《姚新生有机波谱解析 第二章 红外光谱》由会员分享，可在线阅读，更多相关《姚新生有机波谱解析 第二章 红外光谱（184页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章红外吸收光谱基本内容 分子振动能级与红外光谱的关系：双原子 分子振动和多原子分子振动，影响红外的 主要因素； 2.红外光谱的重要区段：特征谱带区，指纹 区，相关峰，红外光谱中八个重要区段； 3.红外光谱在有机化合物结构分析中的应用1、红外光谱的定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极 矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光谱。主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。第二章第二章 红外光谱分析红外光谱
2、分析(IR)(IR)2-1 2-1 基础知识基础知识红外光谱的表示方法：红外光谱以T或T 来表示，下图为苯酚的 红外光谱。T(%)图图10-1 10-1 苯酚的红外光谱苯酚的红外光谱第二章第二章 红外光谱分析红外光谱分析(IR)(IR)2-1 2-1 基础知识基础知识返回红外光谱 (0.751000m)远红外(转动区) (25-1000 m)中红外(振动区) (2.525 m) 4000400cm-1近红外(泛频） (0.752.5 m)倍频分子振动转动分子转动分区及波长范围 跃迁类型（常用区）3、红外光区的划分第二章第二章 红外光谱分析红外光谱分析(IR)(IR)2-1 2-1 基础知识基础
3、知识返回4、红外光谱的参数 红外谱是样品对红外光的吸收随光的波数变化的 曲线。红外谱最主要的参数是各吸收峰的位置，用cm-1表示。第二章第二章 红外光谱分析红外光谱分析(IR)(IR)2-1 2-1 基础知识基础知识返回二、分子振动能级基频跃迁与 峰位 分子的振动能级大于转动能级，在分子发 生振动能级跃迁时，不可避免地有转动能 级跃迁，先讨论双原子分子的振动光谱。 分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性）作周期性“简谐简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述：振动，其振动可用经典刚性振动描述：k k为化学键的
4、力常数（为化学键的力常数（N/cm = N/cm = mdynmdyn/ / ），）， 为双原子折合质量为双原子折合质量如将原子的实际折合质量（通过如将原子的实际折合质量（通过AvogaroAvogaro常数计算）代入，则有：常数计算）代入，则有：（1 1）、双原子分子振动：）、双原子分子振动：第二章第二章 红外光谱分析红外光谱分析(IR)(IR)图6-2谐振子振动示意图a)、 影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数学键力常数k k 和双原子折合质量和双原子折合质量 。k k大，化学键的振大，化学键的振动波数高，如动波数高，如k kC C
5、 C C(2222cm(2222cm-1-1)k kC C=C=C(1667cm(1667cm-1-1)k)kC-CC-C(1429cm(1429cm-1-1) )（质量质量相近）相近）质量质量 大，化学键的振动波数低，如大，化学键的振动波数低，如 C-CC-C(1430cm(1430cm-1-1) 五元环五元环 六元环。随环张力增加，红外峰向高波数移动。六元环。随环张力增加，红外峰向高波数移动。第二章第二章 红外光谱分析红外光谱分析(IR)(IR)返回3 3、氢键效应（、氢键效应（X-HX-H）：）： 氢键效应分为分子内氢键与分子间氢键，氢键效应分为分子内氢键与分子间氢键，氢键的形成使伸缩振
6、动频率降低氢键的形成使伸缩振动频率降低 第二章第二章 红外光谱分析红外光谱分析(IR)(IR)返回分子内氢键 分子内氢键是缔和作 用的一种形式，对吸 收峰位置产生明显影 响，但其作用不受浓 度的影响，有助于结 构分析 如2-羟基-4-甲氧基苯 乙酮 由于分子内氢键的存在，羰基和羟基的伸缩振 动的基频峰大幅度地向低频方向移动。分子中 OH 为2835 cm-1（通常酚羟基OH 为37053200 cm-1）， C=O 为1623 cm-1（通常苯乙酮 C=O为17001670cm-1）。分子间氢键 分子间氢键受浓度的影响较大，随浓度的 稀释，吸收峰位置改变。可借观测稀释过 程的峰位是否变化，来判
7、断是分子间氢键 还是分子内氢键。 如，乙醇在极稀溶液中呈游离状态，随浓 度增加而形成二聚体、多聚体，它们的 OH分别为3640 cm-1、3515 cm-1及 3350 cm-1。4.互变异构 分子发生互变异构时，吸收峰也发生位移当两个振动频率相同或相近的基团相邻并由同一当两个振动频率相同或相近的基团相邻并由同一原子相连时，两个振动相互作用（微扰）产生共振，原子相连时，两个振动相互作用（微扰）产生共振，谱带一分为二（高频和低频）。如羧酸酐分裂为谱带一分为二（高频和低频）。如羧酸酐分裂为 C=OC=O （ asas18201820、 s s1760cm1760cm-1-1）5 5、振动耦合（、振
8、动耦合（CouplingCoupling）：）：第二章第二章 红外光谱分析红外光谱分析(IR)(IR)返回当一振动的倍频与另一振动的基频接近（当一振动的倍频与另一振动的基频接近（2 2 A A= = B B）时，二者相互作用而产生强吸收峰或发生裂分的现象时，二者相互作用而产生强吸收峰或发生裂分的现象。 ArAr-C-C( ( ) )=880-860cm=880-860cm-1-1 C=O(as)C=O(as)=1774cm=1774cm-1-11773cm1773cm-1-11736cm1736cm-1-1费米共振：费米共振：第二章第二章 红外光谱分析红外光谱分析(IR)(IR)返回6杂化影响
9、 在碳原子的杂化轨道中s成分增加，键能 增加，键长变短，C-H伸缩振动频率增加 如：碳-氢伸缩振动频率是判断饱和氢与 不饱和氢的重要依据。CH在3000cm-1 左右，大体以3000 cm-1为界。不饱和碳 氢的伸缩振动频率CH大于3000cm-1； 饱和碳氢的伸缩振动频率CH小于 3000cm-1。通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加。如丙酮在液态时，。如丙酮在液态时， C=OC=O=1718cm=1718cm-1-1; ; 气态时气态时 C=OC=O=1742cm=1742cm-1-1，因此在查阅标准红外图谱时，应注因此在查阅标准红外图谱时，应注
10、意试样状态和制样方法。意试样状态和制样方法。7 7、物质状态及制样方法、物质状态及制样方法: :第二章第二章 红外光谱分析红外光谱分析(IR)(IR) 二二 原原 理理返回极性基团的伸缩振动频率通常随溶剂极性增加而降低。如羧酸中的羰基C=O：气态时： C=O=1780cm-1非极性溶剂： C=O=1760cm-1乙醚溶剂： C=O=1735cm-1乙醇溶剂： C=O=1720cm-1因此红外光谱通常需在非极性溶剂中测量。1 1、溶剂效应、溶剂效应: :第二章第二章 红外光谱分析红外光谱分析(IR)(IR)外部因素外部因素返回单选题 1某化合物受电磁辐射作用后，振动能级发生 变化，所产生的光谱波
11、长范围是( ) A 紫外光 B X射线 C 红外线 D 可见光 2分子式为C9H9ClO3的化合物其不饱和度为( ) A 6 B 5 C 4 D 2 3C02分子没有偶极矩这一事实表明该分子是( ) A 以配价键结合 B 角形的 C 以共 价键结合的 D 线性并且对称的4多原子分子有四种振动形式，一般来说，吸收 峰强度最大的振动形式是( ) A B C s Das 5碳的杂化态对CH键振动频率的影响是( ) A S成分越多，CH键的键强越强，C-H向高频 位移； B S成分越多，CH键的键长越长，C-H向低频 位移； C S成分越多，CH键的键强越弱，C-H向高频 位移； D S成分越多，CH
12、键的键长越短，C-H向低频 位移；6在醇类化合物中，OH随溶液浓度 的增加，向低波数方向移动的原因是 ( ) A 形成分子间氢键随之加强 B 溶液极性变大 C 诱导效应随之变大 D 溶质与溶剂分子间的相互作用 第二节 红外光谱中的几个区段一、OH、NH伸缩振动区（3750-3000cm-1） 二、CH伸缩振动区（3300-2700 cm-1 ） 三、三键和累积双键区（2400- 2100cm-1 ） 四、羰基的伸缩振动区（1900- 1650cm-1 ） 五、双键伸缩振动区（1690- 1500cm-1 ） 六、XH面内弯曲振动和XY伸缩振动 区（1475-1000cm-1 ）七、CH面外弯曲
13、振动区（1000- 650cm-1 ）特征谱带区、指纹区和相关 峰 4000-1330cm-1区域又叫官能团区. 该区 域出现的吸 收峰，较为稀疏，容易辨认. 1330-400cm-1区域又叫指纹区. 这一区域 主要是： CC、CN、CO 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。2相关峰 由一个官能团所产生的一组相互依存的特 征峰，互称为相关吸收峰，简称相关峰。 上述-CHCH2基团的4个相互依存的特 征峰即组成一组相关峰。通常用一组相关 峰来确定一个官能团的存在，是光谱解析 的一条重要原则。一. O-H、N-H伸缩振动区(3750- 3000 cm-1) 对应于醇、酚、
14、羧酸、胺、亚胺、的OH ，NH，伸缩振动 （1） OH伸缩振动 :醇、酚、羧酸 （2）N-H伸缩振动 :含有N-H键的胺、酰 胺及铵盐类在此峰区均出现N-H伸缩振动 1. OH醇与酚：游离态36403610cm-1，峰形尖锐。缔合3300cm-1附近，峰形宽而钝羧酸：33002500cm-1，中心约3000cm-1,谱带宽2 . NH胺类： 游离35003300cm-1缔合吸收位置降低约100cm-1伯胺：3500，3400cm-1，（吸收强度比羟基弱）仲胺：3400cm-1（吸收峰比羟基要尖锐）叔胺：无吸收酰胺：伯酰胺：3350，3150cm-1 附近出现双峰仲酰胺：3200cm-1 附近出现一条谱带叔酰胺：无吸收1-pentanol2-methyl-2-butanol乙酸乙酰胺acetamide 乙酰胺N-methylacetamide N,N-dimethylacetamide 二.C-H伸缩振动区（3300-2700 cm-1） 烃类化合物的CH伸缩振动在3300-2700 cm-1范围，不饱和烃C-H位于高频端，饱 和烃C-H位于低频端。通常炔氢，烯氢 及芳氢的C-H伸缩振动大于3000 cm-1， 饱和C-H伸缩振动小于3000 cm-1 烃类：33002700
