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本课件讲红外吸收光谱法，从分子的伸缩与弯曲振动类型、振动自由度出发，说明红外吸收的产生条件与峰位、峰数、峰强三要素，逐一给出烷烃、烯烃、芳烃、羰基、醇酚醚等特征基团频率，并介绍红外光谱仪与谱图解析思路。
第五章红外吸收光谱法：
5.1基本原理1.产生红外吸收的条件：
5.1.2分子的振动1.振动频率以双原子分子的简谐振动为例Hooke定律（μ为折合质量）k2πμν＝1m1+m2μ＝m1·m2
量子力学中分子振动的总能量为Δn=1时则当k用N·cm-1为单位，μ用摩尔质量时2E=(n+1)hν振kE=hν=h2πμ振1k2πcμσ＝kμσ＝1307
212.01×1.00830302σ=130712.01×1.008=5.03N·cm-1 k==×μ1307212.01+1.0081307kμσ2=1.54×10-24gμ=1km1m22πcμm1+m2k=4π2c2μσ2=4π2(3.00×1010)2×(1.54×10-24)×30302=5.03×105g·s-2=5.03N·cm-1或（12.01+1.008)×6.02×1023C-H的μ值：μ＝例某芳香族有机化合物的C－H键的伸缩振动出现在红外光谱的3030cm－1处，求该C－H键的力常数解：σ=
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实际上计算结果比实测值大（x：非谐振常数）术语：(1)基频：Δn＝±1(2)倍频：Δn＝±2，±3（弱）一级泛音，二级泛音(3)组频：如果分子吸收了一个红外光子，同时激发了基频分别为ν1和ν2的两种跃迁，此时所产生的吸收频率应等于上述两种跃迁的吸收频率之和，故称为组频。
σ′=σ-2σx
2.振动类型：
3.振动自由度：
4.影响吸收峰强度的因素：
5.1.3红外吸收光谱图
5.2基团频率和特征吸收峰在红外光谱中，某些化学基团虽然处于不同分子中，但它们的吸收频率总是出现在一个较窄的范围内，吸收强度较大，且频率不随分子构型变化而出现较大的改变。
这类频率称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。
5.2.1官能团区和指纹区：
5.2.2红外光谱中的重要区段4000~2500cm1氢键区H2500~2000cm1叁键区2000~1500cm1双键区1500~1000cm1单键区νC-νN-HνO-HνC=OνC NνC=NνC CνC=CνC-OνC-NνC-C
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νOHνNHνCH（双键，三键，苯环）νCH（单键）3750~30003300~30003000~27002400~21001900～16501645~15001475~13001000~650νC CνC=OνC=CδC-HδC=C-HνC NνC=NδAr-H
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5.2.3典型有机化合物的红外光谱主要特征1．烷烃－CH3对称、不对称伸缩振动对称变形振动2870、2960cm－1附近；
1380cm－1附近．有异丙基1380cm-1分裂为1385cm-1与1375cm-1（两强度相似）有叔丁基1380cm-1分裂为1395cm-1及1370cm-1（两强度不等）－CH2－不对称、对称伸缩振动剪式振动2925、2850cm-1附近．148O～1440cm-1区，强度中等．
2．烯烃和炔烃烯烃：=C－H伸缩振动3100～3000cm-1峰尖锐，强度中伸缩振动1680～1620cm-1共轭时移向低频约C=C20cm-1=C－H－CH=CH2炔烃： C－H面外弯曲1000～650cm-1面外振动990，910cm-1两个很强谱带伸缩振动弯曲振动伸缩振动3310～3300cm-1642～615cm-1之间2140～2100cm-1（末端）2260～2190cm-1（中C C间）
3．芳烃伸缩振动3100～3000cm-1之间有三：
单取代2个吸收带740、690cm-1：
4.醇和酚醇、酚呈液态或固体时，由于分子间生成氢键而缔合：
6.酮和醛酮:：
7.酸和酯羧酸：
8.胺和酰胺：
5.2.4影响基团频率的因素1.电子效应（1）诱导效应电负性不同的取代基，通过静电诱导效应，引起分子中电子分布的变化，改变了键的力常数，使基团频率发生位移。
诱导效应越强，吸收峰向高波数移动的程度越显著。CF3COOCH3CCl3COOCH3CHCl2COOCH3CH2BrCOOCH31780176817551740νC=O
（2）共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化，使双键略有伸长，单键略有缩短。因此，双键的吸收频率向低波数方向位移。ArCOAr1665ArCOR16901715νC=O(cm-1)RCOR173517151690νC=O(cm-1)诱导效应和共轭效应同时存在时看哪一个占优势RCOORRCORRCOSR
2.氢键对于X-H键的伸缩振动，由于分子形成氢键而呈缔合状态，导致带宽及强度都增加，并移向低频；质子接受体也向低波数移动.例：乙醇浓度小于0.01mol.L-1时，游离OH（3640cm-1）；
乙醇浓度增加时，二聚体（3515cm-1）多聚体(3350cm-1)；乙醇浓度达0.1mol.L-1时，多聚体(3350cm-1).
3.振动偶合分子中的基团或键的振动并不是孤立进行的。如果两个振子属同一分子的一部分，而且相距很近，一个振子的振动会影响另一振子的振动，并组合成同相（对称）或异相（不对称）两种振动状态，其前者的频率低于原来振子频率，后者的频率高于原来振子频率，造成原来频率的分裂。
例：乙烷的C－C伸缩振动频率为992cm-1，丙烷的C－C伸缩振动频率为1054、867cm-1
4.费米共振当弱的倍频（或组频）峰位于某强的基频吸收峰附近时，它们的吸收峰强度常常随之增加，或发生谱峰分裂。这种倍频（或组频）与基频之间的振动偶合，称为费米共振。
例：C4H9—O—CH=CH2中，=C-H变形振动810cm-1的倍频（约1600cm-1）与C＝C伸缩振动发生费米共振，在1640cm-1与1613cm-1出现两个强的吸收带.
5.物质的状态以及溶剂的影响气态：相互作用很弱，可观察到伴随振动光谱的转动精细结构液态和固态：相互作用较强，导致吸收带频率、强度和形状有较大改变极性溶剂：溶质分子的极性基团的伸缩振动频率随溶剂极性的增加而向低波数方向移动，并且强度增大
5.3红外光谱仪5.2.1红外光谱仪的类型1.色散型红外分光光度计由光源、单色器、试样室、检测器和记录仪组成与紫外的区别：试样被置于单色器之前
2.傅里叶变换红外光谱仪由红外光源、迈克尔逊干涉仪、样品池、检测器、记录仪等组成1测量红外干涉图，该干涉图是一种时域谱，复杂难解释；
2通过计算机对该干涉图进行快速傅里叶变换计算，从而得到以波长或波数为函数的频域谱，即得红外光谱图∫∫+∝-∝+∝-∝B(ν)=B(ν~)cos2πν~δdν~I(δ)=~I(δ)cos2πνδdδ~作傅立叶变换
优点1多路，扫描速度快2辐射通量大3波数准确度高4杂散光低5测定的光谱范围宽6分辨率高
5.3.2红外光源它是将一种惰性固体，通过电加热的方式来产生连续光谱。在1500～2000K温度范围内，所产生的最大辐射强度的波长范围为6000～5000cm-11硅碳棒2能斯特灯
5.3.3检测器1热检测器热电偶辐射热测量计热电检测器2光导检测器HgTe－CdTe碲化汞镉（MCT）检测器
5.3.4试样的制备1.气体试样2.液体试样：
5.4红外吸收光谱法的应用5.4.1定性分析1.定性前的准备被鉴定的物质应该是纯样品，混合物的光谱则是其它组成光谱叠加而成，给鉴定带来困难；
样品可先进行简单的物理和化学分析，如熔点、沸点、折光率、分子质量、溶解度以及元素分析等，这样可大大简化解析过程；选择合适的光谱仪测试条件，得到分辨率高的红外图谱。
已知某化合物的化学式为C9H10O，试推断其结构式2.图谱的解析
解：1不饱和度：Ω=1+n4+(n3-n1)/2=1+9-10/2=52C＝O：1700cm-1无吸收带，无3O－H：3400cm-1、1050cm-1强而宽4苯环：1600、1500、1450cm-1尖锐吸收带共轭：1500cm-1强于1600cm-1吸收带，且1600cm-1分裂为两个带，说明有苯环与π体系的共轭5取代：700、750cm-1两吸收带说明为单取代6甲基：1380cm-1无，没有综上所述，此化合物结构式为：Ar-CH=CH-CH2-OH
图谱解析步骤1.计算不饱和度：Ω=1+n4+(n3-n1)/22.苯环：1600、1500、1450cm-1尖锐吸收带共轭：1500cm-1强于1600cm-1吸收带，1600cm-1带分裂成1600及1580cm-1两吸收带取代：单取代2个吸收带750、690cm-1邻二取代间二取代对二取代1个吸收带750cm-13个吸收带860、780、710cm-11个吸收带800cm-1
3.有O醇：O－HC－O伸缩振动3550～3200cm-1之间强而宽伸缩振动1260～1000cm-1之间强度大（伯醇1050、仲醇1100、叔醇1150cm-1附近）C=O:伸缩振动1700cm-1附近醛：在2700、2800cm-1附近有两个强吸收带羧酸：O－H伸缩振动3000cm-1附近强而宽C－O伸缩振动1440～1395cm-1强带酯:C－O－C不对称伸缩1300～1000cm-1有两吸收带
4.CH3和CH2CH3：对称变形振动1380cm－1附近．CH2：剪式振动148O～1440cm-1区，强度中等．-（CH2）n-：n至少为4，720~750cm-1区有吸收面外振动990，910cm-1两个很强谱带伸缩振动1680～1620cm-1伸缩振动2140～2100cm-1（末5.烯烃－CH=CH2C=C6.炔烃：C C端）2260～2190cm-1（中间）
练习：某化合物的化学式为C9H10O，试推断其结构式
3.化合物结构的验证推断出化合物的结构之后，可与标准光谱图进行对照。当图谱上的特征吸收带位置、形状及强度相一致时，可以完全确认。
当然，两图绝对吻合是不可能的，但各特征吸收带的相对强度的顺序应是不变的。标准图谱集1Sadtler红外谱图集2分子光谱文献DMS光谱图集3API光谱图集
5.4.2定量分析分析依据：朗伯－比尔定律红外光谱定量分析法与其它定量方法相比，存在不少缺点，只在特殊情况下使用
本章小结1.产生红外吸收光谱的条件2.分子的振动频率、振动类型、振动自由度3.影响基团频率的因素4.红外光谱仪的类型及傅立叶变换红外光谱仪的优点5.红外光源及其检测器的类型6.简单红外图谱的解析作业：1，7，11，15，19，20
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