化学竞赛辅导9--现代物理方法的应用

根据胡克（Hooke)定律，两个原子的伸展振动视为一种简谐振动，其频率可依下公式近似估计：

ν＝1/2π(k/μ)-1/2

k:力常数, μ:折合质量＝m1m2/( m1+m2 ) , m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量。

π和c为常数，吸收频率随键的强度的增加而增加，随键连原子的质量增加而减少。

化学键的力常数越大，原子折合质量越小，则振动频率越高，吸收峰将出现在高波数区（即短波区）。

当振动频率和入射光的频率一致时,入射光就被吸收.因而同一基团基本上总是相对稳定地在某一稳定范围内出现吸收峰. 如:C-C,C-N,C-O 1300～800 cm-1 C=C,C=N,C=O 1900～1500 cm-1 C≡C,C≡N 2300～2000 cm-1 C-H,N-H,O-H 3650～2850 cm 4.红外光谱区域划分

一般说来，红外光谱可分为两部分：

（1）3800～1400 cm-1部分是官能团特征吸收峰出现较多的部分，叫官能团区。

（2）1400～600 cm-1部分对各个化合物来说这一部分的特异性（个性）较强，其中各峰出现情况受整个分子结构影响较大，虽然也有官能团特征吸收落在此区域（特别是弯曲振动峰），但是总的说来，这一部分光谱是反映整体分子特征的，称为指纹区，他对鉴定各个有机化合物是很有用的。 （5｀）吸收峰的种类

①基频吸收峰：分子吸收红外光主要发生由基态到第一激发态的跃进，由这种跃进所产生的吸收叫基频吸收。振动的频率与其吸收峰频率是一样的。

-1

②倍频峰：有的基团除了在基频有强的吸收外，在比基频高一倍或n倍处还出现了弱的吸收，称倍频峰。倍频带的频率不严格地等于基频带的整数倍，一般只有第一倍频带具有实际意义。吸收频率近似于基频的两倍。 5.烃的特征吸收峰 （1）烷烃： ν

δ

C-H

3000～2800cm-1 为甲基，亚甲基的C-H不对称和对称伸缩振动。 1465～1360cm-1 甲基在1375cm-1一个特征吸收峰（强）

C-H

异丙基在1370和1385cm-1出现等强度的的两峰（强）；叔丁基，在1370和1395cm－1出现不等强度的两个峰低波数的吸收峰为高波数的吸收峰强度的两倍。

亚甲基在1465cm-1左右处出现特征峰。－（CH2)n- （n≥4):在722－744cm-1

出现吸收峰；－（CH2)n- （n<4)：吸收移向高波数方向。 环丙烷由于键角变小，C-H的伸缩振动移向3050cm-1。 （2）烯烃： ν ν

＝C-H

3095～3010cm-1 （中）

-1

C=C

：1680～1600cm,其强度和位置决定了双键碳上的取代基和双键的共轭

情况，对称性强其峰就弱，共轭使峰增强，波数则略低。

在980～650cm-1出现弯曲振动吸收峰，由此可以判断取代基数目、性质以及顺反异构等情况。 如：

（3）炔烃 ν ν

≡C-H

：3320～3310cm-1（强）尖吸收峰

C≡C

：2100～2200cm-1,乙炔与对称二取代乙炔因分子对称在红外光谱中没

有吸收峰，因此有时即是有C≡C存在，在光谱中不一定能看到。

δ

≡C-H

：600～700cm-1的弯曲振动吸收，对于结构鉴定非常有用。

（4）芳香烃

ν ＝C-H：在3080～3030cm-1与烯氢的ν ＝C-H相近。

ν C=C：苯环的骨架振动正常情况下有四条谱带约为1600，1585，1500，1450cm-1。归因于C＝C的面内振动（陈耀祖，《有机分析》，P600）；有时芳环骨架的拉伸振动吸收位置在1575－1625cm-1(中）和1475－1525cm-1（强）有两个吸收峰（邢其毅《基础有机化学》P203）.

δ C-H：在900－700cm-1出现苯环氢面外变形振动峰，是识别苯环上取代基位置和数目的极其重要的特征峰。取代基越多，δ C-H 频率越高。

三、红外光谱解析举例

不饱和度（Ω）：所谓不饱和度是指该化合物在组成上与饱和化合物所相差一价元素（H）成对的数目。设化合物CnHmNaObScXd其不饱和度为 Ω＝［（2n+2)-(m-a+d)]/2

n-碳原子数 m－氢原子数 a-氮原子数 d－卤原子数 二价的氧、硫等原子数一般不必考虑。 一个双键，一个脂肪环的不饱和度等于1 一个三键的不饱和度等于2 一个苯环的不饱和度等于4

例1：某化合物分子式为C11H24，红外光谱如下，确定其结构。

计算不饱和度Ω＝（2×11＋2－24）／2＝0，说明为开键饱和烃。 2960－2850cm-1处2个强峰为甲基和亚甲基的νC-H 1370－1380cm-1处一个峰为-CH3,δC-H 1470-1460cm-1处一个峰为－CH2-,δC-H

725cm-1处吸收峰为－（CH2)n-,≥4的δC-H说明为直链烷烃。 无异丙基、叔丁基的吸收峰，因此为正烷烃，为正十一烷。 例2：分子式为C7H8,IR:

不饱和度为Ω＝[（2×7+2)-8]/2=4 可能含苯环

1600－1450cm-1三组吸收峰，为苯环的ν C=C,3030cm-1为苯环的 ν C-H。