红外光谱法与光谱法

1、关于红外光谱法和光谱法第一张，PPT共四十页，创作于2022年6月第二张，PPT共四十页，创作于2022年6月一、 红外光区划分中红外(振动区)(2.525 m)倍频分子振动转动分子转动（常用区）128204000/cm-140010/cm-14000400/cm-1近红外(泛频）(0.782.5 m)红外光谱(0.781000m)远红外(转动区)(25-1000 m)8.1 概述第三张，PPT共四十页，创作于2022年6月二、IR法的特点IR法研究对象广泛：除单原子及同核双原子分子（Ne、He、N2、O2、H2）外，几乎所有化合物均有红外吸收；IR法可对物质的组成和结构特征提供非常丰富的信息

2、；朗伯-比尔定律仍然成立，但一般不用于定量分析；IR法分析特征性强：试样可以是固、液、气态，且用量少、不破坏样品，分析速度快。与色谱等联用具有强大的定性功能。第四张，PPT共四十页，创作于2022年6月三、红外光谱的表示方法：1、坐标：T-或T-作图，注意单位2、特征：吸收峰朝下下图为苯酚的红外光谱。注意换算公式：T(%)第五张，PPT共四十页，创作于2022年6月8.2 红外吸收基本原理一、双原子分子的振动谐振子理想状况下1、两原子组成的基团振动吸收峰的位置 =Ar1Ar2/（Ar1+Ar2）NL 原子的折合摩尔质量：Ar = Ar1Ar2/（Ar1+Ar2） k：弹簧的力常数或化学键的键常

3、数，N/cm：弹簧两端的小球m1、m2的折合质量或两个原子的折合质量，g。第六张，PPT共四十页，创作于2022年6月例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9N/cm令其为9.6N/cm, 计算波数值。正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1。第七张，PPT共四十页，创作于2022年6月影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数k和折合原子质量。k 大，化学键的振动波数高，如:CC(2222cm-1) C=C(1667cm-1) C-C (1429cm-1)（相近）大，化学键的振动波数低，如:C-C(1430cm-1)C-N(1330cm-1)C-O (1280c

4、m-1) (力常数相近）2、分子的振动能（略）第八张，PPT共四十页，创作于2022年6月非谐振子1、当v较小时，双原子分子可用谐振子的规律描述。2、基频峰：由v=0到v=1跃迁时所产生的吸收峰。吸收强度大。3、倍频峰： 由v = 0到v = 2，3，跃迁时所产生的吸收峰分别称为第一、二、 倍频峰。吸收强度弱。4、实际分子相邻振动能级差Ev并不相等，故倍频峰频率并非相应基频峰频率的整数倍。第九张，PPT共四十页，创作于2022年6月二、分子的振动双原子分子：伸缩振动（）多原子分子振动类型：可分为伸缩振动和变形振动。伸缩振动又可分为对称伸缩振动（ s）和不对称伸缩振动（ as）。变形振动又分为面

5、内变形和面外变形振动。面内变形振动又分为剪式（）和平面摇摆振动（）。面外变形振动又分为非平面摇摆（）和扭曲振动（）。FLASH：水分子、CO2的振动第十张，PPT共四十页，创作于2022年6月振动自由度：分子的运动包括平动、转动和振动三部分。运动自由度 = 平动自由度 + 转动自由度 + 振动自由度对于N个原子组成的分子，有：3N=3 + 2（线型）或3（非线型）+振动自由度非线型分子基本振动理论数 = 3N 6线型分子基本振动理论数 = 3N 5判断水、二氧化碳、甲烷、苯、乙炔的基本振动理论数。第十一张，PPT共四十页，创作于2022年6月第十二张，PPT共四十页，创作于2022年6月三、红

6、外吸收产生的条件：1、辐射应刚好满足振动跃迁所需的能量。2、分子的瞬间偶极矩发生变化。红外活性和非红外活性：若振动过程中偶极矩发生变化，则振动具有红外活性；否则为非红外活性。红外活性和非红外活性的判断：如CO2通常，红外光谱图中吸收峰数目与分子振动理论数不相等。原因：p144然而，倍频峰、组频峰的存在，又增加了一些吸收峰。第十三张，PPT共四十页，创作于2022年6月四、吸收谱带的强度：1、分子振动时偶极矩的变化：分子的对称性， ，2，峰2、跃迁几率：总体上，红外吸收峰比紫外-可见吸收峰弱基频峰，倍频峰 100 非常强峰（vs）20 100 强峰（s）10 20 中强峰（m）1 10 弱峰（w

7、）1735cm-1RCOOH： （-I效应） 1731cm-1RCONH2：（+C效应） 1680cm-1C=O/cm-1：酰卤酸酐酯酸醛酮酰胺第二十四张，PPT共四十页，创作于2022年6月2、氢键效应形成氢键使电子云密度平均化，体系能量，其强度但峰形变宽。形成分子间氢键：受溶液浓度影响，c ，其强度但峰形变宽。形成分子内氢键：不受溶液浓度影响。如：羧酸：气态或非极性溶剂中不形成氢键，在固态、液态时形成分子间氢键， ，在极性溶剂中更多。第二十五张，PPT共四十页，创作于2022年6月3、物质状态及制样方法通常，物质由固态向气态变化，波数。如丙酮在液态时，C=O=1718cm-1; 气态时C=

8、O=1742cm-1。4、溶剂效应极性如羧酸中的羰基C=O：气态时： C=O=1780cm-1非极性溶剂： C=O=1760cm-1乙醚溶剂： C=O=1735cm-1乙醇溶剂： C=O=1720cm-1因此红外光谱通常需在非极性溶剂中测量。第二十六张，PPT共四十页，创作于2022年6月一、红外光谱定性分析的一般过程已知物及其纯度的定性鉴定：与纯物质的标准图谱比较条件相同，比较峰位、峰形和峰强未知物的结构分析：1、收集试样的有关资料和数据：纯度、外观、来源、元素分析及物性2、确定未知物的不饱和度 ：8.5 红外光谱法分析及应用第二十七张，PPT共四十页，创作于2022年6月例：计算C3H5N

9、O、C3H5Cl的不饱和度（2、1)3、图谱解析：（1）三要素：峰位、峰形和峰强（2）普查图谱：先特征，后指纹；一抓一组相关峰；先最强，后次强；先否定，后肯定；先粗查，后细查。第二十八张，PPT共四十页，创作于2022年6月几种标准图谱集最常见的标准图谱有三种1. 萨特勒（Sadtler）标准红外光谱集 美国sadtler research laborationies 编辑出版的。收集的图谱最多2. 分子光谱文献“DMS”穿孔卡片 英国和德国联合编制3. “API”红外光谱资料 美国石油研究所（ API ）编制。主要是烃类化合物的光谱第二十九张，PPT共四十页，创作于2022年6月332030

10、25292116001515144113701237817分子式：C7H8O2867二、红外光谱的图谱解析实例第三十张，PPT共四十页，创作于2022年6月（1）计算不饱和度 =1+8+1/2（0-10）=4，可能含苯环例2：化合物C8H10O的红外光谱如下图，推测其结构式图谱解析实例第三十一张，PPT共四十页，创作于2022年6月3350缔合-OH1005C-O2935,2855CH216151500750,700A/cm-1（2）3350cm-1强而宽的吸收带，缔合-OH。 OH，1005 cm-1吸收峰 C-O，醇类化合物（3）3000 cm-1多重弱峰 CH，1615，1500 cm-

11、1吸收峰C=C；750，700 CH 单取代（4）2935，2855 cm-1有吸收峰，饱和烷基CH吸收峰，1380 cm-1无吸收峰，说明不含-CH3，1460 cm-1是-CH2-的 CH214603000第三十二张，PPT共四十页，创作于2022年6月经推测C8H10O的结构为第三十三张，PPT共四十页，创作于2022年6月（1）计算不饱和度 =1+8+1/2（0-16）=1，可能含C=C例3 未知物分子式为C8H16，其红外光谱图如图所示，试推测其结构图谱解析实例第三十四张，PPT共四十页，创作于2022年6月 C=CH 3079cm-1 处有吸收峰，C=C 1642 cm-1处, 该

12、化合物中存在烯基。 波数/cm-1910cm-1、993 cm-1 C-H弯曲振动3079cm-1 C=C-H伸缩振动1642cm-1C =C伸缩振动 30002800cm-1 1460,1380cm-1处有吸收峰,CH3,CH2 CH 910cm-1、993 cm-1处说明该化合物有末端乙烯基。未知物为直链末端烯烃，即1-辛烯。1460,1380 cm-1 C-H弯曲振动第三十五张，PPT共四十页，创作于2022年6月图谱解析实例 例4：由元素分析某化合物的分子式为C4H6O2，测得红外光谱如图，试推测其结构。 第三十六张，PPT共四十页，创作于2022年6月 解： 由分子式计算不饱和度 =

13、 46/21= 2 特征区：3070cm-1有弱的不饱和CH伸缩振动吸收，与1 650cm-1的vc=c 谱带对应表明有烯键存在，谱带较弱，是被极化了的烯键。 1765cm-1强吸收谱带表明有羰基存在，结合最强吸收谱带1 230cm-1和1 140cm-1的C-O-C吸收应为酯基。 这个化合物属不饱和酯，根据分子式有如下结构： （1） CH2=CHCOOCH3 丙烯酸甲酯 （2） CH3COOCH=CH2 醋酸乙烯酯第三十七张，PPT共四十页，创作于2022年6月 这两种结构的烯键都受到邻近基团的极化，吸收强度较高。 普通酯的vC=O在1 745cm-1附近，结构（1）由于共轭效应vC=O频率较低，估计在1700cm-1左右，且甲基的对称变形振动频率在1 440cm-1处，与谱图不符。谱图的特点与结构（2）一致，vC=O频率较高以及甲基对称变形振动吸收向低频位移（1 365cm-1），强度增加，表明有CH3COC结构单元。vsC-O-C升高至1 140cm-1处。且强度增加，表明不饱和酯。 指纹区：=CH