红外吸收光谱法周老师优秀PPT.ppt

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1、红外吸收光谱法周老师2023/2/27第一页，本课件共有52页分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱转光谱一、概述一、概述 introduction辐射分子振动能级跃迁红外光谱官能团分子结构近红外区中红外区远红外区2023/2/27第二页，本课件共有52页2023/2/27第三页，本课件共有52页红外光谱图红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长（m）和波数1/单位：cm-1可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：应用：有机化合物的结构解析。定性：定性：基团的特征吸收频率；定量：定量：特征峰的强度；红外光谱与有机化合物结构红外光谱与有机化合物结

2、构2023/2/27第四页，本课件共有52页二、红外吸收光谱产生的条件二、红外吸收光谱产生的条件 condition of Infrared absorption spectroscopy 满足两个条件：满足两个条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非非对对称称分分子子：有偶极矩，红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图(动画动画)2023/2/27第五页，本课件共有52页分子振动方程式分子振动方程式分子的振动能级（量子化）：分子的振动能级（量子化）：E振

3、振=（V+1/2）h V：化学键的化学键的 振动频率；振动频率；：振动量子数。振动量子数。双原子分子的简谐振动及其频率双原子分子的简谐振动及其频率化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧2023/2/27第六页，本课件共有52页 任意两个相邻的能级间的能量差为：任意两个相邻的能级间的能量差为：K化学键的力常数，与键能和键长有关，化学键的力常数，与键能和键长有关，为双原子的为双原子的折合质量折合质量 =m1m2/（m1+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特

4、征。合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。2023/2/27第七页，本课件共有52页表表 某些键的伸缩力常数（毫达因某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）埃）键类型键类型 C C C=C C C 力常数力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位 4.5 m 6.0 m 7.0 m 化学键键强越强（即键的力常数化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越小，越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。2023/2/27第八页，本课件共有52页 例题例题:由表中查知由表中查知C=C键的键的K=9.5 9.

5、9,令其为令其为9.6,计算波数值。计算波数值。正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-12023/2/27第九页，本课件共有52页三、分子中基团的基本振动形式三、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular1 1两类基本振动形式两类基本振动形式伸缩振动伸缩振动 亚甲基：亚甲基：变形振动变形振动 亚甲基亚甲基(动画动画)2023/2/27第十页，本课件共有52页甲基的振动形式甲基的振动形式伸缩振动伸缩振动 甲基：甲基：变形振动变形振动 甲基甲基对称对称s s(CH(CH3 3)1380)1380-1-1 不不对称对称a

6、sas(CH(CH3 3)1460)1460-1-1对称对称 不对称不对称s s(CH(CH3 3)asas(CH(CH3 3)2870 2870-1-1 2960 2960-1-12023/2/27第十一页，本课件共有52页例水分子例水分子（非对称分子）（非对称分子）峰位、峰数与峰强峰位、峰数与峰强（1）峰位）峰位 化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。（2）峰数）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。(动画动画)2023/2/27第十二页，本课件共有52页峰位、峰数与峰强峰位、峰

7、数与峰强例例2CO2分子分子（有一种振动无红外活（有一种振动无红外活性）性）（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；峰；（3）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；（极性越大），吸收峰越强；(动画动画)2023/2/27第十三页，本课件共有52页四、红外吸收峰强度四、红外吸收峰强度 intensity of Infr

8、ared absorption bend 问题问题：C=O 强；强；C=C 弱；为什么？弱；为什么？吸收峰强度吸收峰强度跃迁几率跃迁几率偶极矩变化偶极矩变化吸收峰强度吸收峰强度 偶极矩的平方偶极矩的平方偶极矩变化偶极矩变化结构对称性；结构对称性；对称性差对称性差偶极矩变化大偶极矩变化大吸收峰强度大吸收峰强度大符号：符号：s(强强)；m(中中)；w(弱弱)红外吸收峰强度比紫外吸收峰小红外吸收峰强度比紫外吸收峰小23个数量级；个数量级；2023/2/27第十四页，本课件共有52页第四章第四章 红外吸收光谱红外吸收光谱分析法分析法一一、红外光谱的基团频率、红外光谱的基团频率group frequen

9、cy in IR二、分子结构与吸收峰二、分子结构与吸收峰molecular structure and absorption peaks三、影响峰位移的因素三、影响峰位移的因素factors influenced peak shift 四、不饱和度四、不饱和度degree of unsaturation第二节第二节 红外光谱与分子结构红外光谱与分子结构infrared absorption spec-troscopy，IRinfrared spectroscopy and molecular structure 2023/2/27第十五页，本课件共有52页一、红外吸收光谱的特征性一、红外吸收光

10、谱的特征性 group frequency in IR 与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率频率基团特征频率（特征峰）；基团特征频率（特征峰）；例：例：2800 3000 cm-1 CH3 特征峰；特征峰；1600 1850 cm-1 C=O 特征峰；特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：CH2COCH2 1715 cm-1 酮酮CH2COO 1735 cm-1 酯酯CH2CONH 1680 cm-1 酰胺酰胺2023/2/27第十六页，本课件共有52页红外光谱信息区红

11、外光谱信息区常见的有机化合物基团频率出现的范围：常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 670 cm-1依据基团的振动形式，分为四个区：依据基团的振动形式，分为四个区：(1)4000 2500 cm-1 XH伸缩振动区（伸缩振动区（X=O，N，C，S）(2)2500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区三键，累积双键伸缩振动区(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区双键伸缩振动区(4)1200 670 cm-1 XY伸缩，伸缩，XH变形振动区变形振动区2023/2/27第十七页，本课件共有52页二、分子结构与吸收峰二、分子结构与吸收峰 molecular structu

12、re and absorption peaks1 XH伸缩振动区（伸缩振动区（4000 2500 cm-1）（1）OH 3650 3200 cm-1 确定确定 醇、酚、酸醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。注意区分NH伸缩振动：3500 3100 cm-1 2023/2/27第十八页，本课件共有52页（3）不饱和碳原子上的）不饱和碳原子上的=CH（CH）苯环上的CH 3030 cm-1 =CH 3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1（2）饱和碳原子上的）饱和碳原子上的CH3000 cm-1 以上 CH3 29

13、60 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动 CH2 2930 cm-1 反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动 CH 2890 cm-1 弱吸收3000 cm-1 以下2023/2/27第十九页，本课件共有52页2 叁键（叁键（C C）伸缩振动区伸缩振动区（2500 1900 cm-1）在该区域出现的峰较少；在该区域出现的峰较少；（1）RC CH （2100 2140 cm-1）RC CR （2190 2260 cm-1）R=R 时，无红外活性时，无红外活性（2）RC N （2100 2140 cm-1）非共轭非共轭 2240 2260 cm-1 共轭共轭 22

14、20 2230 cm-1 仅含仅含C、H、N时：峰较强、尖锐；时：峰较强、尖锐；有有O原子存在时；原子存在时；O越靠近越靠近C N，峰越弱；峰越弱；2023/2/27第二十页，本课件共有52页3 双键伸缩振动区（双键伸缩振动区（1900 1200 cm-1）（1）RC=CR 1620 1680 cm-1 强度弱，强度弱，R=R（对称）时，对称）时，无红外活性。无红外活性。（2）单核芳烃）单核芳烃 的的C=C键伸缩振动（键伸缩振动（1626 1650 cm-1）2023/2/27第二十一页，本课件共有52页4.XY，XH 变形振动区变形振动区 3000 cmcm-1-1)3080 cmcm-1-

15、1 3030 cmcm-1-1 3080 cmcm-1-1 3030 cmcm-1-1 3300 cmcm-1-1 （C-HC-H）3080-3030 cmcm-1-1 2900-2800 cmcm-1-1 3000 cmcm-1-1 2023/2/27第四十三页，本课件共有52页b)C=C 伸缩振动伸缩振动(1680-1630 cmcm-1-1 )1660cmcm-1-1 分界线分界线（C=CC=C）反式烯反式烯三取代烯三取代烯四取代烯四取代烯1680-1665 cmcm-1-1 弱，尖弱，尖顺式烯顺式烯乙烯基烯乙烯基烯亚乙烯基烯亚乙烯基烯1660-1630cmcm-1-1 中强，尖中强，尖

16、2023/2/27第四十四页，本课件共有52页3.醇（醇（OH）OH，COa)-OH 伸缩振动伸缩振动(3600 cmcm-1-1)b)碳氧伸缩振动碳氧伸缩振动(1100 cmcm-1-1)游离醇，酚伯-OH 3640cmcm-1-1仲-OH 3630cmcm-1-1叔-OH 3620cmcm-1-1酚-OH 3610cmcm-1-1（OH）（C-OC-O）1050 cmcm-1-11100 cmcm-1-11150 cmcm-1-11200 cmcm-1-1支化：-15 cmcm-1-1不饱和：-30 cmcm-1-12023/2/27第四十五页，本课件共有52页脂族和环的C-O-C asa

17、s 1150-1070cmcm-1-1 芳族和乙烯基的=C-O-Casas 1275-1200cmcm-1-1（1250cmcm-1-1）s s 1075-1020cmcm-1-14.醚（醚（COC）脂族 R-OCH3 s s(CH3)2830-2815cmcm-1-1 芳族 Ar-OCH3 s s(CH3)2850cmcm-1-1 2023/2/27第四十六页，本课件共有52页5醛、酮醛、酮2023/2/27第四十七页，本课件共有52页醛醛2023/2/27第四十八页，本课件共有52页6 6羧酸及其衍羧酸及其衍生物生物羧酸的红外光谱图羧酸的红外光谱图2023/2/27第四十九页，本课件共有52页二、未知物结构确定二、未知物结构确定structure determination of compounds1.未知物2023/2/27第五十页，本课件共有52页2.推测推测C4H8O2的结构的结构解：解：1）=1-8/2+4=1 2）峰归属峰归属 3）可能的结构）可能的结构2023/2/27第五十一页，本课件共有52页3.推测推测C8H8纯液体纯液体解：解：1）=1-8/2+8=52）峰归属峰归属 3）可能的结构）可能的结构 2023/2/27第五十二页，本课件共有52页