概述及红外基本原理

1、概述及红外基本原理2022-2-10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introduction辐射辐射分子振动能级跃迁分子振动能级跃迁官能团官能团分子结构分子结构近红外区近红外区 m中红外区中红外区2.5-25 m远红外区远红外区25-1000 m第一节第一节 概述概述2022-2-10能级跃迁 电子能级间跃电子能级间跃迁的同时，总伴迁的同时，总伴随有振动和转动随有振动和转动能级间的跃迁。能级间的跃迁。即电子光谱中总即电子光谱中总包含有振动能级包含有振动能级和转动能级间跃和转动能级间跃迁产生的若干谱迁产生的若干谱线而呈现宽谱带线而呈现

2、宽谱带。2022-2-10纵坐标为透过率纵坐标为透过率%，横坐标为波长横坐标为波长 （ m ）或波数或波数1/( 单位单位：cm-1 )。可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。定性：基团的特征吸收频率；进行有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；进行有机化合物的结构解析。定量：特征峰的强度；定量：特征峰的强度；红外光谱图红外光谱图2022-2-10第二节第二节 红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱产生的条件 condition of Infrared absorption spectroscopy (1)(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；辐

3、射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2) (2)分子振动时有瞬间偶极矩变化。分子振动时有瞬间偶极矩变化。红外活性红外活性 infrared active有偶极矩变化，有红外活性。如有偶极矩变化，有红外活性。如H2O，HCl, CO2( (动画动画) )非红外活性非红外活性 infrared inactive没有偶极矩变化，辐射不能引起没有偶极矩变化，辐射不能引起共振，无红外活性。共振，无红外活性。 如：如：N2、O2、Cl2 等。等。2022-2-10例例2CO2分子分子（有一种振动无红外活性）（有一种振动无红外活性）( (动画动画) )2022-2-10一一. . 分子振动方程式分

4、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）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2022-2-10 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： kkckhhE13072112 K 化学键的力常数（化学键的力常数（force constant），），与键能和键长有关，与键能和键长有关， 为双原子的折合质量（为双原子的折合质量（reduced mass） =m1m2/（m1+m2） 发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的

5、折合质量和键的力常数，即取决于分子的端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。结构特征。2022-2-10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。越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。2022-2-10 例题例题: 由表中查知由表中查知C=C键的键的K=

6、9.5 9.9 ,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-1116502126913071307211cm/.kkcv2022-2-10二、分子中基团的基本振动形式二、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecule1 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 ： 不对称伸缩不对称伸缩 对称伸缩对称伸缩变形振动：变形振动： 面内变形面内变形in plane 面外变形面外变形out-of-plane 亚甲基亚甲基( (动画动画) )2022-2-10甲基的振动形式甲基的振

7、动形式伸缩振动伸缩振动Stretching vibration 变形振动变形振动 Deformation vibration 对称对称s s(CH(CH3 3)1380)1380-1-1 不不对称对称asas(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 2960-1-12022-2-10醇的振动形式2022-2-10例例水分子水分子（非对称分子）（非对称分子）（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

8、区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。（2）峰数）峰数 峰数与分子振动自由度有关。无瞬间偶极距变化时，无红外吸收。峰位、峰数与峰强峰位、峰数与峰强2022-2-10（3）峰强）峰强 intensity of Infrared absorption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 偶极矩变化值的平方偶极矩变化值的平方偶极矩变化又与结构对称性有关；偶极矩变化又与结构对称性有关；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；2022-2-10B. 不对称伸缩不对称伸缩 对称伸缩对称伸缩 变形振动变形振动C. 由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，峰；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；倍频峰；一般规律：一般规律：A. 瞬间偶极距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差瞬间偶极距变化大，吸收