具有特定的红外吸收峰,这种吸收峰称为特征吸收峰。化学键特征吸收峰的振动频 率v与化学键的力常数K以及成键原子的质量m、m2有关,可由下式表示 (2.3.1) 有机分子通常有两类振动方式:伸缩振动和弯曲振动。伸缩振动是沿着键轴作规律性的 运动,这种振动使原子间的距离增大或缩短。弯曲振动可以是共享一个原子的各化学键间键 角的改变,或者是一个原子基团相对于分子的其余部分的移动,但原子基团中各原子彼此间 是不移动的。 只有能引起分子偶极矩变化的振动,才会在红外光谱图中被观察到。图231所示为有 机分子中常见的CH2基团的各种伸缩振动和弯曲振动方式。 不对称伸缩 对称伸缩面内弯曲或剪式面外弯曲或摇摆 面外弯曲或扭曲面内弯曲或摇摆 图231CH2基团的振动方式(+和一表示垂直纸面的振动)
§2.3 红外光谱的特征吸收峰 2.3.1 影响特征吸收峰的结构因素 在红外光谱图中有些谱带，其频率、强度以及形状都与分子结构密切相关。不同类型的 有机化合物含有不同的官能团 （如醇、酚含有 −OH， 胺、酰胺含有 −NH2），而每一特定 的官能团具有特定的红外吸收峰，这种吸收峰称为特征吸收峰。化学键特征吸收峰的振动频 率 与化学键的力常数 K 以及成键原子的质量 m1、m2 有关，可由下式表示： K 2 1 = ； 1 2 1 2 m m m m + = （2.3.1） 有机分子通常有两类振动方式：伸缩振动和弯曲振动。伸缩振动是沿着键轴作规律性的 运动，这种振动使原子间的距离增大或缩短。弯曲振动可以是共享一个原子的各化学键间键 角的改变，或者是一个原子基团相对于分子的其余部分的移动，但原子基团中各原子彼此间 是不移动的。 只有能引起分子偶极矩变化的振动，才会在红外光谱图中被观察到。图 2.3.1 所示为有 机分子中常见的 CH2 基团的各种伸缩振动和弯曲振动方式。 不对称伸缩 对称伸缩 面内弯曲或剪式 面外弯曲或摇摆 面外弯曲或扭曲 面内弯曲或摇摆 + + + 图 2.3.1 CH2基团的振动方式 (＋和－表示垂直纸面的振动)
影响红外吸收的结构因素主要有: 1.化学键的强度 一般地说化学键越强,则力常数K越大,红外吸收频率ν越大。如碳碳三键,双键和 单键的伸缩振动吸收频率随键强度的减弱而减小 C≡CC=CC-C 伸缩振动频率(cm-1) 1200 诱导效应 诱导效应可以改变吸收频率。如羰基连有拉电子基团可増强碳氧双键,加大C=O键的 力常数K,使C=O吸收向高频方向移动 R-C-R R-C-CI C=O伸缩振动频率(cm1) 1715 1815~1785 3.共轭效应 共轭效应常使C=O双键的极性増强,双键性降低,减弱键的强度使吸收向低频方向移 动。例如羰基与α、β不饱和双键共轭,从而削弱了碳氧双键,使羰基伸缩振动吸收频率向 低波数位移。 O R-C-R R-C-C=C C=O伸缩振动频率(cm-1)1715 1685~1670 成键碳原子的杂化状态 一般化学键的原子轨道s成分越多,化学键力常数K越大,吸收频率越高。 ≡C-H C-H伸缩振动频率(cm1)3300 310 5.组成化学键的原子质量 组成化学键的原子质量越小,红外吸收频率越高。 C-H C-o 伸缩振动频率(cm-1)~3000 l100 550500 6.氢键 分子中的-NH、-OH、-CO等基团若形成氢键时,其基团的红外特征频率会向低频方向 位移
影响红外吸收的结构因素主要有： 1. 化学键的强度 一般地说化学键越强，则力常数 K 越大，红外吸收频率 越大。如碳碳三键，双键和 单键的伸缩振动吸收频率随键强度的减弱而减小。 伸缩振动频率 (cm−1 ) 2150 1650 1200 2. 诱导效应 诱导效应可以改变吸收频率。如羰基连有拉电子基团可增强碳氧双键，加大 C=O 键的 力常数 K，使 C=O 吸收向高频方向移动。 C=O 伸缩振动频率（cm−1 ） 1715 1815 ~ 1785 3. 共轭效应 共轭效应常使 C=O 双键的极性增强，双键性降低，减弱键的强度使吸收向低频方向移 动。例如羰基与α、β不饱和双键共轭，从而削弱了碳氧双键，使羰基伸缩振动吸收频率向 低波数位移。 C=O 伸缩振动频率（cm−1） 1715 1685 ~ 1670 4. 成键碳原子的杂化状态 一般化学键的原子轨道 s 成分越多，化学键力常数 K 越大，吸收频率越高。 sp sp2 sp3 C⎯H 伸缩振动频率（cm−1） 3300 3100 2900 5. 组成化学键的原子质量 组成化学键的原子质量越小，红外吸收频率越高。 C⎯H C⎯C C⎯O C⎯Cl C⎯Br C⎯I 伸缩振动频率 (cm−1 ) ~3000 1200 1100 800 550 500 6. 氢键 分子中的-NH、-OH、-CO 等基团若形成氢键时，其基团的红外特征频率会向低频方向 位移。 C C C C C C R C O R O R C Cl R O R C C O R C C C O R C C + C H C H C H
2.3.2各类官能团的特征吸收峰 不同官能团有不同的特征吸收,表2.3.1给出了各类官能团在不同频区的特征吸收 表23.1不同官能团在不同频区的特征吸收 人-(主要为YH伸缩振动吸收) 4000~2400c 官能 吸收频率讠(cm-l) 醇 3650~3600(自由) -OH 3500~3200(分子间氢键) 羧酸 3400~2500(缔合) NH 胺,酰胺 3500~3100 C=C一H(C6Hs-H) 3100~3010 -CH C—H 3000~2850 2900~2700(一般2820和2720) 一C—H 2400~1500cm-1(主要为不饱和键的伸缩振动吸收) 官能团 吸收频率ν(cm-1) 2260~2240 酮,酸 1725~1700 醛,酯 1750~1700 酰胺 1680~1630 酰氯 1815~1785 酸酐 1850~1800和1780~1740(振动耦合) 1650~1640 芳环 50(多个峰)
2.3.2 各类官能团的特征吸收峰 不同官能团有不同的特征吸收，表 2.3.1 给出了各类官能团在不同频区的特征吸收。 表 2.3.1 不同官能团在不同频区的特征吸收 4000 ~ 2400 cm−1（主要为 Y⎯H 伸缩振动吸收） 官能团 吸收频率 ~ （cm−1） −OH 醇，酚 3650 ~ 3600（自由） 3500 ~ 3200（分子间氢键） 羧酸 3400 ~ 2500（缔合） −NH 胺，酰胺 3500 ~ 3100 −CH C C H ~ 3300 C C H(C6H5 -H) 3100 ~ 3010 C H 3000 ~ 2850 C H O 2900 ~ 2700（一般 2820 和 2720） 2400 ~ 1500 cm−1（主要为不饱和键的伸缩振动吸收） 官能团 吸收频率 ~ （cm−1） C N C C C O C C 2260 ~ 2240 2250 ~ 2100 酮，酸 1725 ~ 1700 醛，酯 1750 ~ 1700 酰胺 1680 ~ 1630 酰氯 1815 ~ 1785 酸酐 1850 ~ 1800 和 1780 ~ 1740 （振动耦合） 烯 1650 ~ 1640 芳环 1600 ~ 1450（多个峰）
1500~400cm-1(某些键的伸缩和C-H弯曲振动吸收) 吸收频率ν( noh 1565~1545和1385~1360 C-O(醇,酚,羧酸,酯,酸酐)1300~1000 1350~1000 伸缩 酰胺 1420~1400 -CH3 1460和1380 (C-H弯曲) CH- 1465 (C-H弯曲) 1340 (C-H弯曲) R—CH=CH 1000和900 顺式 730~675 RCHECHR 反式 970~960 (C-H弯曲) R2C=CH2 C=CHR 840~800 770~和710~690 770~735 (C-H弯曲) 810~和725~680 860~800
1500 ~ 400 cm−1 (某些键的伸缩和 C⎯H 弯曲振动吸收) 官能团 吸收频率 ~ （cm−1） NO2 1565 ~ 1545 和 1385 ~ 1360 C O （醇，酚，羧酸，酯， 酸酐） 1300 ~ 1000 胺 C N 酰胺 1350 ~ 1000 伸缩 1420 ~ 1400 CH3 1460 和 1380 （C−H 弯曲） CH2 1465 （C−H 弯曲） C H 1340 （C−H 弯曲） R CH CH2 1000 和 900 顺式 RCH CHR 反式 730 ~ 675 970 ~ 960 （C−H 弯曲） R2C CH2 880 R2C CHR 840 ~ 800 R 770 ~和 710 ~ 690 R R 770 ~ 735 （C⎯H 弯曲） R R 810 ~和 725 ~ 680 R R 860 ~ 800
下面通过对各类典型有机化学物的红外光谱的具体分析来进一步了解各种官能团的特 征吸收,以及可能出现的纤维影响。本节给出的图谱大部分是由薄膜样品摄得的 烷烃 烷烃的特征吸收主要是C-H伸缩振动(3000-2850cm-1)和C-H弯曲振动(1465-1340 cm-1),一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm-1以下的频率吸收 图23.2十二烷的红外光谱图 上图中8个吸收峰的对应归属关系分别是:2962cm1为CH基团中的CH不对称伸缩振 动:2872cm1为CH3的C-H对称伸缩振动:2926cm1为CH的CH不对称伸缩振动:2853cm1 是CH2的CH对称伸缩振动:1450cm是CH中的CH不对称弯曲振动;1375cm1为CH3 的C-H对称弯曲振动:1465cm为CH2的CH对称弯曲振动:722cm-1是CHl的面内摇摆振 2.烯烃 烯烃的特征吸收主要是烯烃CH伸缩(3100~3010cm-),C=C伸缩(l675~1640 cm)以及烯烃C-H面外弯曲振动(1000~675cm-1) 图2331-癸烯的红外光谱图
下面通过对各类典型有机化学物的红外光谱的具体分析来进一步了解各种官能团的特 征吸收，以及可能出现的纤维影响。本节给出的图谱大部分是由薄膜样品摄得的。 1. 烷烃 烷烃的特征吸收主要是 C⎯H 伸缩振动（3000−2850 cm−1）和 C⎯H 弯曲振动（1465−1340 cm−1），一般饱和烃 C⎯H 伸缩均在 3000 cm−1 以下的频率吸收。 图 2.3.2 十二烷的红外光谱图 上图中 8 个吸收峰的对应归属关系分别是: 2962 cm−1 为 CH3 基团中的 C-H 不对称伸缩振 动；2872 cm-1 为 CH3 的 C-H 对称伸缩振动；2926 cm-1 为 CH2 的 C-H 不对称伸缩振动；2853 cm-1 是 CH2 的 C-H 对称伸缩振动；1450 cm−1 是 CH3 中的 C-H 不对称弯曲振动；1375 cm−1 为 CH3 的 C-H 对称弯曲振动；1465 cm−1 为 CH2 的 C-H 对称弯曲振动；722 cm−1 是 CH2 的面内摇摆振 动。 2. 烯烃 烯烃的特征吸收主要是烯烃 C−H 伸缩（3100 ~ 3010 cm−1）， C=C 伸缩 (1675 ~ 1640 cm−1 ) 以及烯烃 C−H 面外弯曲振动（1000 ~ 675 cm−1）。 图 2.3.3 1-癸烯的红外光谱图