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1、第二章 红外光谱(、红外光谱的表示方法红外光谱是研究波数在 4000 谱图以波长或波数为横坐标 ， 以透光度为纵坐标而形成 。透光度以下式表示：%100%0示透过光的强度；示入射光的强度。横坐标： 波数 ( )400 4000 示吸收峰的位置 。纵坐标： 透过率（ T %），表示吸收强度。 T ，表明吸收的越好，故 曲线低谷 表示是一个 好的吸收带。)伸缩振动：沿 轴 振 动 ， 只 改 变 键 长 ， 不 改 变 键 角 伸 缩 振 动 ( s)( 2 8 5 3 c ) 称 伸 缩 振 动 ( v a s )( 2 9 2 6 c )(2)弯曲振动：C C C 振 动 ( s ) 面 内
2、摇 摆 振 动 ( )+ + +面 外 摇 摆 振 动 ( ) ( )扭 式 振 动面 内 面 外弯 曲 振 动 只 改 变 键 角 , 不 改 变 键 长值得注意的是 ： 不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩 ( )发生变化的，才能有红外吸收。荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。H C CH 、 R C CR ，其 C C（三键）振动也不能引起红外吸收。 2121 式中： k 化学键的力常数 ， 单位为 折合质量 ， 单位为 k： 与 键长 、 键能 有关：键能 （大），键长 (短 )， k 。化学键键长（ 能（ KJ 常数k（ 数范围（ C 00 1200C C 620 1680C C
3、 100 2600键 型 O H N H C H C H C H C N C C C O C C C O C ： 两振动原子只要有一个的质量 ， ， (v)， 红外吸收 信号 将出现 在高波数区。一些常见化学键的力常数如下表所示：C H N H 0 0 - 3 0 0 0 c m - 1 3 0 0 0 - 3 6 0 0 c m - 1分子振动频率习惯以 (波数 )表示：由此可见： (v） k， (v)与 成反比。吸收峰的峰位：化学键的力常数 原子的 折合质量越小， 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 )vv 结论 ：产生红外光谱的必要条
4、件是：1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱。2. 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱。三、有机化合物基团的特征频率总结大量红外光谱资料后，发现 具有同一类型化学键或官能团的不同化合物，其红外吸收频率总是出现在一定 的波数范围内， 我们把这种 能代表某基团，并有较高强度的吸收峰，称为该基团的特征吸收峰 (又称官能团吸收峰 )。影响峰位置变化的因素分子内基团的红外吸收会受到邻近基团及整个分子其他部分的影响 ,也会因测定条件及样品的物理状态而改变 1. 成键轨道类型例如 : 1 7 1 5 c m - 1 l 1 7 8 0
5、 c m - 12. 诱导效应 : 由于邻近原子或基团的诱导效应的影响使基团中电荷分布发生变化 ,从而改变了键的力常数 ,使振动频率发生变化 C C H C C H C C 5 0 - 3 0 0 0 3 1 0 0 - 3 0 0 0 3 3 0 03. 共轭效应由于邻近原子或基团的 共轭效应使原来基团中双键性质减弱 ,从而使力常数减小 ,使吸收频率降低 1 6 6 5 - 1 6 8 5 C 1 7 1 5 c m - 14. 键张力的影响主要是环状化合物环的大小不同影响键的力常数 ,使环内或环上基团的振动频率发生变化 例如 :*环丙烷的 030 开链烷烃的 000 . 氢键的影响形成氢键
6、后基团的伸缩频率都会下降。例如：乙醇的自由羟基的伸缩振动频率是 3640 其缔合物的振动频率是3350 成氢键还使伸缩振动谱带变宽。6. 振动的耦合若分子内的两个基团位置很近，振动频率也相近，就可能发生振动耦合，使谱带分成两个，在原谱带高频和低频一侧各出现一个谱带。例如乙酸酐的两个羰基间隔一个氧原子，它们发生耦合。羰基的频率分裂为 1818和 1750 (预期如果没有耦合其羰基振动将出现在约 1760 弯曲振动也能发生耦合。7. 物态变化的影响通常同种物质气态的特征频率较高，液态和固态较低。例如丙酮 (气 ) 1738 (液 ) 1715 剂也会影响吸收频率。红外光谱的八个峰区4000 该 区
7、域出现的吸收峰，较为稀疏， 容易辨认 这一区域主要是：C C、 C N、 C O 等单键和各种弯曲振动的吸收峰，其特点是谱带密集、难以辨认。重要官能团的红外特征吸收振动吸收峰化合物伸缩） 960 1460 1380 异丙基，两个等强度的峰三特丁基，两个不等强度的峰振动吸收峰化合物伸缩）C=C， CC， C=苯环 (拉伸或伸缩 ) 000 1645（中） 1653（中）顺 650（中）反 675（弱）3000 （中）3100680（中 取代 1670（弱 取代 无共轭烯烃 与烯烃同 向低波数位移，变宽 与烯烃同91095伸缩） C=C， CC， C=苯环14026000600中 670弱倍频 2
8、000 770 810 833000称 无强同芳烃 同芳烃1580弱1500强 1450弱 70710 拉 伸 说 明 中700 中610 中游离 3650400、醚200特征胺 500离）缔合降低 1003500离）缔合降低 100键和官能团类别 拉 伸 (说 明1770合时在 1710）醛、酮 C=550，液固缔合时在3000峰）C=C=酯18001860 18003380（游离）缔合降低 100CN 2260外谱图解析红外谱图解析的 基本步骤 ：鉴定已知化合物 ：判断官能团，以确定所属化合物的类型。进一步确定基团的结合方式。证。测定未知化合物 ：解试样的 来源、纯度、熔点、沸点 等；经元素分析 确定实验式 ；有条件时可有 确定分子式；根据分子式 计算不饱和度， 其经验公式为： = 1 + 1 / 2（ 中： 代表不饱和度； 价和四价原子的数目。双键和饱和环状结构 的 为 1、 三键 为 2、 苯环 为 4。图解析示例：. 2853 2962H 伸缩振动；2. 14601380H（ 内弯曲振动3. 723H(n, n 4 平面摇摆振动；若 n 4 吸收峰将出现在 734 7433030C2. CH 伸缩振动；3. 1625 4. CH（ 面内弯曲振动；二者的明显差异：式 1650反式 较弱或无吸收2. C 式 700反式 965
