《红外光谱》PPT课件

《《红外光谱》PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《红外光谱》PPT课件（103页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2020/9/6,1,第十章 红外光谱,一、概述 Introduction 二、红外光谱基本原理 Principles of Infrared Spectroscopy 三、特征基团与吸收频率 Functional Group and Absorption Frequency 四、红外光谱的解析应用 Analysis of Infrared Spectroscopy,Infrared Spectroscopy （IR）,2020/9/6,2,一、概述,红外吸收光谱（IR）是一种分子振动-转动光谱（吸收光谱），是由分子的振动-转动能级间的跃迁而产生的。,峰位 峰强 峰形,IR,判断可能存在的官能

2、团 推断未知物结构,对于某一特定的官能团和相关的化学键，不管分子中其他部分的结构如何，它总是在相同或几乎相同的波数处产生特征的吸收谱带，除光学异构体及长链烷烃同系物外，几乎没有两种化合物具有相同的IR谱图。,特征性强 应用范围广 分析速度快 样品量少,2020/9/6,3,波长（m） 波数（cm-1） 近红外区： 0.78 2.5 12820 4000 中红外区： 2.5 25 4000 400 远红外区： 25 300 400 33,绝大多数有机化合物红外吸收波数范围：4000 400 cm-1,用波长2.525 m，频率4000400 cm-1的光照射样品，引起分子内振动和转动能级跃迁所产

3、生的吸收光谱。,红外光谱的产生：,红外区域的划分：,2020/9/6,4,横坐标：波长（ m ）或波数（cm-1） (cm-1) = 104 / ( m) 纵坐标：吸光度（A）或透光率（T） 多以百分透光率T%来表示,2020/9/6,5,T = I / I0 （遵守Lambert-Beer定律） A = lg (1 / T) IR中，“谷”越深（T越小），吸光度越大，吸收强度越强。,2020/9/6,6,二、红外光谱基本原理,满足两个条件： (1)辐射能满足物质产生振动能级跃迁所需的能量； (2)伴随净的偶极矩的变化。,对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl

4、2等。 非对称分子：有偶极矩，红外活性。,2020/9/6,7,分子振动方程,双原子分子的简谐振动及其频率 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧,Hooke定律,振动频率,（折合质量 ）,K化学键的力常数（毫达因/埃）,与键能和键长有关,2020/9/6,8,表 某些键的伸缩力常数K（毫达因/埃）,键类型 CC C =C C-C 力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 峰位 2060 cm-1 1690 cm-1 1190 cm-1,化学键键强越强（即键的力常数K越大），原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。,2020/9/6,9,伸缩振动 化学键两端的原

5、子沿键轴方向作来回周期运动 对称伸缩振动s、非对称伸缩振动as 键长有变化，键角无变化。 弯曲振动（变形振动） 使化学键的键角发生周期性变化的振动 面内弯曲振动（剪式振动、面内摇摆） 面外弯曲振动（面外摇摆、扭曲振动）,分子中基团的基本振动形式,2020/9/6,10,1. 由于 ， 故红外振动波数：,2. 与C原子成键的其他原子随着原子质量的增加，m增加，相应的红外振动波数减小：,3. 与H原子相连的化学键的红外振动波数，由于m小，均出现在高波数区，如：,2020/9/6,11,面外摇摆,面内摇摆,对称伸缩振动s,非对称伸缩振动as,扭曲振动,剪式振动,2020/9/6,12,非线性分子：3

6、N-6 （平动3、转动3） 线性分子：3N-5 （平动3、转动2）,分子振动自由度,分子总的自由度3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度,原子在三维空间的位置可用x，y，z表示，即3个自由度。,含N个原子的分子，分子自由度的总数为3N个。,研究多原子分子时，常把复杂振动分解为许多简单的基本振动，这些基本振动数目称为分子的振动自由度，简称分子自由度。,2020/9/6,13,（1）峰位 化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。 （2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极距变化时，无红外吸收。 （3）瞬间偶

7、基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强。 （4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强吸收峰，基频峰。 （5）由基态跃迁到第二激发态或更高激发态，产生的弱的吸收峰，倍频峰。,峰位、峰数与峰强,2020/9/6,14,电负性不同的取代基，通过静电诱导效应，引起分子中电子分布的变化，改变了键的力常数，使基团频率发生位移。,1. 诱导效应（I效应）,影响吸收谱带位置的主要因素（内部因素）,I效应,推电子诱导效应（+I效应）,吸电子诱导效应（-I效应）,+I效应：如C=O：随着取代基供电子性增大，+I效应增加，使羰基双键性降低， C=O向低波数移动。,HCOOH CH3CO

8、OH CH3(CH3)16COOH,C=O 1739 cm-1 1722 cm-1 1703 cm-1,红移,2020/9/6,15,-I效应,如C=O：随着取代基电负性增大，-I效应增加，使羰基双键性增加（化学键力常数增加）， C=O向高波数移动。,C=O 1715 cm-1 1800 cm-1 1828 cm-1 1928 cm-1,C=O 1715 cm-1 1735 cm-1 1800 cm-1 1870 cm-1,取代基电负性电子分布改变k 蓝移,2020/9/6,16,2. 共轭效应（C效应）,共轭体系中的电子云密度平均化，使双键略有伸长（键强降低，电子云密度降低），单键略有缩短。

9、因此，双键的吸收频率向低波数方向位移。,苯环上：推电子共轭（+C），降低； 吸电子共轭（-C）， 升高。,分子中形成大键,红移,2020/9/6,17,若诱导效应（-I）与共轭效应（+C）同时存在，按照影响大的效应来考虑。,1735 cm-1 (-I +C),1690 cm-1 (-I +C),1750 cm-1 (-I +C),1710 cm-1 (-I +C),1、N上孤对电子与羰基形成p-共轭，使吸收频率向低波数方向移动（红移）。 2、电负性：NC，吸电子诱导（-I）使C=O蓝移（移向高波数）。,(+C -I),C=O红移到1689cm-1左右,2020/9/6,18,3. 空间效应,主

10、要指分子内空间的相互作用，如场效应、空间位阻、环张力、氢键效应等。,(1) 场效应 是由分子空间挨的很近所致，它是沿着分子空间，而不是沿着化学键产生的。通过空间作用使电子云密度发生变化。,1755 cm1,1742 cm1,1728 cm1,2020/9/6,19,(2) 空间位阻 使共轭受限制，基团频率向高频移动。,1680 cm1,1700 cm1,1663 cm1,1715 cm1,2020/9/6,20,(3) 环张力 当环变小，环的张力增大时，环内双键的伸缩振动向低频移动，而环外双键的伸缩振动向高频移动。,1611 cm1,1646 cm1,1567 cm1,1541 cm1,301

11、7 cm1,3045 cm1,3060 cm1,3076 cm1,1651 cm1,1657 cm1,1678 cm1,1781 cm1,2020/9/6,21,(4) 氢键效应 通常情况下，无论是形成分子内还是分子间氢键，都会使吸收峰向低波数移动，峰变宽。如羟基的吸收:当形成分子内或分子间氢键时，羟基的吸收峰移向低波数，且峰形变宽，强度大。,(5) 互变异构 分子发生互变异构，吸收峰将发生位移， 如：乙酰乙酸乙酯的酮式和烯醇式的互变异构，酮式C=O分别出现在1738cm-1和1717cm-1，烯醇式C=O：1650cm-1，OH：3000cm-1。,2020/9/6,22,极性基团的伸缩振动

12、频率常随溶剂极性的增加而降低。,1. 溶剂效应,影响吸收谱带位置的主要因素（外部因素）,2. 制样方法,同一样品用不同的制样方法测试，光谱可能不同。 （化合物的红外谱图应注明其测试方法）,3. 仪器的色散元件,棱镜与光栅的分辨率不同，区别很大。,2020/9/6,23,三、特征基团与吸收频率,几个常用术语,特征峰：用于鉴定官能团的存在并具有较高强度的吸收峰。如:,相关峰：一个基团除了有特征峰外，还有一些其他振动形式的吸收峰，这些相互依存而又相互可以左证的吸收峰称为相关峰。 特征区：4000-1300 cm-1 指纹区：1300-400 cm-1,吸收峰的强度： vs (very strong)

13、，s (strong)，m (medium)， w (weak)，vw (very weak),2020/9/6,24,(1) 4000-2500 cm-1 区域 氢键伸缩振动区：O-H、N-H、C-H 和 S-H 等。 (2) 2500-1600 cm-1 区域 叁键和双键伸缩振动区：CC、CN、 C=C、C=O等。 (3) 1600-1450 cm-1 区域 苯环骨架振动 (4) 1600-1300 cm-1 区域 面内弯曲振动区：-CH3、-CH2、-CH、-OH等。,基团频率和红外光谱的分区,红外光谱可大致分为两个区域：特征区（官能团区）（40001300 cm-1）和指纹区（1300

14、400 cm-1）。,判断和识别烷基,2020/9/6,25,有机化合物各种官能团的特征吸收,C-H 伸缩振动（CH）和弯曲振动（CH）吸收峰。,烷烃的红外吸收光谱,2020/9/6,26,C-H 的对称面内弯曲振动，由于引入支链，会发生裂分：,1:1,1385 cm-1,1365 cm-1,1390 cm-1,1365 cm-1,1:2,振动偶合效应,2020/9/6,27,正己烷的红外光谱图（液膜法）,2959,2928,2875,2862,1466,1379,726,C-H,2020/9/6,28,正戊烷的红外光谱图（液膜法）,思考题,2961,2928,2875,1462,1380,7

15、32,C-H,2020/9/6,29,2,4-二甲基戊烷的红外光谱图（液膜法）,1386,1368,1468,2958,2937,2871,2840,2020/9/6,30,异戊烷的红外光谱图（液膜法）,思考题,1380,1368,1464,2964,2933,2878,2020/9/6,31,C=C、C=C-H伸缩振动（=CH、 C=C）和C=C-H面外弯曲振动（ =CH）吸收峰,(1) =CH 3100 3010 cm-1，强度较弱，易与饱和烷烃的C-H分开。,烯烃的红外吸收光谱,2020/9/6,32,(2) C=C 1690 1620 cm-1，强度较弱。 (3) =CH 1000 6

16、90 cm-1，判断双键的取代类型。,2020/9/6,33,顺式-2-戊烯的红外光谱图（液膜法）,1669,698,3016,(顺),2020/9/6,34,反式-2-戊烯的红外光谱图（液膜法）,1674,966,3025,(反),2020/9/6,35,1-戊烯的红外光谱图,思考题,2020/9/6,36,反式甲基丙基乙烯的红外光谱图,思考题,2020/9/6,37,RCCH：CC 在21402100 cm-1之间。 RCCR：CC 在22602190 cm-1（w）之间。,2020/9/6,38,1-戊炔的红外光谱图（液膜法）,3307,2120,2020/9/6,39,1-己炔的红外光谱图,思考题,2020/9/6,40,芳烃主要包括苯环上的 C-H 及环骨架的