红外光谱解析ppt课件

1、第十三章第十三章 红外与紫外光谱红外与紫外光谱第一部分第一部分 红外光谱红外光谱(IR)红外光谱红外光谱(IR): E = 4 63KJ.mol-1 = 2 15m = 625400cm-1 由分子中振动能级的跃迁而产由分子中振动能级的跃迁而产 生生, 用来确定分子中的官能团。用来确定分子中的官能团。讲授提要讲授提要第一节第一节:基本原理与分子中原子的振动类型基本原理与分子中原子的振动类型第二节第二节:红外光谱的表示红外光谱的表示第三节第三节:影响红外吸收的主要因素影响红外吸收的主要因素第四节第四节:红外吸收区域及特征红外吸收红外吸收区域及特征红外吸收第五节第五节:各类化合物的红外吸收及谱图解

2、析各类化合物的红外吸收及谱图解析第一节 基本原理与分子中 原子的振动类型一、基本原理一、基本原理双原子分子振动示意图双原子分子振动示意图 该振动符合物理学上的简偕运该振动符合物理学上的简偕运动，遵从虎克定律。动，遵从虎克定律。虎克定律：虎克定律：KKmmmm21212121： 振动频率振动频率 ：力常数这里可看作是键能）：力常数这里可看作是键能）m1、m2：分别为两个原子的质量：分别为两个原子的质量 ： 原子的折合质量原子的折合质量从上式可看出：振动频率与键能成正比，从上式可看出：振动频率与键能成正比，与原子的折合质量成反比。与原子的折合质量成反比。二、分子中原子的振动类型伸缩振动伸缩振动面内

3、弯曲面内弯曲面外弯曲面外弯曲弯曲振动弯曲振动键角不变键角不变,键长改变键长改变键长不变键长不变,键角改变键角改变高频区高频区低频区低频区ass面面内内面面外外 多原子分子振动的方式为多原子分子振动的方式为: 3n-6种种(n:分子分子中原子的数目中原子的数目),理应产生理应产生3n-6个吸收峰个吸收峰,实实际上吸收峰的数目要少于际上吸收峰的数目要少于3n-6个个,原因如原因如下下: 1、偶极矩不发生变化的振动不产生吸收如：、偶极矩不发生变化的振动不产生吸收如：(CH3)2C = C(CH3)2 HC CH2、频率相同的峰彼此重叠。、频率相同的峰彼此重叠。3、强的宽峰掩盖与它频率相近的弱峰。、强

4、的宽峰掩盖与它频率相近的弱峰。4、有时吸收频率在仪器的工作频率之外。、有时吸收频率在仪器的工作频率之外。不产生吸收不产生吸收.第二节第二节 红外光谱的表示红外光谱的表示横坐标横坐标:波长波长()、波数、波数()表示吸收的位置表示吸收的位置;纵坐标纵坐标:透射百分率透射百分率(T)或吸光度或吸光度A表示吸收的强度。表示吸收的强度。 第三节第三节 影响红外吸收的主要因素影响红外吸收的主要因素记住虎克定律的意义：振动频率与键能成正比，与记住虎克定律的意义：振动频率与键能成正比，与 原子的折合质量成反比。原子的折合质量成反比。1、化学键的强度越大，振动吸收频率越高。、化学键的强度越大，振动吸收频率越高

5、。C CC CC C(cm-1)2150165012002、轨道中、轨道中S成分越多，键的强度越大，吸收频率越高成分越多，键的强度越大，吸收频率越高 C_H C_H C_H(cm-1)sp3spsp23300310029003、原子的质量越大，振动吸收频率越低。、原子的质量越大，振动吸收频率越低。(cm-1) C_ H C_ C C_ O C_ Cl C_ Br C _ I(cm-1) 3000 1200 1100 800 550 5004、吸电子诱导效应使振动吸收频率升高。、吸电子诱导效应使振动吸收频率升高。(cm-1)R-C-RR-C-ClO=O=C=O1715 1815_17854、共轭

6、效应使振动吸收频率降低。、共轭效应使振动吸收频率降低。(cm-1)R-C-RR-C_ C CO=O=C=O1715 1685_1670第四节第四节 红外吸收区域红外吸收区域 及特征红外吸收峰及特征红外吸收峰1、官能团区：、官能团区：4000 1400cm-1 这个区域的吸收峰由键和官能团的伸缩振动所这个区域的吸收峰由键和官能团的伸缩振动所产生。振动频率较高，受分子中其它结构影响较小，产生。振动频率较高，受分子中其它结构影响较小，位置比较固定，对于确定分子中的官能团很有用。位置比较固定，对于确定分子中的官能团很有用。一、红外吸收区域一、红外吸收区域2、指纹区：、指纹区：1400625cm-1 该

7、区域是红外光谱中的低频区，该区域的吸收该区域是红外光谱中的低频区，该区域的吸收主要由主要由CC、CN、CO、CX键的伸缩振动键的伸缩振动和各种键的弯曲振动所产生。键的强度相差不大，和各种键的弯曲振动所产生。键的强度相差不大，吸收峰出现的区域相近。大部分键的吸收位置和强吸收峰出现的区域相近。大部分键的吸收位置和强度随化合物而异变化较大。度随化合物而异变化较大。 化合物之间微小的差别在该区域都能反映出来，化合物之间微小的差别在该区域都能反映出来，相同的化合物指纹区完全相同，因此在确认化合物时相同的化合物指纹区完全相同，因此在确认化合物时非常有用。非常有用。 该区域的谱带特别密集，犹如人的指纹故称指

8、该区域的谱带特别密集，犹如人的指纹故称指纹区。纹区。二、特征红外吸收峰二、特征红外吸收峰吸收波数吸收波数cm- 产产 吸吸 收收 的的 键键1、3750 3100O-HN-H2、3300 3000 C-H3300 C-H=3100Ar-H30303、3000 2700-CH3-CH2-CH-C _ HO=2720 , 28204、2400 2100C CC N5、1850 1650C=O6、1690 1450C= C1680-1620C= N1690-16401600-14507、1475 1300-CH3-CH2 -CH-8、1000 650=C -H-H-CH2 -面内弯曲振动面内弯曲振动

9、各种碳氢键的面外弯曲振动各种碳氢键的面外弯曲振动醛、酮、羧酸醛、酮、羧酸.第五节第五节 各类化合物的各类化合物的 红外吸收及解析红外吸收及解析通常解析红外光谱：通常解析红外光谱： 先看高频区先看高频区40001400cm-1），）， 再看低频区再看低频区1000650cm-1）。）。 先找特征峰，再找相关峰。先找特征峰，再找相关峰。特征峰：特定的键或官能团振动所产生的特征峰：特定的键或官能团振动所产生的 吸收峰。吸收峰。相关峰：通常一个基团有数种振动形式，每相关峰：通常一个基团有数种振动形式，每 种振动形式产生一个相应的吸峰。种振动形式产生一个相应的吸峰。 习惯上把这些相互依存又可相互佐习惯上

10、把这些相互依存又可相互佐 证的一组峰叫相关峰。证的一组峰叫相关峰。 例：例： RCH = CH2 可产生三种特征吸收峰可产生三种特征吸收峰 C-H=3100C= C1680-1620=C -H880这三种峰可以相互佐证，证明分子为一取这三种峰可以相互佐证，证明分子为一取代烯烃。这三种峰被叫做相关峰。代烯烃。这三种峰被叫做相关峰。一、烷烃一、烷烃C_HC_HC_H1、 30002800cm-12、 （面内（面内14751300cm-13、 （面外（面外740720cm-1 （CH2n当当 n4时：时： 在在740720cm-1会产生吸收峰。会产生吸收峰。正辛烷的红外光谱图正辛烷的红外光谱图异丙基

11、和叔丁基异丙基和叔丁基在在1375cm-1处的处的裂分情况：裂分情况：二、烯烃二、烯烃 C-H=31001.C= C1680-16202.=C -H3.（面外）（面外）990和和910两个峰两个峰8909701. =CH的伸缩振动2. C =C的伸缩振动3. -C =CH的面外弯曲H H4. 915cm-1的倍频峰1辛烯的红外光谱图辛烯的红外光谱图碳氢键的面外弯曲1000cm-1、915cm-1证明是末端烯烃3124顺顺,反反-2-辛烯的红外光谱辛烯的红外光谱1. =CH顺顺,反反-2-辛烯红外光谱的比较辛烯红外光谱的比较1. =CH2. C =C1. =CH2. C =C (3. 面外HH9

12、70cm-13. 面外HH650730cm-1三、炔三、炔 C -H3 3 0 01 .C C2. 末末 端端2140-2100 链中链中2260-22101 辛炔的红外光谱辛炔的红外光谱四、芳烃苯及其衍生物）四、芳烃苯及其衍生物）-H1.3010cm-12.1600cm-1 1580cm-11500cm-1 1450cm-1-H3.770 730cm 1 710 690cm 1为一取代苯甲苯的红外光谱甲苯的红外光谱邻二甲苯的红外光谱邻二甲苯的红外光谱770 735cm -1为邻二甲苯为邻二甲苯810 750cm 1 710 690cm 1 为间二甲苯间二甲苯的红外光谱间二甲苯的红外光谱对二甲

13、苯的红外光谱对二甲苯的红外光谱833 810cm -1为对二甲苯为对二甲苯五、醇五、醇O-H1.游离羟基吸收峰：游离羟基吸收峰： 3650-3600cm-1 （ 高而尖）高而尖）氢键缔合吸收峰：氢键缔合吸收峰： 3500-3200cm-1 （ 低而宽）低而宽）C-O2.1300 1100cm-13340cm-11100cm-1六、羰基化合物六、羰基化合物C=O18501650cm-1 羰基的伸缩振动吸收是红外羰基的伸缩振动吸收是红外光谱中最具特色的吸收。因：光谱中最具特色的吸收。因： 1、羰基极性大吸收强度高；、羰基极性大吸收强度高；2、在、在18501650cm-1区域几乎无其它区域几乎无其

14、它的吸收干扰，可以说是：独此一家，别的吸收干扰，可以说是：独此一家，别无分店。无分店。1、醛、醛C=O1.17501700cm-1-C _ HO=2.2820cm-1、 2720cm-11730cm-12820cm-12720cm-12、酮、酮C=O1.1715cm-1C = C - C=O2.1685cm-11685cm-1根据红外光谱判断化合物类型：根据红外光谱判断化合物类型：1715cm-1酮羰基酮羰基缔合羟基吸收峰：醇缔合羟基吸收峰：醇1810cm-1酰氯羰基酰氯羰基根据红外光谱判断化合物的结构式：根据红外光谱判断化合物的结构式： = 200 800nmE = 145 627KJ.mo

15、l-1 第二部分第二部分 紫外光谱紫外光谱(UV)(UV)由分子中电子能级的跃迁所产生由分子中电子能级的跃迁所产生,主要用来揭示分子中的共轭体系主要用来揭示分子中的共轭体系.讲讲 授授 提提 要要第一节第一节:朗勃朗勃-比尔定律与紫外吸收光谱图比尔定律与紫外吸收光谱图第二节第二节:电子跃迁的类型电子跃迁的类型第三节第三节:各类有机化合物的电子跃迁各类有机化合物的电子跃迁第四节第四节:紫外光谱在有机化学中的应用紫外光谱在有机化学中的应用远紫区远紫区: 4200nm近紫区近紫区: 200400nm可见光区可见光区: 400800nm紫外光谱仪所用波长紫外光谱仪所用波长: 200800nm紫外光区紫

16、外光区:4 400nm(也称真空紫外区也称真空紫外区)UV:200800nm (近紫和可见光区）近紫和可见光区）第一节第一节 朗勃朗勃- -比尔定律比尔定律 与紫外吸收光谱图与紫外吸收光谱图ECLIIA0log吸光度:A消光系数:E溶液的浓度:C液层的厚度:L溶液的浓度若用溶液的浓度若用mol/L表示表示,则消光系数用则消光系数用来表示来表示,称为摩尔消光系数称为摩尔消光系数:CLACLA 摩尔消光系数的大小摩尔消光系数的大小反映电子跃迁几率的高低反映电子跃迁几率的高低一、朗勃一、朗勃-比尔定律比尔定律max ：14.8 （吸收（吸收强度）强度） max ：279nm吸收位吸收位置）置）溶剂溶

17、剂:环己烷环己烷二、紫外吸收光谱图二、紫外吸收光谱图第二节第二节 电子跃迁的类型电子跃迁的类型*n能量能量E*E*nE*E*nE第三节第三节 各类有机化合物各类有机化合物 的电子跃迁的电子跃迁一、饱和有机化合物的电子跃迁一、饱和有机化合物的电子跃迁1、烷烃：、烷烃： CH4*max:125nm其它烷烃其它烷烃max：150nm2、含杂原子的饱和化合物、含杂原子的饱和化合物maxmax*n远远紫紫区区CH3Cl 172 CH3OH 183 150CH3OCH3 185 2520远紫区远紫区maxmaxCH3Br 204 200CH3NH 215 600CH3 I 258 365近紫区近紫区二、不

18、饱和有机化合物的电子跃迁二、不饱和有机化合物的电子跃迁1、含单个、含单个C=C*(E带带)CH2=CH2远紫区远紫区max:162nmmax:150002C=ONO2*max:188nm 远紫区远紫区*n(R带带)max:270290nmmax:10 100：.CH3CCH3=O*nmax(nm)max188 900279 14.8二、共轭体系的电子跃迁二、共轭体系的电子跃迁*（带）（带）H _ CH =CH_ H nmax(nm)max 1 162 10 1 162 10，0000002 217 212 217 21，0000003 258 353 258 35，0000004 296 52

19、4 296 52，0000005 335 1185 335 118，000000随着共轭链的延长：随着共轭链的延长： 吸收波长红移吸收波长红移 ,强度增大强度增大.二苯共轭多烯的紫外吸收光二苯共轭多烯的紫外吸收光谱谱*1234 E E乙烯分子的乙烯分子的轨道轨道乙烯分子的乙烯分子的轨道轨道1，3 丁二烯分子的丁二烯分子的轨道轨道名词解释：名词解释：助色团：带有孤对电子的原子或基团连接助色团：带有孤对电子的原子或基团连接发色团：凡是能在某一光波区域产生吸收发色团：凡是能在某一光波区域产生吸收的基团就叫发色团。的基团就叫发色团。在发色团上，使发色团吸收波长在发色团上，使发色团吸收波长红移这样的原子

20、或基团叫助色团。红移这样的原子或基团叫助色团。吸收向长波方向移动叫吸收红移，吸收向长波方向移动叫吸收红移，吸收向短波方向移动叫吸收紫移。吸收向短波方向移动叫吸收紫移。如：如：-OH、-NH2、-OR、-X等。等。四、苯的电子跃迁四、苯的电子跃迁max(nm)maxE带带 180184 4，7000K带带 200204 7000B带带 230270 204中心中心254nm苯环最重要的吸收带是苯环最重要的吸收带是B带，虽然带，虽然强度不高但具有精细结构很典型。强度不高但具有精细结构很典型。WoodwardFieser规则规则WoodwardFieser规则规则共轭体系紫外吸收位置经验计算方法共轭

21、体系紫外吸收位置经验计算方法链状二烯链状二烯基准值基准值nm）217异环二烯和异环二烯和环内外二烯环内外二烯214同环二烯同环二烯253计算举例：计算举例：CH2= C _ C = CH2H3CCH3链状二烯基准值链状二烯基准值 217 烷基取代烷基取代 （5）2（nm）计算值计算值 227实测值实测值 2261、2、同环二烯基准值同环二烯基准值 253 （nm）延伸一个共轭双键延伸一个共轭双键 +30一个环外双键一个环外双键 +5烷基取代烷基取代 （+5）3计算值计算值 303实测值实测值 304CH3COO=3、H3CCOOH（nm）异环二烯基准值异环二烯基准值 214一个环外双键一个环外双键 +5烷基取代烷基取代 （+5）4计算值计算值 239实测值实测值 2384、同环二烯基准值同环二烯基准值 253（nm）延伸二个共轭双键延伸二个共轭双键 +302烷基取代烷基取代 +5 5环外双键环外双键 +5 3计算值计算值 353实测值实测值 355CH3COO=例例1、六员环六员环，-不饱和酮基准值不饱和酮基准值 215延伸一个