红外光谱和紫外光谱的区别.ppt

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1、 电磁波电磁波 v电磁波是电磁场的一种运动形态，这种运动以光速电磁波是电磁场的一种运动形态，这种运动以光速C在空间行进。在空间行进。具有波粒二象性。具有波粒二象性。v波动性：可用波长波动性：可用波长、频率频率或波数或波数来描述。来描述。v微粒性：可用光量子的能量来描述。微粒性：可用光量子的能量来描述。普朗克常数普朗克常数h=6.6261034 Js。红外与紫外光谱红外与紫外光谱v波长不同的电磁波性质不同，波长不同的电磁波性质不同，根据电磁波的波长划分根据电磁波的波长划分为几个不同的区域。为几个不同的区域。电磁波谱电磁波谱 分子运动与电磁辐射分子运动与电磁辐射 v用电磁波照射有机分子时，分子便会

2、吸收那些与分子用电磁波照射有机分子时，分子便会吸收那些与分子内的能级差相当的电磁波，引起分子振动、转动或电子内的能级差相当的电磁波，引起分子振动、转动或电子运动能级跃迁。运动能级跃迁。转动光谱转动光谱：彼此分开的谱线，在远红外彼此分开的谱线，在远红外-微波区域内。微波区域内。振动光谱振动光谱：谱带谱带，在中红外区域内。在中红外区域内。电子光谱电子光谱：互相重叠的谱带互相重叠的谱带，在可见在可见-紫外区域内紫外区域内。v红外光谱的作用：红外光谱的作用：确定化合物中官能团的存在确定化合物中官能团的存在，确定确定两个化合物是否相同。两个化合物是否相同。红外光谱红外光谱 分子的振动与红外吸收分子的振动

3、与红外吸收(1)分子的振动分子的振动 v近似的用弹簧连接小球的机械模型来表示近似的用弹簧连接小球的机械模型来表示；v用用Hooke定律来近似的描述定律来近似的描述。v键能增大，键长缩短，力常数键能增大，键长缩短，力常数k增大。增大。v分子的振动方式分子的振动方式伸缩振动伸缩振动：对称伸缩对称伸缩 不对称伸缩不对称伸缩 弯曲振动弯曲振动：剪式振动剪式振动 平面平面摇摆摇摆 非平面摇摆非平面摇摆 扭曲振动扭曲振动 面内弯曲面内弯曲面外弯曲面外弯曲v每一种振动方式，都有固定的吸收频率。每一种振动方式，都有固定的吸收频率。v当当E2-E1=h时，红外线才能被吸收时，红外线才能被吸收，因此同一基团因此同

4、一基团总是在一个特定的范围内产生吸收峰。总是在一个特定的范围内产生吸收峰。v红外吸收峰产生的条件红外吸收峰产生的条件必要条件：辐射光的频率与分子振动的频率相当；必要条件：辐射光的频率与分子振动的频率相当；充分条件：必须是能引起分子偶极矩变化的振动。充分条件：必须是能引起分子偶极矩变化的振动。无红外吸收无红外吸收 无红外吸收无红外吸收(2)红外光谱仪红外光谱仪 红外光谱的表示方法红外光谱的表示方法 苯乙酮的红外光谱苯乙酮的红外光谱 v横坐标：以波数横坐标：以波数表示频率，一般为表示频率，一般为4000400cm-1；v纵坐标：用透射百分率表示吸收的强度。纵坐标：用透射百分率表示吸收的强度。特征谱

5、带区特征谱带区(官能团区官能团区)指纹区指纹区 1500cm1 v红外光谱图，以红外光谱图，以1500cm-1为界分成两个区域：为界分成两个区域：特征谱带区：波数在特征谱带区：波数在38001500cm-1间的高频区，吸收间的高频区，吸收峰大多由成键原子之间键的伸缩振动产生，与整个分子峰大多由成键原子之间键的伸缩振动产生，与整个分子的关系不大，不同化合物中的相同官能团的出峰位置相的关系不大，不同化合物中的相同官能团的出峰位置相对固定，可用于确定分子中含有哪些官能团。对固定，可用于确定分子中含有哪些官能团。指纹区：波数在指纹区：波数在1500650cm-1间的低频区，吸收峰主间的低频区，吸收峰主

6、要是要是CC、CN、CO单键的伸缩振动和各种键的弯单键的伸缩振动和各种键的弯曲振动产生的。指纹区吸收峰大多与整个分子的结构密曲振动产生的。指纹区吸收峰大多与整个分子的结构密切相关。切相关。若将频率采用波数表示，Hookes rule则可表示为：(2)式中：k 化学键的力常数；m 成键原子的质量。不同分子的结构不同，化学键的力常数不同，成键原不同分子的结构不同，化学键的力常数不同，成键原子的质量不同，导致振动频率不同。子的质量不同，导致振动频率不同。用红外光照射有机分子，样品将选择性地吸收那些与用红外光照射有机分子，样品将选择性地吸收那些与其振动频率相匹配的波段，从而产生红外光谱。其振动频率相匹

7、配的波段，从而产生红外光谱。键能键能键能键能，k k，则，则，则，则 或或或或 。例如：例如：例如：例如：键的类型CCC=CCCK/1010Ncm-1121881246/cm-121002260162016807001200成键原子的质量成键原子的质量m1或或m2，则，则 。例如：例如：化学键CHCNCO/cm-1285329601180136010801300影响峰位置变化的因素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.所以同一基团的特征吸收会在一定范围内波动.1.成键轨道类型例如:2.诱导效应:由于邻近原子或基团

8、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.例如:3.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.例如:4.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.具体变化在不同体系也有不同.例如:*环丙烷的C-H伸缩频率在3030 cm-1，而开链烷烃的C-H伸缩频率在3000 cm-1以下。重要官能团的红外特征吸收重要官能团的红外特征吸收振振动动吸收吸收峰峰化合物化合物C-H拉伸（或伸缩）拉伸（或伸缩）C-H弯曲弯曲烷烃烷烃2960-2850cm-1-CH2-,1

9、460cm-1 -CH3,1380cm-1 异丙基，两个等强度的峰异丙基，两个等强度的峰三级丁基，两个不等强度的峰三级丁基，两个不等强度的峰振振动动吸收吸收峰峰化合物化合物C-H拉伸拉伸（或伸缩）（或伸缩）C=C，C C，C=C-C=C苯环苯环(拉伸或伸缩拉伸或伸缩)C-H弯曲弯曲烯烃烯烃1680-16201000-800 RCH=CH2 1645（中）中）R2C=CH2 1653（中）中）顺顺RCH=CHR 1650（中）中）反反RCH=CHR 1675（弱）弱）3000（中）中）3100-3010三取代三取代 1680（中（中-弱）弱）四取代四取代 1670（弱（弱-无）无）四取代四取代

10、无无共轭烯烃共轭烯烃与烯烃同与烯烃同向低波数位移，变宽向低波数位移，变宽与烯烃同与烯烃同910-905强强995-985强强895-885强强730-650弱且宽弱且宽980-965强强840-790强强无无强强吸收峰吸收峰化合物化合物振振动动C-H拉伸拉伸（或伸缩）（或伸缩）C=C，C C，C=C-C=C苯环苯环C-H弯析弯析炔烃炔烃3310-3300一取代一取代 2140-2100弱弱非对称二取代非对称二取代2260-2190弱弱700-6003110-3010中中1600中中670弱弱倍频倍频 2000-1650邻邻-770-735强强间间-810-750强强 710-690中中对对-8

11、33-810强强泛频泛频 2000-1660取代芳烃取代芳烃较强较强对称对称 无无强强同芳烃同芳烃同芳烃同芳烃1580弱弱1500强强1450弱弱-无无一取代一取代770-730，710-690强强二取代二取代芳烃芳烃类类 别别拉拉 伸伸说说 明明R-XC-F C-Cl C-Br C-I1350-1100强强750-700 中中 700-500 中中 610-685 中中游离游离 3650-3500缔合缔合3400-3200宽峰宽峰不明显不明显醇、酚、醇、酚、醚醚-OHC-O1200-1000不特征不特征胺胺RNH2R2NH3500-3400（游离）缔合降低（游离）缔合降低1003500-33

12、00（游离）缔合降低（游离）缔合降低100键和官能团键和官能团类别类别拉拉 伸伸 (cm-1)说说 明明1770-1750（缔合时在（缔合时在1710）醛、酮醛、酮C=OR-CHO1750-16802720羧酸羧酸C=OOH酸酐酸酐酰卤酰卤酰胺酰胺腈腈气相在气相在3550，液固缔合时在，液固缔合时在3000-2500（宽峰）（宽峰）C=OC=OC=OC=O酯酯18001860-1800 1800-17501735NH21690-16503520，3380（游离）缔合降低（游离）缔合降低100C N2260-2210键和官能团键和官能团 化合物结构与红外光谱的关系化合物结构与红外光谱的关系 v相

13、关峰：相互依存，可以互相印证的吸收峰称。相关峰：相互依存，可以互相印证的吸收峰称。(1)(1)烷烃烷烃 v饱和碳上饱和碳上CH键伸缩振动吸收峰键伸缩振动吸收峰29602850 cm-1；v饱和碳上饱和碳上CH键键弯曲振动吸收峰弯曲振动吸收峰14701300 cm-1；v多个多个CH2直链相连直链相连，CH键面外弯曲振动吸收峰键面外弯曲振动吸收峰740720cmcm-1-1。v正正辛烷的红外光谱辛烷的红外光谱：29602850，甲基、亚甲基，甲基、亚甲基CH键伸缩振动；键伸缩振动；1466、1380，为，为CH键的面内弯曲振动；键的面内弯曲振动；726，长链亚甲基面外弯曲振动，长链亚甲基面外弯曲

14、振动，（CH2)n中中n4时出现时出现。(2)(2)烯烃烯烃 vC=C键的伸缩振动吸收峰键的伸缩振动吸收峰16801600 cm-1，取代基多、取代基多、对称性强峰就减弱，共轭使峰增强但频率略降低；对称性强峰就减弱，共轭使峰增强但频率略降低；v双键碳上的双键碳上的CH键伸缩振动键伸缩振动30953010 cm-1；v双键碳上的双键碳上的CH键弯曲振动吸收峰键弯曲振动吸收峰980650 cm-1。v可判断取代基的数目、性质及顺反异构等情况。可判断取代基的数目、性质及顺反异构等情况。v1-1-辛烯的红外光谱：辛烯的红外光谱：1640中等强度的峰为中等强度的峰为C=C双键的伸缩振动；双键的伸缩振动；

15、双键碳上的双键碳上的CH键伸缩振动键伸缩振动3080，弯曲振动，弯曲振动993,909。(3)(3)炔烃炔烃 vCC键伸缩振动吸收峰键伸缩振动吸收峰22602100cm-1，若三键两边是若三键两边是对称的烃基吸收峰减弱或不出现；对称的烃基吸收峰减弱或不出现；v三键碳上的三键碳上的CH键伸缩振动在键伸缩振动在33203310cm-1-1有强而尖有强而尖的吸收峰；的吸收峰；v三键碳上的三键碳上的CH键弯曲振动在键弯曲振动在700600cm-1-1。v1-1-辛炔的红外光谱：辛炔的红外光谱：2120中等强度的峰为中等强度的峰为CC键的伸缩振动；键的伸缩振动；三键碳上的三键碳上的CH键伸缩振动键伸缩振

16、动3320，弯曲振动，弯曲振动638。(4)(4)芳烃芳烃 v苯环的骨架振动苯环的骨架振动在在16001450cm-1-1之间有四个吸收峰，之间有四个吸收峰，由取代基或共轭情况不同出现的情况可能不同由取代基或共轭情况不同出现的情况可能不同；v苯苯环环上的上的CH键键面内弯曲振动吸收峰在面内弯曲振动吸收峰在1225950 cm-1-1；伸伸缩缩振振动动吸收吸收峰峰在在30403030cm-1-1；面外弯曲振动吸收峰在面外弯曲振动吸收峰在960690cm-1-1之之间间，这一振动这一振动在在20001670cmcm-1-1之之间间有一个倍有一个倍频带频带。它们的位置形状可以它们的位置形状可以说明苯

17、环的取代状况。说明苯环的取代状况。v甲苯的红外光谱：甲苯的红外光谱：16001450苯环骨架振动；苯环骨架振动；苯环上苯环上CH键：键：伸缩振动伸缩振动3030，面内弯曲振动面内弯曲振动1040,1080，面外弯曲振动面外弯曲振动730,696，倍频带，倍频带20001667四个峰。四个峰。醇醇酚酚醚醚羰基吸收峰的位置对官能团鉴定有特别重要的意义羰基吸收峰的位置对官能团鉴定有特别重要的意义!不同羰基的大致吸收位置：不同羰基的大致吸收位置：I效应、环张力等使CO波数升高；共轭效应使CO波数波数降低 羰基化合物羰基化合物苯乙酮苯乙酮C C8 8H H1616OOC8 8H8 8O2 2(2)(2)

18、未知物分析的步骤未知物分析的步骤 v第一步，通过其他途径确定化合物的分子式，由分子第一步，通过其他途径确定化合物的分子式，由分子式计算不饱和度。式计算不饱和度。不饱和度：使不饱和化合物的分子成为饱和分子所不饱和度：使不饱和化合物的分子成为饱和分子所需加上的氢分子个数。需加上的氢分子个数。式中式中n1，n3，n4为化合物分子中为化合物分子中1、3、4价元素的原价元素的原子个数。子个数。分子式为分子式为C7H8：U=1+7+(0-8)/2=4；双键双键U=1；三键；三键U=2；碳环碳环 U=1。v第二步，用红外光谱确定分子中存在的官能团。第二步，用红外光谱确定分子中存在的官能团。根据红外光谱中吸收

19、峰的位置、强度、形状，容易根据红外光谱中吸收峰的位置、强度、形状，容易确定分子中存在哪些官能团。确定分子中存在哪些官能团。v第三步，利用其他手段予以核实、确证，排列出化合第三步，利用其他手段予以核实、确证，排列出化合物分子的结构式。物分子的结构式。vC8H16的红外光谱：的红外光谱：由分子式计算不饱和度：由分子式计算不饱和度：U=1+8+(0-16)/2=1。双键碳双键碳CH键伸缩、弯曲振动；键伸缩、弯曲振动；饱和饱和CH键的伸缩，键的伸缩，面内弯曲，面内弯曲，长链亚甲基的面外弯曲。长链亚甲基的面外弯曲。C=C键伸缩，键伸缩，反反-2-辛烯辛烯 Cary500 UV-ViS-NIR 光度计光度

20、计紫外光谱紫外光谱电子电子跃迁跃迁v紫紫外外光光的的波波长长范范围围是是4400nm,其其中中4200nm 为为远远紫紫外外区区，200400nm为为近近紫紫外外区区,可可见见光光的的波波长长范范围围是是400800nm。v电子的跃迁电子的跃迁：E 紫外光谱图的组成紫外光谱图的组成 v横坐标表示吸收光的波长横坐标表示吸收光的波长，纵坐标表示吸收强度。纵坐标表示吸收强度。丙酮的紫外光谱丙酮的紫外光谱 v光光的的吸吸收收强强度度，可可以以用用吸吸光光度度A、透透射射比比或或透透光光率率T、吸收率吸收率1-T、摩尔吸收系数摩尔吸收系数中的任何一个来表示。中的任何一个来表示。v文文献献中中的的紫紫外外

21、光光谱谱数数据据，是是吸吸光光度度极极大大处处的的波波长长max和和它的摩尔吸收系数它的摩尔吸收系数。v吸吸光光度度A和和摩摩尔尔吸吸收收系系数数吸吸的的关关系系是是由由Lambert-Beer定律确定的定律确定的：A=c L 式中式中c为溶液的摩尔浓度为溶液的摩尔浓度(moll-1)，L为液层的厚度。为液层的厚度。影响紫外光谱的因素影响紫外光谱的因素(1)几个基本概念几个基本概念 v生生色色基基：能能在在某某一一段段光光的的波波长长内内产产生生吸吸收收的的基基团团，称称为为这这一一段段波波长长的的生生色色团团或或生生色色基基，如如：C=C、C=O、NO2等。等。v助助色色基基：本本身身在在紫

22、紫外外或或可可见见光光区区不不显显吸吸收收，当当它它们们连连在在双双键键或或共共轭轭体体系系上上时时，使使吸吸收收向向长长波波方方向向位位移移，颜颜色色加深。如：加深。如：OH、NH2、Cl等。等。v红红移移现现象象：由由于于取取代代基基或或溶溶剂剂的的影影响响使使最最大大吸吸收收峰峰向向长波方向移动的现象称为红移现象。长波方向移动的现象称为红移现象。v蓝蓝移移现现象象：由由于于取取代代基基或或溶溶剂剂的的影影响响使使最最大大吸吸收收峰峰向向短波方向移动的现象称为蓝移现象。短波方向移动的现象称为蓝移现象。v增色效应：使增色效应：使值增加的效应称为增色效应。值增加的效应称为增色效应。v减色效应：

23、使减色效应：使值减少的效应称为减色效应。值减少的效应称为减色效应。(2)影响因素影响因素 v电子跃迁的能差电子跃迁的能差E越大，则最大吸收波长越大，则最大吸收波长max越短。越短。v助助色色基基的的影影响响，使使最最大大吸吸收收向向长长波波位位移移，颜颜色色加加深深，称为助色效应。称为助色效应。v空空间间位位阻阻效效应应的的影影响响，使使最最大大吸吸收收向向长长波波位位移移，吸吸收收强度也减小。强度也减小。v超共轭效应影响，使最大吸收向长波位移。超共轭效应影响，使最大吸收向长波位移。v溶溶剂剂的的影影响响，*跃跃迁迁，溶溶剂剂极极性性增增加加，吸吸收收红红移移。n*跃迁，溶剂极性增加，吸收蓝移

24、。跃迁，溶剂极性增加，吸收蓝移。各类化合物的紫外吸收各类化合物的紫外吸收 v饱和有机化合物：饱和有机化合物：*跃跃迁迁的的紫紫外外吸吸收收都都在在远远紫紫外外区区，吸吸收收波波长长200nm。只只有有部部分分饱饱和和有有机机化化合合物物如如溴溴化化物物、碘碘化化物物、胺胺等等，n*跃迁在近紫外区有弱吸收：跃迁在近紫外区有弱吸收：CH3NH2 max=213nm，CH3Br max=204nm，CH3I max=258nm。v不饱和脂肪族有机化合物：不饱和脂肪族有机化合物：非非共共轭轭的的烯烯烃烃、炔炔烃烃等等化化合合物物的的*跃跃迁迁在在近近紫紫外外区无吸收。区无吸收。CH2=CH2 max=

25、165nm，HCCH max=173nm。具具有有-共共轭轭和和p-共共轭轭的的不不饱饱和和脂脂肪肪族族有有机机化化合合物物可可以在近紫外区出现吸收。以在近紫外区出现吸收。CH2=CH-CH=CH2 max=217nm(21000)，CH2=CH-CH=CH-CH=CH2 max=258nm(35000)。计算值为214+45+5=239nm实验值为241nm计算值为215+212+5=244nm实验值为241nmv芳香族有机化合物芳香族有机化合物：芳芳香香族族有有机机化化合合物物都都具具有有环环状状的的共共轭轭体体系系，一一般般来来讲讲，它们都有三个吸收带。它们都有三个吸收带。苯：苯：max

26、=184 nm、204 nm、255 nm。v紫紫外外光光谱谱实实质质上上是是分分子子中中生生色色基基和和助助色色基基的的特特征征反反映，分子的其他部分对紫外光谱的影响不大。映，分子的其他部分对紫外光谱的影响不大。v由紫外光谱的由紫外光谱的max数值得到的信息：数值得到的信息：在在200400nm区区间间无无吸吸收收峰峰，可可断断定定分分子子中中无无共共轭轭双键。双键。在在200400nm区区间间有有吸吸收收峰峰，则则可可能能有有苯苯环环、共共轭轭双键、碳氧双键等结构。双键、碳氧双键等结构。在在260300nm区区间间内内有有强强吸吸收收峰峰，表表示示有有35个个共共轭轭双键，如果化合物有颜色，则含双键，如果化合物有颜色，则含5个以上双键。个以上双键。作业作业 :1,2,3,4,5,6,7,8:1,2,3,4,5,6,7,8