1、第四章 紅外吸收光譜分析法一、概述 introduction二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件condition of Infrared absorption spectroscopy三、分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式basic vibration of the group in molecular四、紅外吸收峰強(qiáng)度intensity of infrared absorption bend 第一節(jié) 紅外光譜分析基本原理infrared absorption spec-troscopy，IR principle of IR2022/8/261分子中基團(tuán)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生：振-轉(zhuǎn)光譜一、概述 introd

2、uction輻射分子振動(dòng)能級(jí)躍遷紅外光譜官能團(tuán)分子結(jié)構(gòu)近紅外區(qū)中紅外區(qū)遠(yuǎn)紅外區(qū)2022/8/2622022/8/263紅外光譜圖：縱坐標(biāo)為吸收強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng) （ m ）和波數(shù)1/ 單位：cm-1可以用峰數(shù)，峰位，峰形，峰強(qiáng)來描述。應(yīng)用：有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析。定性：基團(tuán)的特征吸收頻率；定量：特征峰的強(qiáng)度；紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)2022/8/264二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件 condition of Infrared absorption spectroscopy 滿足兩個(gè)條件： (1)輻射應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動(dòng)躍遷所需的能量； (2)輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。 對(duì)稱分子：沒有偶極矩，輻

3、射不能引起共振，無紅外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非對(duì)稱分子：有偶極矩，紅外活性。 偶極子在交變電場(chǎng)中的作用示意圖(動(dòng)畫)2022/8/265分子振動(dòng)方程式分子的振動(dòng)能級(jí)（量子化）： E振=（V+1/2）hV ：化學(xué)鍵的 振動(dòng)頻率； ：振動(dòng)量子數(shù)。雙原子分子的簡(jiǎn)諧振動(dòng)及其頻率化學(xué)鍵的振動(dòng)類似于連接兩個(gè)小球的彈簧2022/8/266 任意兩個(gè)相鄰的能級(jí)間的能量差為： K化學(xué)鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長(zhǎng)有關(guān)， 為雙原子的折合質(zhì)量 =m1m2/（m1+m2） 發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。2022/8/267表 某些鍵的伸縮力常數(shù)

4、（毫達(dá)因/埃）鍵類型 CC C =C C C 力常數(shù) 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位 4.5m 6.0 m 7.0 m 化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)K越大）原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。2022/8/268 例題: 由表中查知C=C鍵的K=9.5 9.9 ,令其為9.6, 計(jì)算波數(shù)值。正己烯中C=C鍵伸縮振動(dòng)頻率實(shí)測(cè)值為1652 cm-12022/8/269三、分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式 basic vibration of the group in molecular1兩類基本振動(dòng)形式伸縮振動(dòng) 亞甲基：變形振動(dòng) 亞甲基(動(dòng)畫)2022/8/26

5、10甲基的振動(dòng)形式伸縮振動(dòng) 甲基：變形振動(dòng) 甲基對(duì)稱s(CH3)1380-1 不對(duì)稱as(CH3)1460-1對(duì)稱 不對(duì)稱s(CH3) as(CH3)2870 -1 2960-12022/8/2611例水分子（非對(duì)稱分子）峰位、峰數(shù)與峰強(qiáng)（1）峰位 化學(xué)鍵的力常數(shù)K越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長(zhǎng)區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長(zhǎng)區(qū)）。（2）峰數(shù) 峰數(shù)與分子自由度有關(guān)。無瞬間偶基距變化時(shí)，無紅外吸收。(動(dòng)畫)2022/8/2612峰位、峰數(shù)與峰強(qiáng)例2CO2分子（有一種振動(dòng)無紅外活性）（4）由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的吸收峰，基頻峰；（5）由基態(tài)直

6、接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)弱的吸收峰，倍頻峰；（3）瞬間偶基距變化大，吸收峰強(qiáng)；鍵兩端原子電負(fù)性相差越大（極性越大），吸收峰越強(qiáng)；(動(dòng)畫)2022/8/2613 （CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。（CH3）2930 cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC2022/8/2614四、紅外吸收峰強(qiáng)度 intensity of Infrared absorption bend 問題：C=O 強(qiáng)；C=C 弱；為什么？吸收峰強(qiáng)度躍遷幾率偶極矩變化吸收峰強(qiáng)度 偶極矩的平方偶極矩變化結(jié)構(gòu)對(duì)稱性；對(duì)稱性差偶極矩變化大吸收峰強(qiáng)度大符號(hào)：s(強(qiáng))；m(中)；w(弱)紅外吸收峰強(qiáng)度比紫外吸收峰小23個(gè)數(shù)量級(jí)；2022/8/2615 內(nèi)容選擇：第一節(jié) 紅外基本原理basic principle of Infrared absorption spectroscopy第二節(jié) 紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)infrared spectroscopy and molecular structure第三節(jié) 紅外光譜儀器infrared absorption spe