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《红外光谱与核磁共振谱》
【学习要求】
1、了解红外光谱与核磁共振谱基本原理及其有关的概念 2、了解红外吸收光谱产生的条件
3、了解红外吸收的强度、核磁共振谱中化学位移的概念 4、大致了解各类有机化合物红外吸收光谱和核磁共振谱特征
一、红外吸收光谱
（一）红外吸收光谱的基本原理
红外光波波长位于可见光波和微波波长之间0.75-1000 mm(1 mm = 10-4 cm) 其中：
远红外 0.75-2.5 mm
中红外 2.5-25 mm 4000-400 cm
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近红外 25-1000 mm
红外光波的波长常用波数(cm-1)表示。波数的定义是：每1厘米范围内所含光波的数目。波数 = 104/l(mm)。因此，2.5 mm波长，相当于104/2.5 cm-1，即：4000 cm-1，而25 mm相当于400 cm-1。
1．分子的振动能级
引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的跃迁。红外吸收光谱是分子的振动-转动光谱。用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。 2、基本振动的类型
一般把分子的振动方式分为两大类：化学键的伸缩振动和弯曲振动。 （1） 伸缩振动
指成键原子沿着价键的方向来回地相对运动。在振动过程中，
键角并不发生改变，如碳氢单键，碳氧双键，碳氮三键之间的伸缩振动。伸缩振动又可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。 （2）弯曲振动
弯曲振动又分为面内弯曲振动和面外弯曲振动，用d、g表示。如果弯曲振动的方向垂直于分子平面，则称面外弯曲振动，如果弯曲振动完全位于平面上，
则称面内弯曲振动。剪式振动和平面摇摆振动为面内弯曲振动，面外摇摆振动和扭曲变形振动为面外弯曲振动。以-CH2-：剪式振动、平面摇摆振动、面外摇摆振动、扭曲变形振动
3、影响峰数减少的因素 （1）红外非活性振动
（2）分子结构对称，某些振动频率相同。 （3）强宽峰复盖频率相近的弱而窄的峰。 （4）在红外区域外的峰。
（5）别弱的峰或彼此十分接近的峰
（二 ）红外吸收光谱产生的条件
一定波长的红外光照射被研究物质的分子，若辐射能(hn)等于振动基态(Vo)的能级(E1)与第一振动激发态(V1)的能级(E2)之间的能量差(DE)时，则分子可吸收能，由振动基态跃迁到第一振动激发态(V0 ? V1)： DE = E2 - E1 = hn
分子吸收红外光后，引起辐射光强度的改变，由此可记录红外吸收光谱，通常以波长(mm)或波数(cm)为横坐标，百分透过率(T %)或吸光度(A)为纵坐标记录。
在红外光的作用下，只有偶极矩(Dm)发生变化的振动，即在振动过程中Dm10时，才会产生红外吸收。这样的振动称为红外“活性”振动，其吸收带在红外光谱中可见。在振动过程中，偶极矩不发生改变(Dm＝0)的振动称红外“非活性”振动；这种振动不吸收红外光，在IR谱中观测不到。如非极性的同核双原子分子N2，O2等，在振动过程中偶极矩并不发生变化，它们的振动不产生红外吸收诺带。有些分子既有红外“活性”振动，又有红外“非活性”振动。如CO2：其对称伸缩振动，Dm = 0，红外“非活性”振动；其反对称伸缩振动，Dm10， 红外“活性”振动，2349 cm-1
（三）红外吸收的强度
T % 愈低，吸光度就愈强，谱带强度就愈大。根据T ％，谱带强度大致分 为：很强吸收带(vs，T ％ ＜ 10 )；强吸收带(s，10＜T ％＜40)，中强吸 收带(m，40 ＜ T ％＜90)，弱吸收带(w，T ％ ＞ 90)，宽吸收带用b表示。
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稀溶液中测得的红外光谱，其谱带的吸光度(A)可遵守Beer-Lambert定律： A＝acl
式中a为吸光系数，l为吸收池的厚度，c为溶液的浓度。若c用mol浓度表示，
则a用e 表示，e为mo1吸光系数。a或e仅在定量分析时使用。红外光谱用于结
构分析及结构鉴定时，均使用相对强度T ％(或A)，此时所指的强吸收带或弱吸 收带是对于整个光谱图的相对强度而言。
（四）红外吸收光谱中常用的几个术语 1、基频峰与泛频峰
分子振动当作谐振动处理时，其选律为 DV ＝ ± 1。
实际上，分子振动为非谐振动，非谐振动的选律不再局限于DV ＝ ± 1，它
可以等于任何整数值。即DV ＝ ± 1，±2，±3。所以IR谱不仅可以观测到较强
的基频带，而且还可以观测到较弱的泛频带。 V。? V1 基频带(n) 较强。
V。? V2 一级泛频带(2n - a) 弱 （又称倍频峰） V。? V3 二级泛频带(3n - b) 更弱，难以观测 （a、b为非谐振动的修正值，a ＞b，b＞o）
2、特征峰与相关峰
凡是能用于鉴定原子基团存在并有较高强度的吸收峰，称为特征峰，其对应的频率称为特征频率。（如NH2的特征峰）
一个基团除了有特征峰外，还有其它振动形式的吸收峰，习惯上把这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰。（如CH3的相关峰）
3、特征区和指纹区
特征区：4000-1330 cm-1, 各种官能团的特征频率在这区域.
指纹区： 1330-667 cm, C-X(C,N,O)单键的伸缩振动及各种弯曲振动峰,(相关峰)
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（五）各类有机化合物红外吸收光谱 1、烷烃
1）nC-H 2975-2845 cm-1
C-CH3： nas 2960 ± 15 cm(s)， ns 2870 ± 15 cm(m)
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C-CH2-C： nas 2926 ± 5 cm-1(s)， ns 2850 ± 5 cm-1(s) >CH- n 2890 cm-1
>CH-的C—H伸缩振动较CH3，CH2的nC-H 谱带弱得多，不特征，通常被CH3，CH2
的nC-H 谱带掩盖，无实际鉴定价值。
2）dC-H 1460；1380 cm-1
-CH3 d as约1450 cm(m)，d s约1380 cm(w)。-CH(CH3)2振动偶合使对称弯曲振动裂分强度相近的两条谱带(约在1380和1370cm-1)，-C(CH3)3振动偶合使对称弯曲振动裂分为强度差别较大的两条谱带(在1390和1370 cm-1附近)，低频带强度较大。CH2剪式振动约为1450 cm-1(m)与CH3的d as重叠。>CH-约为1340 cm-1(w)，不特征。
与不同基团相连的CH3、CH2弯曲振动吸收位置有所不同。与氧、氮原子相连时，1450 cm吸收带无明显变化，1380 cm吸收带向高波数位移明显。与CO，S，Si相连时CH3、CH2弯曲振动均向低波数位移。与不同基团相连，-CH(CH3)2弯曲振动谱带的形状也不同。
3）nC-C 1250-800 cm-1，不特征。
4）gC-H -（CH2）n 当n 大于或等于4时，722 cm-1有一弱的吸收峰，n变小时吸收疝波数移动，并变弱。
2、烯烃
1）nC=C-H 3000 cm-1以上
2）nC=C 1670-1620 cm-1
3）gC=C-H 1000-700 cm-1，借以了解双键取代情况和构型。 3、炔烃
1）nCoC-H 3300-3310 cm-1
2）nCoC 一元取代炔2140-2100 cm；二元取代炔2260-2190 cm 3）gCoC-H 680-610 cm。
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