第七章 红外光谱
7.1 红外谱图基本知识
红外吸收强度一般用强弱表示：
很强（ very strong,vs; ?? 200）
强（ strong,s; ? = 75 ~ 200）
中（ medium,m; ? = 25 ~ 75）
弱（ weak,w; ? = 5 ~ 25）
很弱（ very weak,vw; ?? 5）
变化（ variable,v）
（ ?,摩尔吸光系数）
7.2 红外光谱原理
7.2.1 双原子分子的红外吸收频率
经典力学处理：
? ? ? ? ? ?? ?12 12k C k;
k：化学键的力常数
?：折合质量
量子力学处理：
E n h n? ?? ? ?( ) ; (,,,,)12 0 1 2 3 ??
?为基频
7.2.2 多原子分子的红外吸收频率
多原子分子有多种振动模式：
非线性分子的振动,3n-6个自由度（基本振动）
线性分子的振动,3n-5个自由度（基本振动）
伸缩振动 (stretching)：沿键轴方向伸、缩的 振动，
其吸收频率相对在高波数区。
弯曲振动 (bending),除伸缩振动以外的其它 振动，
其吸收频率相对在低波数区。
H
C
H H
C
H
对称伸缩振动 ?s
symmetric stretching
反（非）对称伸缩振动 ?as
asymmetric stretching
H
C
H H
C
H
H
C
H H
C
H
面内弯曲振动或剪切振动 ?s
scissoring
面内弯曲振动或面内摇动 ?
rocking
面外弯曲振动或面外摇动 ?
wagging
面外弯曲振动或扭曲 ?
twisting
倍频 (overstone),n?( n=2,3,…; ?为基频 )
组合频 (combination tone)：两个或两个以上基频之差或和。
耦合频率 (coupling tone)：两个基团相邻且它们的振动基频
相差又不大时，振动的耦合引起吸收频率偏离基频，一个
移向高频方向，一个移向低频方向。
费米共振 (Fermi resonance)：当倍频或组合频与某基频相
近时，由于其相互作用而产生的强吸收带或发生的峰的分
裂。
7.2.3 红外吸收强度
红外吸收强度由振动时偶极矩变化的大小决定。
分子中含有杂原子时，其红外谱峰一般都较强。
7.3 官能团的特征频率
影响官能团吸收频率的因素：
1）电子效应
（ 1）诱导效应
频率降低
C O
F
C O
Cl
C O
Br
~1869cm-1 1785 ~1815cm-1 ~1812cm-1
C
O
R OR'
C
O
R OH
1735 ~
1750cm-1 ~1760cm-1
频率升高 C O C O
1 71 5 cm -1
（ 2）中介效应（共振效应）
伯、仲、叔酰胺羰基
? ~1690cm-1C
O
R NH 2
C
O
R NH 2
（ 3）共轭效应
CO CO
?,?-不饱和酮羰基,~1675cm-1
芳酮羰基,~1690cm-1
亲电诱导效应（ -I）与供电共轭效应（ +C）
1735cm-1 (-I > +C)
(a)
C
O
R O R ' C
O
R S R '
1690cm-1 (-I < +C)
C
O
S R 'C
O
OR '
1725cm-1 (-I < +C) 1665cm-1 (-I < +C)
(b)
(c) C
O
R O
1750cm-1
C
O
R S
1710cm-1
2）空间效应
（ 1）环的张力
环的张力加大时，环上有关官能团的吸收频率逐渐上升。
脂环酮羰基,六员环 五员环 四员环 三员环
1715cm-1 1745cm-1 1780cm-1 1850cm-1
脂环上 CH2, 环己烷 环丙烷
2925cm-1 3050cm-1 H2C CH 2
O 3000 ~3050cm-1
环烯烃中双键则反之,六员环 五员环 四员环
1639cm-1 1623cm-1 1566cm-1
脂环外双键：
1651cm-1 1657cm-1 1678cm-1 1781cm-1
CH 2CH 2CH 2CH 2
（ 2）空间障碍
当共轭体系的共平面性被破坏或偏离时，共轭体系也受到
影响或破坏，其吸收频率将移向高波数。 OH 3 C OH 3 C
CH 3
OH 3 C
CH
CH 3
CH 3
1663cm-1 1686cm-1 1693cm-1
3）氢键的影响
氢键的形成降低了化学键的力常数，吸收频率移向低波数方
向；同时振动时的偶极矩变化加大，吸收强度增加。
醇的羟基：
游离态 二聚体 多聚体
3600~3610cm-1 3500~3600cm-1 3200~3400cm-1
胺基发生分子缔合，其吸收频率多则可降低 100cm-1或更多。
羧基形成强烈氢键，其羟基的吸收频率移至 2500~3000cm-1 。
4）质量效应（氘代的影响）
?
?
X H
X D
?
?
? 2
用于含氢基团的红外吸收峰的指认。
7.4 红外谱图解析
7.4.1 红外吸收波段
1） 4000-2500cm-1
X-H（ X=C,N,O,S） 伸缩振动区
2） 2500-2000cm-1
三键和 累积双键 伸缩振动区
3） 2000-1500cm-1
双键 伸缩振动区
4） 1500-1300cm-1
部分伸缩振动,C-H弯曲振动
5） 1300-910cm-1
分子骨架伸缩、弯曲振动
6） 910cm-1以下
苯指纹区（ C-H弯曲振动），烯的 C-H弯曲振动
3000 2000 1000
X-H伸缩振动
(X,C,N,O,S)
三键
累积双键
双键
伸缩振动
其它伸缩振动，
弯曲振动
游离 OH
~3600 缔合 OH
~3300
-NH2
3300~
3500
-NHR
-C?C-H
~3300
C=C-H
~2960,CH3
~2925,CH2
~2870
~2850
-COH
2820,2720
-SH
2600~2550
-C-H
~2885
-C?N
~2240
-C?C-
~2220
-C?C-H
~2120
>C=O
~1715
C=C
~1630
苯环
~1600
~1580~1500
~1460
-NO2~1550 ~1370
~1460
~1380
-CH3
~1470
-CH2-
C-O-C
1300~1020
C-OH伯
仲叔酚
苯
指
纹
区
COOH
~3000
苯环的组合频和
面外弯曲振动谱带
酰胺的特征峰：
1） N-H伸缩振动,3500-3050cm-1
2） >C=O伸缩振动（酰胺 I 带）：
伯酰胺 仲酰胺 叔酰胺
1690(1650)cm-1 1680(1665)cm-1 1650(1650)cm-1
3） N-H剪切振动与 C-N伸缩振动（酰胺 II 带）：
伯酰胺 仲酰胺
1600(1640)cm-1 1530(1550)cm-1
4） C-N伸缩振动：
伯酰胺,1400-1430cm-1（ m）
7.4.2 红外谱图解析要点及注意事项
1）红外吸收谱的三要素（位置、强度、峰形）
2）同一基团的几种振动的相关峰是同时存在的
3）红外谱图解析顺序
（ 1）由官能团区找出官能团
（ 2）判断苯环取代位置、烯的取代等
（ 3）与标准红外谱图对比
4）标准红外谱图的应用
Sadtler红外谱图集
7.1 红外谱图基本知识
红外吸收强度一般用强弱表示：
很强（ very strong,vs; ?? 200）
强（ strong,s; ? = 75 ~ 200）
中（ medium,m; ? = 25 ~ 75）
弱（ weak,w; ? = 5 ~ 25）
很弱（ very weak,vw; ?? 5）
变化（ variable,v）
（ ?,摩尔吸光系数）
7.2 红外光谱原理
7.2.1 双原子分子的红外吸收频率
经典力学处理：
? ? ? ? ? ?? ?12 12k C k;
k：化学键的力常数
?：折合质量
量子力学处理：
E n h n? ?? ? ?( ) ; (,,,,)12 0 1 2 3 ??
?为基频
7.2.2 多原子分子的红外吸收频率
多原子分子有多种振动模式：
非线性分子的振动,3n-6个自由度（基本振动）
线性分子的振动,3n-5个自由度（基本振动）
伸缩振动 (stretching)：沿键轴方向伸、缩的 振动，
其吸收频率相对在高波数区。
弯曲振动 (bending),除伸缩振动以外的其它 振动，
其吸收频率相对在低波数区。
H
C
H H
C
H
对称伸缩振动 ?s
symmetric stretching
反（非）对称伸缩振动 ?as
asymmetric stretching
H
C
H H
C
H
H
C
H H
C
H
面内弯曲振动或剪切振动 ?s
scissoring
面内弯曲振动或面内摇动 ?
rocking
面外弯曲振动或面外摇动 ?
wagging
面外弯曲振动或扭曲 ?
twisting
倍频 (overstone),n?( n=2,3,…; ?为基频 )
组合频 (combination tone)：两个或两个以上基频之差或和。
耦合频率 (coupling tone)：两个基团相邻且它们的振动基频
相差又不大时，振动的耦合引起吸收频率偏离基频，一个
移向高频方向，一个移向低频方向。
费米共振 (Fermi resonance)：当倍频或组合频与某基频相
近时，由于其相互作用而产生的强吸收带或发生的峰的分
裂。
7.2.3 红外吸收强度
红外吸收强度由振动时偶极矩变化的大小决定。
分子中含有杂原子时，其红外谱峰一般都较强。
7.3 官能团的特征频率
影响官能团吸收频率的因素：
1）电子效应
（ 1）诱导效应
频率降低
C O
F
C O
Cl
C O
Br
~1869cm-1 1785 ~1815cm-1 ~1812cm-1
C
O
R OR'
C
O
R OH
1735 ~
1750cm-1 ~1760cm-1
频率升高 C O C O
1 71 5 cm -1
（ 2）中介效应（共振效应）
伯、仲、叔酰胺羰基
? ~1690cm-1C
O
R NH 2
C
O
R NH 2
（ 3）共轭效应
CO CO
?,?-不饱和酮羰基,~1675cm-1
芳酮羰基,~1690cm-1
亲电诱导效应（ -I）与供电共轭效应（ +C）
1735cm-1 (-I > +C)
(a)
C
O
R O R ' C
O
R S R '
1690cm-1 (-I < +C)
C
O
S R 'C
O
OR '
1725cm-1 (-I < +C) 1665cm-1 (-I < +C)
(b)
(c) C
O
R O
1750cm-1
C
O
R S
1710cm-1
2）空间效应
（ 1）环的张力
环的张力加大时，环上有关官能团的吸收频率逐渐上升。
脂环酮羰基,六员环 五员环 四员环 三员环
1715cm-1 1745cm-1 1780cm-1 1850cm-1
脂环上 CH2, 环己烷 环丙烷
2925cm-1 3050cm-1 H2C CH 2
O 3000 ~3050cm-1
环烯烃中双键则反之,六员环 五员环 四员环
1639cm-1 1623cm-1 1566cm-1
脂环外双键：
1651cm-1 1657cm-1 1678cm-1 1781cm-1
CH 2CH 2CH 2CH 2
（ 2）空间障碍
当共轭体系的共平面性被破坏或偏离时，共轭体系也受到
影响或破坏，其吸收频率将移向高波数。 OH 3 C OH 3 C
CH 3
OH 3 C
CH
CH 3
CH 3
1663cm-1 1686cm-1 1693cm-1
3）氢键的影响
氢键的形成降低了化学键的力常数，吸收频率移向低波数方
向；同时振动时的偶极矩变化加大，吸收强度增加。
醇的羟基：
游离态 二聚体 多聚体
3600~3610cm-1 3500~3600cm-1 3200~3400cm-1
胺基发生分子缔合，其吸收频率多则可降低 100cm-1或更多。
羧基形成强烈氢键，其羟基的吸收频率移至 2500~3000cm-1 。
4）质量效应（氘代的影响）
?
?
X H
X D
?
?
? 2
用于含氢基团的红外吸收峰的指认。
7.4 红外谱图解析
7.4.1 红外吸收波段
1） 4000-2500cm-1
X-H（ X=C,N,O,S） 伸缩振动区
2） 2500-2000cm-1
三键和 累积双键 伸缩振动区
3） 2000-1500cm-1
双键 伸缩振动区
4） 1500-1300cm-1
部分伸缩振动,C-H弯曲振动
5） 1300-910cm-1
分子骨架伸缩、弯曲振动
6） 910cm-1以下
苯指纹区（ C-H弯曲振动），烯的 C-H弯曲振动
3000 2000 1000
X-H伸缩振动
(X,C,N,O,S)
三键
累积双键
双键
伸缩振动
其它伸缩振动，
弯曲振动
游离 OH
~3600 缔合 OH
~3300
-NH2
3300~
3500
-NHR
-C?C-H
~3300
C=C-H
~2960,CH3
~2925,CH2
~2870
~2850
-COH
2820,2720
-SH
2600~2550
-C-H
~2885
-C?N
~2240
-C?C-
~2220
-C?C-H
~2120
>C=O
~1715
C=C
~1630
苯环
~1600
~1580~1500
~1460
-NO2~1550 ~1370
~1460
~1380
-CH3
~1470
-CH2-
C-O-C
1300~1020
C-OH伯
仲叔酚
苯
指
纹
区
COOH
~3000
苯环的组合频和
面外弯曲振动谱带
酰胺的特征峰：
1） N-H伸缩振动,3500-3050cm-1
2） >C=O伸缩振动（酰胺 I 带）：
伯酰胺 仲酰胺 叔酰胺
1690(1650)cm-1 1680(1665)cm-1 1650(1650)cm-1
3） N-H剪切振动与 C-N伸缩振动（酰胺 II 带）：
伯酰胺 仲酰胺
1600(1640)cm-1 1530(1550)cm-1
4） C-N伸缩振动：
伯酰胺,1400-1430cm-1（ m）
7.4.2 红外谱图解析要点及注意事项
1）红外吸收谱的三要素（位置、强度、峰形）
2）同一基团的几种振动的相关峰是同时存在的
3）红外谱图解析顺序
（ 1）由官能团区找出官能团
（ 2）判断苯环取代位置、烯的取代等
（ 3）与标准红外谱图对比
4）标准红外谱图的应用
Sadtler红外谱图集
