有机化合物波谱分析2011红外.ppt
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1、有机化合物波谱解析有机化合物波谱解析 动物科技学院动物科技学院 -潘春潘春媛媛1主主 要要 内内 容容绪论紫外光谱红外光谱核磁共振质谱21.红外光谱:红外光谱:以连续波长的红外线照射样品,引起分子振动以连续波长的红外线照射样品,引起分子振动能级和转动能级的跃迁而产生的吸收光谱。红外线可能级和转动能级的跃迁而产生的吸收光谱。红外线可引起引起分子振动能级和转动能级的跃迁分子振动能级和转动能级的跃迁,所以又称所以又称振振-转光谱。转光谱。红外光的三个区域:红外光的三个区域:1)近红外区:近红外区:125004000cm-1(0.8nm2.5 m),分子,分子O-H、N-H、C-H键的振动倍频与组频。
2、键的振动倍频与组频。2)中红外区中红外区:4000400cm-1(2.525 m),大部分有机化合,大部分有机化合物的振动基频。物的振动基频。3)远红外区:远红外区:40025cm-1(251000 m),分子的转动光谱,分子的转动光谱以及重原子成键的振动等。以及重原子成键的振动等。(一)基础知识(一)基础知识(一)基础知识(一)基础知识第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR)3红外光谱产生的基本条件:红外光谱产生的基本条件:1)只有当照射体系产生的红外线能量()只有当照射体系产生的红外线能量(E
3、光)与分子的光)与分子的振动能级差(振动能级差(E)相当时,才会发生分子的振动能)相当时,才会发生分子的振动能量跃迁。量跃迁。E光子光子=h 光子光子=E振振=h 振振=hc(E=hc/,=1/)2)红外光与分子之间有偶合作用,即分子振动时其偶)红外光与分子之间有偶合作用,即分子振动时其偶极矩必须发生变化,极矩必须发生变化,0。总结:总结:辐射应具有满足物质产生振动月跃迁所需的能量辐射应具有满足物质产生振动月跃迁所需的能量辐射与物质间有相互偶合作用辐射与物质间有相互偶合作用 第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared sp
4、ectra IR)42.52.5 m m 波长波长波长波长4000cm4000cm-1-1 波数波数波数波数第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR)52.2.红外光谱原理红外光谱原理红外光谱原理红外光谱原理 单单一粒的一粒的简谐简谐振振动动 =分子中键的振动频率分子中键的振动频率:分子的固有性质,它随着化学键力:分子的固有性质,它随着化学键力常数常数(K)的增大而增加,同时也随着原子折合质量的增大而增加,同时也随着原子折合质量()的增的增加而降低。加而降低。第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光
5、谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR)6(二二二二)多原子分子的振动多原子分子的振动多原子分子的振动多原子分子的振动1.1.1.1.分子振动自由度分子振动自由度分子振动自由度分子振动自由度振动自由度:基本振动的数目。振动自由度:基本振动的数目。振动自由度振动自由度=分子自由度数(分子自由度数(3N)-平动自由度平动自由度-转动自由度转动自由度 非线性分子振动自由度非线性分子振动自由度=3N-(3+3)=3N-6 线性分子振动自由度线性分子振动自由度=3N-(3+2)=3N-5 理论上理论上:每个振动自由度(基本振动数)在红外光:每个振
6、动自由度(基本振动数)在红外光谱区均产生一个吸收峰带谱区均产生一个吸收峰带第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR)7(1)伸缩振动伸缩振动(stretching vibration),以,以 表示表示 对称伸缩振动以对称伸缩振动以 s表示。表示。不对称伸缩振以不对称伸缩振以 as表示。表示。(2)弯曲振动弯曲振动(bending vibration),也叫变角振动,以,也叫变角振动,以表示表示面内弯曲振动以面内弯曲振动以s表示。表示。面外弯曲振动,以面外弯曲振动,以o.o.p表示表示 2.2.振动
7、类型振动类型振动类型振动类型第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR)剪式振动剪式振动 s 面内摇摆面内摇摆 面外摇动面外摇动 扭曲变形扭曲变形 83.3.振动图示振动图示振动图示振动图示按能量高纸顺序排列,通常是:按能量高纸顺序排列,通常是:as s s o.o.p依次依次 对称伸缩振动、不对称伸缩振动、剪式振动对称伸缩振动、不对称伸缩振动、剪式振动 非平面摇摆振动非平面摇摆振动94.4.影响(减少)峰数的因素影响(减少)峰数的因素影响(减少)峰数的因素影响(减少)峰数的因素 峰数往往少于基本振动
8、数目峰数往往少于基本振动数目(振动自由度振动自由度)(1)振动过程中分子无偶极矩变化,不引起红外吸收。振动过程中分子无偶极矩变化,不引起红外吸收。(2)频率完全相同的振动彼此发生频率完全相同的振动彼此发生简并简并。(3)强宽峰往往覆盖与其频率相近的弱而窄的吸收强宽峰往往覆盖与其频率相近的弱而窄的吸收 峰。峰。(4)吸收峰有时落在中红外区域吸收峰有时落在中红外区域(4000400cm-1)以外。以外。(5)吸收强度太弱,以致无法测定。吸收强度太弱,以致无法测定。第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR
9、)10多在中红外以外,峰强弱多在中红外以外,峰强弱双原子分子的势能曲线双原子分子的势能曲线基频峰基频峰:1、2、3、4中红外区域中红外区域(4000650cm1),峰强,峰强 倍频峰倍频峰:2 1、2 2、2 3、2 4 合频峰合频峰:1+2、2 1+2、1+2 2 差频峰差频峰:1-2、2 1-2、1-3 使峰数增多的因素使峰数增多的因素11 对称伸缩对称伸缩 不对称伸缩不对称伸缩 弯曲弯曲(x,y平面平面)弯曲弯曲(y,z平面平面)CO2的红外光谱的红外光谱具有具有3N-5=4个振动自由度个振动自由度峰简并为峰简并为1个个第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infr
10、ared spectra IRInfrared spectra IR)12(三)峰强(三)峰强1 1、峰强的表示方法、峰强的表示方法 红外光谱中峰的强度一般用百分透光率T%或吸光度A表示。物质对红外光的吸收符合Lambert-Beer定律。测试样品的浓度大,吸收峰强。1)百分透光率:T%=I/I0100%2)吸光度:A=lgI0/I=lgT0/T A-吸光度 I0-吸收峰基线的透射比 I-峰顶的透射比3)百分吸收率:百分吸收率=(100-T)%4)摩尔吸光系数第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR
11、)132 2、峰吸收强弱等级的划分、峰吸收强弱等级的划分 100时,峰带很强,vs =20100时,为强峰,s =1020时,为中强峰,m 对称as s,伸缩振动弯曲振动2)跃迁几率:倍频峰的强度主要取决于跃迁几率第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR)151 1、质量效应、质量效应-组成化学键的原子质量越小,红外吸收组成化学键的原子质量越小,红外吸收频率越大频率越大C-H:3000cm-1;C-C:1200 cm-1;C-O:1100 cm-1 同族元素中,周期增大,伸缩波数减小(F-H=400
12、0cm-1;Cl-H=2890cm-1;Br-H=2650cm-1;I-H=2310cm-1)同周期元素中,原子序数增大,伸缩波数增大。(C-H=3000cm-1;N-H=3400cm-1;O-H=3600cm-1;F-H=4000cm-1)第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR)(四)(四)(四)(四)影响影响影响影响IRIR吸收的因素吸收的因素吸收的因素吸收的因素162、电子效应(、电子效应(electronic effect)(1)诱导效应()诱导效应(inductive effect)规律
13、:吸电诱导使吸收峰向高波数区移动;元素的电负性越强,诱导效应也越强,吸收峰向高波数移动的程度越明显。C=O(cm1)1715 1731 1800 1920 1928F Cl Br I OCH3 NHCOCH3 C6H6 H CH3第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR)172、电子效应(、电子效应(electronic effect)(2)共轭效应()共轭效应(conjugative effect)16671661 16851665 C=O(cm1)17251710 16951680 第二章第二章
14、第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR)18p-p-共轭体系:共轭体系:C C效应和效应和I I效应共存效应共存第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR)1735cm-1 (-I +C)(a)1690cm-1 (-I +C)1725cm-1 (-I +C)1665cm-1 (-I 双键双键 单键单键 spsp2sp3spsp2sp3(s s成分越多,化学键力常数成分越多,化学键力常数K K越大,越大,吸收频率越大)
15、吸收频率越大)301.电子效应电子效应2.空间效应空间效应3.氢键效应氢键效应诱导诱导 共轭共轭 场效应场效应 空间障碍空间障碍 跨环效应跨环效应 环张力环张力环外双键环外双键 环羰基环羰基 环内双键环内双键 分子内氢键分子内氢键 分子间氢键分子间氢键 影响影响影响影响IRIR吸收的因素的总结吸收的因素的总结吸收的因素的总结吸收的因素的总结31一、特征区、指纹区及相关峰的概念一、特征区、指纹区及相关峰的概念特征谱带区:特征谱带区:红外区域的40001333cm-1(2.57.5m)指纹区:指纹区:1333400cm-1(7.515m),谱带主要是C-X(X=C,N,O)单键的伸缩振动以及各种弯
16、曲振动。相关峰:相关峰:一个基团常有数种振动形式,每种红外活性的振动通常都相应产生一个吸收峰。习惯上把这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰叫相关峰。如甲基(CH3)相关峰有:C-H(as)-2960cm-1,C-H(s)-2870cm-1,C-H(as)-1470cm-1,C-H(s)-1380cm-1(五)(五)(五)(五)红外光谱的重要吸收区段红外光谱的重要吸收区段红外光谱的重要吸收区段红外光谱的重要吸收区段第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(Infrared spectra IRInfrared spectra IR)32波长波长(m)波数波数(cm1)键的振动类
17、型键的振动类型2.73.337503000 OH,NH3.03.333003000 CH,=CH,CH,ArH)(极少极少数可到数可到2900cm1)3.33.730002700 CH(CH3,CH2,-CHO)4.24.924002100 CC ,CN ,CCCC 5.36.119001650 C O(酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐)6.06.716801500 C C(脂肪族及芳香族脂肪族及芳香族),C N6.87.714751300 CH(面内面内),XY 10.015.41000650C CH,ArH(面外面外)第二章第二章第二章第二章 红外光谱红外光谱红外光谱红
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