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红外是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定，这是其它仪器分析方法难以做到的。由于每种化合物均有红外吸收，尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息，因此红外光谱是有机化合物结构解析的重要手段之一。
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红外是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定，这是其它仪器分析方法难以做到的。由于每种化合物均有红外吸收，尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息，因此红外光谱是有机化合物结构解析的重要手段之一。红外是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定，这是其它仪器分析方法难以做到的。由于每种化合物均有红外吸收，尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息，因此红外光谱是有机化合物结构解析的重要手段之一。 红外光波通常分为三个区域，即近红外区、中红外区和远红外区。近红外区主要用于研究O-H、N-H和C-H键的倍频吸收或组频吸收，此区域的吸收峰的强度一般比较弱；中红外区主要研究分子的振动能级的跃迁，绝大多数有机化合物和无机化合物的基频吸收都落在这一区域；远红外区主要用于研究分子的纯转动能级的跃迁及晶体的晶格振动。红外光谱所涉及的区域主要为中红外区。 第一讲 红外光谱
中红外区的频率常用波数表示，波数的单位是cm-1，标准红外谱图标有频率和波长两种刻度。波长和波数的关系是：中红外区的频率常用波数表示，波数的单位是cm-1，标准红外谱图标有频率和波长两种刻度。波长和波数的关系是： 红外光谱图用波长（或波数）为横坐标，以表示吸收带的位置，用透射百分率（T%）为纵坐标表示吸收强度。如下图所示 一、外光谱图的表示方法
（1）伸缩振动： 分为对称和不对称伸缩振动。对称伸缩振动用us表示，在振动中各键同时伸长或缩短；不对称伸缩振动用uas表示，在振动中某些键伸长的同时，另一些键在缩短。由于不对称伸缩振动对分子偶极的改变比对称伸缩振动大，前者较后者吸收强度高，且吸收带出现在高频率范围。伸缩振动均不改变键角的大小。 1、振动类型 亚甲基的伸缩振动
（2）弯曲振动（或变形振动）：以δ表示，可分为面内和面外弯曲振动（变形振动）。 面内弯曲振动又分为两种，一种为 剪式振动，以σ或δ表示，在这种弯曲振动中基团的键角交替地发生变化；另一种是面内摇摆振动，以ρ表示，在这种弯曲振动中，基团的键角不发生变化，基团只是作为一个整体在分子的对称平面内左右摇摆。 亚甲基的弯曲振动
2 红外光谱与分子结构的关系 红外光谱中，在4000~1300 cm-1范围内，每一红外吸收峰都和一定的官能团相对应，这个区域称为官能团区。1300~650 cm-1区域中虽然一些吸收也对应于一定的官能团，但大量的吸收峰并不与特定官能团相对应，仅显示化合物的红外特征，犹如人的指纹，称为指纹区。结构上的细微变化都会引起指纹区吸收的变化，不同化合物的指纹吸收是不同的，因此指纹区吸收的峰形和峰强度对判断化合物的结构有重要作用。不过应注意不同的制样条件可导致指纹区吸收的变化，同系物的指纹吸收也可能相似。
（1）4000~ 2500cm-1这是X—H单键的伸缩振动区，其中X为C，N，O，S等。O—H伸缩振动：羟基的伸缩振动位于3650~3200 cm-1范围。醇和酚在游离状态时， νOH在3650~3590 cm-1有中等强度的吸收。由于游离羟基仅存在与气态或低浓度的非极性溶液中，通常状态下，羟基化合物是以氢键相连的缔合体，吸收峰明显向低频率位移且峰强度增大，变宽。如果样品中含有微量水分时，在3300cm-1处也有吸收谱带，对醇和酚的判断产生干扰。羧酸的羟基伸缩振动通常在3300 ~ 2500 cm-1，峰形变宽。 N—H伸缩振动：N—H伸缩振动吸收约出现在3500~3150 cm-1处，强度弱或中等，缔合后吸收位置降低约100 cm-1。伯胺由于NH2有对称和非对称两种伸缩振动，具有两个吸收峰 ，并且吸收比羟基弱，与羟基形成明显区别。仲胺吸收峰比羟基尖锐，叔胺因N上无氢，此区域无吸收。
C—H伸缩振动：C—H伸缩振动吸收出现在3300~2700 cm-1范围，不饱和烃的C—H伸缩振动吸收位于3000 cm-1以上，饱和碳（除三元环外）C—H伸缩振动吸收低于3000 cm-1，不饱和烃的C—H伸缩振动吸收的强度较低，往往在大于3000 cm-1处，以饱和C—H吸收峰的小肩峰形式存在。炔烃的C—H伸缩振动约为3300 cm-1，吸收峰强度比缔合羟基弱，比胺基强，峰形尖锐。烯烃和芳烃的C—H伸缩振动位于3100~3000 cm-1.饱和烃的C-H伸缩振动一般可见四个峰，两个为CH3~2960cm-1(υas)，~2870（υs），两个为CH2，~2925cm-1(υas)，~2850（υs），由峰强度可大致判断CH2和CH3的比例。醛基中的νC-H位于2850~2720 cm-1处，由νC-H和δC-H的费米共振所得。 此外，无机物在3000 cm-1附近无吸收，由此可区分有机物和无机物。
（2） 2500 ~ 2000 cm-1 此处为叁键和累积双键伸缩振动区，但应注意扣除空气中CO2的干扰（~2360 cm-1, 2335 cm-1），此外X- H（X=B,P,Se,Si）键的伸缩振动也出现在这个区域。 （3）2000~1500 cm-1 此处为双键伸缩振动区，其中羰基的吸收最为重要，大部分羰基吸收集中于1900~1650 cm-1，往往为谱图的最强峰或次强峰。双键的υC=C为1670 cm-1~1600 cm-1，强度中等，此处还有苯环的骨架振动，另外C=N，N=O的伸缩振动也出现在此区域。
（4）1500~600 cm-1 此区域主要提供C—H弯曲振动的信息。甲基的δas为1460 cm-1，δs为1380 cm-1，其中1380 cm-1吸收对判断偕二甲基和偕三甲基有重要作用，如果该吸收峰发生分裂，说明有偕二甲基和偕三甲基存在。当与O，N相连时，1380cm-1吸收峰明显向高波数位移。烯烃的面外弯曲振动位于1000~670cm-1，强度中到弱，可用于判断烯烃的取代情况。 苯环的C—H弯曲振动因取代不同而在900~650 cm-1有所不同，可用于判断苯环的取代位置，但当苯环上有强极性基团如-NO2，-COOH取代时，不能用这一区域的吸收判断取代情况。
1、诱导效应 吸电子基使吸收峰向高频区域移动，供电子基使吸收峰向低频区域移动。当不同电性的基团连接到某个化学键上后，将使该键的极性改变，因此振动波数也发生相应的变动。烷基为推电子基团，卤素为吸电子基团，当酮羰基的一侧烷基被卤素取代后，卤素的吸电子作用使电荷从氧原子向双键移动，使羰基的双键性增加，吸收频率上升，卤素的电负性越大，波数的移动幅度越大。诱导效应是沿化学键直接作用的，与分子的空间结构无关。 三、影响特征吸收频率（基团吸收位置）的因素 1715 1869 1800 1828 1928
当双键之间以一个单键相连时，双键π电子发生共轭而离域，降低了双键的力常数，从而使双键的伸缩振动频率降低，但吸收强度提高。 例如下列化合物的羰基伸缩振动吸收随着共轭链的延长频率降低。 （2）共轭效应
1）首先在谱图中寻找羰基C＝O伸缩振动吸收，由于这个吸收通常为谱图中的最强吸收，位于1820-1660 cm-1，宽度中等。如果找到这个吸收，则寻找其他相关吸收，进入第二步，如果没有这个吸收则进入第三步。 2）如果存在羰基，则必须确定这是酸、酯或是醛酮。 如果是酸，则在3300~2500存在羟基O－H的强、宽缔合伸缩振动吸收，并且在1100～1700有C－O伸缩振动吸收，羰基的吸收位于1725～1700。 如果是酸酐，则无羟基特征吸收，并且羰基吸收耦合裂分为两个峰，位于1820～1750。如果为线性酸酐，则高波数峰稍强，环状酸酐则低波数稍强。 3、分析红外光谱的基本原则
如果是酯，则无羟基O－H吸收，并且C－O吸收为1300～1000的中等强度的吸收。如果是酯，则无羟基O－H吸收，并且C－O吸收为1300～1000的中等强度的吸收。 如果是醛，则能找到醛的特征吸收，即CHO上的C－H伸缩振动，是位于2850和2750的中等强度吸收，并且羰基吸收位于1740－1720。 如果是酮，则无醛的特征C－H吸收，并且羰基吸收位于1725－1705。 3）如果谱图中没有羰基吸收，则首先寻找羟基O－H吸收带。如果是醇，则羟基吸收位于3600～3300，并且C－O吸收位于1300－1000附近。 4）如果谱图中既无羰基又无羟基吸收，则寻找有无双键吸收，是烯烃还是芳香烃。烯烃则1650附近有双键的弱吸收带，并且3000左右有C－H伸缩振动吸收。
一、核磁共振基本原理 1、核磁共振基本原理 （1） 核磁共振的产生 在静磁场中，具有磁矩的原子核存在着不同能级。此时，如运用某一特定频率的电磁波来照射样品，并使该电磁波能量恰等于原子核的能级差（ΔE），原子核即可进行能级之间的跃迁，这就是核磁共振。当然，跃迁时必须满足选律，即。当发生核磁共振现象时，原子核在能级跃迁的过程中吸收了电磁波的能量，由此可检测到相应的信号。 第二讲 核磁共振波谱
2、化学位移 氢质子（1H）用扫场的方法产生的核磁共振，理论上都在同一磁场强度（Ho）下吸收，只产生一个吸收信号。实际上，分子中各种不同环境下的氢，再不同Ho下发生核磁共振，给出不同的吸收信号。例如，对乙醚进行扫场则出现二种吸收信号，在谱图上就是二组吸收峰。如图： 乙醚的氢核磁共振谱
分子中的磁核不是裸核，核外包围着电子云，在磁场的作用下，核外电子会在垂直于外磁场的平面上绕核旋转，形成微电流，同时产生对抗于主磁场的感应磁场。感应磁场的方向与外磁场相反，强度与磁场强度BO成正比。感应磁场在一定程度上减弱了外磁场对磁核的作用。这种感应磁场对外磁场的屏蔽作用称为电子屏蔽效应，通常用屏蔽常数σ来衡量屏蔽作用的强弱。磁核实际感受的磁场强度称为有效磁场强度Beff，可用下式表示： Beff = BO - BO﹒σ = BO（1-σ） 同理（3-7）式可改写为： v=γBO（1-σ）/ 2π （3）屏蔽效应——化学位移产生的原因 电子对核的屏蔽作用
为了使在不同频率的核磁共振仪上测得的化学位移值相同（不依赖于测定时的条件），通常用δ来表示，δ的定义为：为了使在不同频率的核磁共振仪上测得的化学位移值相同（不依赖于测定时的条件），通常用δ来表示，δ的定义为： 4、化学位移值 标准化合物TMS的δ值为0。在TMS左边的吸收峰δ值为正值，在TMS右边的吸收峰，δ值为负值。n样和nTMS分别为样品和标准物TMS中质子的共振频率，B样和BTMS分别为样品和标准物TMS中质子的共振磁场强度。
（1）诱导效应 1°δ值随着邻近原子或原子团的电负性的增加而增加。 2° δ值随着H原子与电负性基团距离的增大而减小。如： CH3——CH2——CH2—Clδ值1.061.813.47 3° 烷烃中H的δ值按伯、仲、叔次序依次增加。如： CH3—HRCH2—HR2CH—HR3C—Hδ值0.21.1±0.11.3±0.11.5±0.1 5、 影响化学位移的因素
（2）共轭效应 当拉电子或推电子基团与乙烯分子上的碳-碳双键共轭时，烯碳上的质子的电子云密度会改变，其吸收峰也会发生位移，以下是乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯与乙烯的比较：
烯烃、醛、芳环中，π电子在外加磁场作用下产生环流，使氢原子周围产生感应磁场，如果感应磁场的方向与外加磁场相同，即增加了外加磁场，所以在外加磁场还没有达到Ho时，就发生能级的跃迁，称为去屏蔽效应，该区域称为去屏蔽区，用‘-’号表示；而当感应磁场的方向与外加磁场方向相反时，即减小了外加磁场，称屏蔽效应，该区域称为屏蔽区，用‘+’号表示。 （3）电子环流效应 叁键的磁场的各向异性 芳环的磁场的各向异性
在核磁共振谱图中，每一组吸收峰都代表一种氢，每种共振峰所包含的面积是不同的，其面积之比恰好是各种氢原子数之比。如乙基苯的核磁共振氢谱如下，图中共有三组核磁共振峰面积比为：5：2：3，即乙基苯中三种氢的数目比。因此核磁共振谱不仅提供了各种不同H的化学位移，并且表示了各种不同氢的数目。 三、峰面积与氢原子数目 乙基苯的核磁共振氢谱
1、峰的裂分 质子的共振频率与其结构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移和裂分，这种使吸收峰分裂增多的现象称为峰的裂分。如下图中碘代乙烷的氢原子a裂分为三重峰，而b裂分为四重峰。由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的信息，进一步确定化合物结构。 四、峰的裂分和自旋偶合 碘代乙烷的核磁共振氢谱
核磁共振峰的裂分是因为相邻两个碳上质子之间的自旋偶合（自旋干扰）而产生的。我们把这种由于邻近不等性质子自旋的相互作用（干扰）而分裂成几重峰的现象称为自旋偶合。自旋偶合作用不影响磁核的化学位移，但对共振峰的形状会产生重大影响，使谱图变得复杂，但又为结构分析提供更多的信息。核磁共振峰的裂分是因为相邻两个碳上质子之间的自旋偶合（自旋干扰）而产生的。我们把这种由于邻近不等性质子自旋的相互作用（干扰）而分裂成几重峰的现象称为自旋偶合。自旋偶合作用不影响磁核的化学位移，但对共振峰的形状会产生重大影响，使谱图变得复杂，但又为结构分析提供更多的信息。 （1)自旋偶合的产生（以碘乙烷为例） 根据Pauli原理和Hund规则，每个成键轨道最多只能容纳2个电子且自旋方向相反；同一成键原子的电子自旋方向平行； 电子自旋方向与核自旋方向相同，核自旋能级升高，电子自旋方向与核自旋方向相反，核自旋能级降低。 2、自旋偶合
对于自旋量子数I=1/2的核来说，在磁场中有两种取向：m = +1/2和m = -1/2。在碘乙烷中，a、b氢原子核是相邻近的，有互相偶合作用，当b氢取m = +1/2顺磁场排列（↑）时，其产生的局部磁场会使a质子感受到稍微增强的磁场强度，故会在较低的外磁场中发生共振，相反，当b组二个氢原子核取m=-1/2反磁场排列（↓）时，会使a氢原子核感受到稍微减弱的磁场强度，而在较高的外磁场中发生共振，由于b种氢共有2个，其排列方式有4中，其中有两种方式对a氢原子核的影响是相同的，故b氢原子核的偶合会使a氢原子核裂分成三重峰，其强度比为1:2:1。同样道理，a组三个氢原子核在磁场中有8种不同的取向组合，如下图所示，这8种取向组合出现的几率为1:3：3：1。因此，a组氢原子核在外磁场中产生四种不问的局部磁场使b氢原子核裂分成四重峰。
（2) n+1规律 磁等性氢原子核之间不发生偶合。两个磁不等性氢原子核相隔三个σ键以上时，则不发生偶合。 同碳上的磁不等性氢原子核可偶合裂分。
1、核磁共振氢谱可提供的信息： (1)由吸收峰数可知分子中氢原子的种类。 (2)由化学位移可了解各类氢的化学环境。 (3)由裂分峰数目大致可知各种氢的数目。 (4)由各种峰的面积比即知各种氢的数目。 五、核磁共振谱的解析 2、谱图解析 核磁共振氢谱的解析通常有如下几个步骤： 首先，要了解化合物的来源，对化合物有初步的了解，如化合物的颜色，晶形，熔点，溶解性等信息，又助于对化合物进行分类。其次，通过元素分析或质谱分析得到化合物的分子式，并计算不饱和度，不饱和度的计算如下式：
其中n为分子中4价原子的数目，如C，Si；a为 分子中3价原子的数目，如P，N；b为分子中1价原子的数目，如H，F，Cl，Br，I。氧和硫的存在对不饱和度没有影响。 其次，从积分曲线，算出各组信号的相对面积，再参考分子式中氢原子数目，来决定各组峰代表的质子数目。也可用可靠的甲基信号或孤立的次甲基信号为标准计算各组峰代的质子数。从各组峰的化学位移，偶合常数及峰形，根据它们与化学结构的关系，推出可能的结构单元。识别谱图中的一级裂分谱，读出J值，验证J值是否合理。结合元素分析、红外光谱、紫外光谱、质谱、13C核磁共振谱和化学分析的数据推导化合物的结构。
例1某分子式为C4H8O2的化合物，其HNMR如下： 试解析其分子结构。
解： 该分子的不饱和度为1，表明分子结构中有一个双键或一个环。谱图中共有三组核磁共振吸收，其中δ为1.9ppm处的3个氢核为单峰，表明其不与其他氢核相连，为一个孤立的甲基，而δ为4.1ppm处的两个氢核为四重峰，δ为1.2ppm处的氢核裂分为3重峰，表明分子结构中有一个-CH2CH3单元，其中CH2单元，由于氢的化学位移在4.1ppm,表明它与强吸电子基团直接相连，分子中有两个氧原子，结合以上数据，解析得其结构为：
例2化合物C9H11O在UV中260nm、285nm有吸收；IR谱中于1720cm-1有吸收；NMR谱在δ7.2处（5H）单峰，δ3.6处（2H）单峰，δ2.1处（3H）单峰。试由上述光谱资料推测化合物的结构。例2化合物C9H11O在UV中260nm、285nm有吸收；IR谱中于1720cm-1有吸收；NMR谱在δ7.2处（5H）单峰，δ3.6处（2H）单峰，δ2.1处（3H）单峰。试由上述光谱资料推测化合物的结构。
