前言：

在上一期（紅外光譜（一）：基本原理）內(nèi)容中，我們簡要地介紹了紅外光譜的基本原理。今天緊接著上一期內(nèi)容，來談一談特征官能團(tuán)（也稱基團(tuán)）的振動頻率。上一期中，我們提到紅外光譜的最重要的用途之一是通過譜圖來獲得相關(guān)的特征官能團(tuán)信息，而特征區(qū)（4000-1330 cm-1）是基團(tuán)鑒定中最有價值的區(qū)域，指紋區(qū)（1330-400 cm-1）則主要是在官能團(tuán)確定的基礎(chǔ)上幫助區(qū)分結(jié)構(gòu)類似的化合物。

1. 影響振動頻率的因素

在正式討論特征基團(tuán)的振動頻率之前，先簡單了解下影響振動頻率的主要因素，這對于確認(rèn)特征基團(tuán)的歸屬有重要的幫助。

影響紅外振動頻率的因素可以分為內(nèi)部因素和外在條件兩種，其中外在條件主要指樣品的物態(tài)（氣，液，固），溶劑種類，測試溫度，測試儀器等。內(nèi)部因素主要是分子結(jié)構(gòu)方面的影響， 包括誘導(dǎo)效應(yīng)，共軛效應(yīng)，空間效應(yīng)，氫鍵作用等。

誘導(dǎo)效應(yīng)：基團(tuán)附近有不同電負(fù)性的取代基時，由于誘導(dǎo)效應(yīng)引起分子中電子云分布的變化，從而引起鍵力常數(shù)的變化，使基團(tuán)吸收頻率變化。

吸電子基使鄰近基團(tuán)吸收波數(shù)升高，給電子基則使鄰近基團(tuán)吸收波數(shù)下降。吸電子能力越強(qiáng)，升高的越多，給電子能力越強(qiáng)，下降越明顯。

舉例：CH3CHO (1713), CH3COCH3 (1715), CH3COCl (1806).

Cl的吸電子能力>甲基>H，因此對于C=O的振動頻率而言，酰氯>酮>醛

注：1). 這種誘導(dǎo)效應(yīng)的存在對于判別C=O的歸屬有很重要的意義，后面還會提到。

2). 誘導(dǎo)效應(yīng)存在遞減率：誘導(dǎo)效應(yīng)是一種靜電誘導(dǎo)作用，其作用隨所經(jīng)距離的增大而迅速減弱

共軛效應(yīng)：在共軛體系中由于原子間的相互影響而使體系內(nèi)的π電子 （或p電子）分布發(fā)生變化的一種電子效應(yīng)。共軛效應(yīng)使共軛體系的電子云密度以及鍵長平均化，雙鍵略有伸長，單鍵略有縮短。

主要的共軛體系包括π-π共軛和p-π共軛（σ-π超共軛等其他共軛形式影響相對較小）。

基團(tuán)與吸電子基共軛，振動頻率增加；基團(tuán)與給電子基團(tuán)共軛，振動頻率下降。

注：共軛效應(yīng)沿共軛體系傳遞不受距離的限制，因而可以顯著地影響基團(tuán)的振動頻率。

舉例：CH3COCH3 (1715), CH3-CH=CH-COCH3 (1677), Ph-CO-Ph (1665).

C=O與雙鍵形成π-π共軛，雙鍵為給電子基團(tuán)，因此C=O的振動頻率下降；而當(dāng)C=O與苯環(huán)形成共軛體系時，C=O的振動頻率下降得更多。

氫鍵：形成氫鍵（特別是分子內(nèi)氫鍵）往往使吸收頻率向低波數(shù)移動，吸收強(qiáng)度增加并變寬。

2. 常見基團(tuán)的特征振動頻率

各種基團(tuán)在紅外譜圖的特定區(qū)域會出現(xiàn)對應(yīng)的吸收帶，其位置大致固定。常見基團(tuán)的特征振動頻率可以大致分為四個區(qū)域：

A. 4000-2500 cm-1為X-H的伸縮振動區(qū)（O-H, N-H, C-H，S-H等）

B. 2500-2000 cm-1為三鍵和累積雙鍵伸縮振動區(qū)（C≡C,C≡N,C=C=C, N=C=S等）;

C. 2000-1550 cm-1為雙鍵的伸縮振動區(qū)（主要是C=C和C=O等）；

D. 1550- 600 cm-1主要由彎曲振動，C-C, C-O，C-N單鍵的伸縮振動。

具體而言：

1. O-H (3650 ~  3200 cm-1): 確定醇、酚、酸. 其中，自由的醇和酚振動頻率為3650-3600 cm-1(伯：3640，仲：3630，叔：3620，酚：3610. why? 考慮誘導(dǎo)和共軛效應(yīng)), 存在分子間氫鍵時，振動頻率向低波數(shù)移動，大致范圍為3500-3200 cm-1. 羧酸的吸收頻率在3400 ~ 2500 cm-1（締合）

2. N-H(3500-3100):胺和酰胺.

3. C-H (3300-2700 cm-1): C-H的振動頻率存在明顯的分界線，3000 cm-1以上為不飽和C上的C-H，3000以下為飽和C上的C-H. 醛基C-H較為特殊，在2900-2700 cm-1.

4. 不飽和鍵的伸縮振動吸收：非常有價值的一個區(qū)域

三鍵和累積雙鍵：2500-2000 cm-1.

C=O雙鍵（1850-1630 cm-1）在很多化合物中都有出現(xiàn)，而根據(jù)誘導(dǎo)效應(yīng)，可以明顯看到差異：酸酐>酰氯>酮,酸>醛,酯>酰胺. (思考：如果是羧酸鹽，C=O應(yīng)該在哪呢？)

C=C雙鍵中苯環(huán)由于存在共軛效應(yīng)（1600-1450，一般為多峰），其振動頻率一般比烯烴（1650-1640 cm-1）要低

注：紅外振動吸收峰的強(qiáng)度和鍵的極性相關(guān)，極性越強(qiáng)，強(qiáng)度越大。因此C=O的峰一般比C=C雙鍵要大。

5. C-O伸縮振動（醇，酚，酸，酯，酸酐）：1300-1000 cm-1

這類振動產(chǎn)生的吸收帶常常是該區(qū)中的最強(qiáng)峰。

醇的C—O在1260~1000 cm-1；酚的C—O在1350~1200 cm-1；醚的C—O在1250~1100 cm-1（飽和醚常在1125 cm-1出現(xiàn)；芳香醚多靠近1250 cm-1）。

6. C-H彎曲振動: 

烷基：-CH3(1460, 1380 cm-1),-CH2-(1465 cm-1), -CH-(1340 cm-1)

烯烴：1000-650 cm-1

芳烴：960-690 cm-1（不同取代基位置使得C-H彎曲振動峰位置不一樣）