1、紅外吸收光譜法周老師2022/9/26第1頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二分子中基團(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 introduction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)2022/9/26第2頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二2022/9/26第3頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二紅外光譜圖：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(lái)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

2、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)2022/9/26第4頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二二、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(méi)有偶極矩，輻射不能引起共振，無(wú)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(huà))2022/9/26第5頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二分子振動(dòng)方程式分子的振動(dòng)能級(jí)（量子化）： E振=（

3、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(lèi)似于連接兩個(gè)小球的彈簧2022/9/26第6頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二 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。2022/9/26第7頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二表 某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達(dá)因/埃）鍵類(lèi)型 CC C =C C C 力常數(shù) 15 17 9.5 9.9 4.

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)。2022/9/26第8頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二 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-12022/9/26第9頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二三、分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式 basic vibration of the group in molecular1兩類(lèi)基本振動(dòng)形式伸縮振動(dòng) 亞甲基：變形振動(dòng) 亞

5、甲基(動(dòng)畫(huà))2022/9/26第10頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二甲基的振動(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 2960-12022/9/26第11頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二例水分子（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(wú)瞬間偶基距變化時(shí)，無(wú)紅外吸收。(動(dòng)畫(huà))2

6、022/9/26第12頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二峰位、峰數(shù)與峰強(qiáng)例2CO2分子（有一種振動(dòng)無(wú)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(huà))2022/9/26第13頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二四、紅外吸收峰強(qiáng)度 intensity of Infrared absorption bend 問(wèn)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

7、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)；2022/9/26第14頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二第四章 紅外吸收光譜分析法一、紅外光譜的基團(tuán)頻率group frequency in IR二、分子結(jié)構(gòu)與吸收峰molecular structure and absorption peaks三、影響峰位移的因素factors influenced peak shift 四、不飽和度degree of unsaturation第二節(jié) 紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)infrared absor

8、ption spec-troscopy，IRinfrared spectroscopy and molecular structure 2022/9/26第15頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二一、紅外吸收光譜的特征性 group frequency in IR 與一定結(jié)構(gòu)單元相聯(lián)系的、在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的化學(xué)鍵振動(dòng)頻率基團(tuán)特征頻率（特征峰）；例： 2800 3000 cm-1 CH3 特征峰； 1600 1850 cm-1 C=O 特征峰；基團(tuán)所處化學(xué)環(huán)境不同，特征峰出現(xiàn)位置變化：CH2COCH2 1715 cm-1 酮CH2COO 1735 cm-1 酯CH2CONH

9、1680 cm-1 酰胺2022/9/26第16頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二紅外光譜信息區(qū)常見(jiàn)的有機(jī)化合物基團(tuán)頻率出現(xiàn)的范圍：4000 670 cm-1依據(jù)基團(tuán)的振動(dòng)形式，分為四個(gè)區(qū)：(1)4000 2500 cm-1 XH伸縮振動(dòng)區(qū)（X=O，N，C，S）(2)2500 1900 cm-1 三鍵，累積雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)(3)1900 1200 cm-1 雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)(4)1200 670 cm-1 XY伸縮， XH變形振動(dòng)區(qū)2022/9/26第17頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二二、分子結(jié)構(gòu)與吸收峰 molecular structure an

10、d absorption peaks1 XH伸縮振動(dòng)區(qū)（4000 2500 cm-1 ）（1）OH 3650 3200 cm-1 確定 醇、酚、酸 在非極性溶劑中，濃度較?。ㄏ∪芤海r(shí)，峰形尖銳，強(qiáng)吸收；當(dāng)濃度較大時(shí)，發(fā)生締合作用，峰形較寬。注意區(qū)分NH伸縮振動(dòng)：3500 3100 cm-1 2022/9/26第18頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二（3）不飽和碳原子上的=CH（ CH ） 苯環(huán)上的CH 3030 cm-1 =CH 3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1 （2）飽和碳原子上的CH3000 cm-1 以上 CH3 2960 cm-1 反對(duì)稱伸

11、縮振動(dòng) 2870 cm-1 對(duì)稱伸縮振動(dòng) CH2 2930 cm-1 反對(duì)稱伸縮振動(dòng) 2850 cm-1 對(duì)稱伸縮振動(dòng) CH 2890 cm-1 弱吸收3000 cm-1 以下2022/9/26第19頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二2 叁鍵（C C）伸縮振動(dòng)區(qū)（2500 1900 cm-1 ）在該區(qū)域出現(xiàn)的峰較少；（1）RC CH （2100 2140 cm-1 ） RC CR （2190 2260 cm-1 ） R=R 時(shí)，無(wú)紅外活性（2）RC N （2100 2140 cm-1 ） 非共軛 2240 2260 cm-1 共軛 2220 2230 cm-1 僅含C、H

12、、N時(shí)：峰較強(qiáng)、尖銳；有O原子存在時(shí)；O越靠近C N，峰越弱；2022/9/26第20頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二3 雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)（ 1900 1200 cm-1 ）（1） RC=CR 1620 1680 cm-1 強(qiáng)度弱， R=R（對(duì)稱）時(shí)，無(wú)紅外活性。（2）單核芳烴 的C=C鍵伸縮振動(dòng)（1626 1650 cm-1 ）2022/9/26第21頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二4. XY，XH 變形振動(dòng)區(qū) 3000 cm-1) 3080 cm-1 3030 cm-1 3080 cm-1 3030 cm-1 3300 cm-1 （C-H）30

13、80-3030 cm-1 2900-2800 cm-1 3000 cm-1 2022/9/26第43頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二b)C=C 伸縮振動(dòng)(1680-1630 cm-1 )1660cm-1 分界線（C=C）反式烯三取代烯四取代烯1680-1665 cm-1 弱，尖順式烯乙烯基烯亞乙烯基烯1660-1630cm-1 中強(qiáng)，尖2022/9/26第44頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二3.醇（OH） OH，COa)-OH 伸縮振動(dòng)(3600 cm-1) b)碳氧伸縮振動(dòng)(1100 cm-1)游離醇，酚伯-OH 3640cm-1仲-OH 36

14、30cm-1叔-OH 3620cm-1酚-OH 3610cm-1（OH） （C-O） 1050 cm-11100 cm-11150 cm-11200 cm-1支化：-15 cm-1不飽和：-30 cm-12022/9/26第45頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二脂族和環(huán)的C-O-C as 1150-1070cm-1 芳族和乙烯基的=C-O-Cas 1275-1200cm-1 （1250cm-1 ）s 1075-1020cm-14. 醚（COC）脂族 R-OCH3 s (CH3) 2830-2815cm-1 芳族 Ar-OCH3 s (CH3) 2850cm-1 2022/9/26第46頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二5醛、酮2022/9/26第47頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二醛2022/9/26第48頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二6羧酸及其衍生物羧酸的紅外光譜圖2022/9/26第49頁(yè)，共52頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)44分，星期二二、未知物結(jié)構(gòu)確定structure de