概述及红外基本原理

1、概述及红外基本原理第1页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱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m中红外区2.5-25 m远红外区25-1000 m第一节 概述第2页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四能级跃迁 电子能级间跃迁的同时，总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。第3页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四纵坐标为透过率%，横坐标为波长 （ m ）或波数1/( 单位：cm-1 )。可以用

2、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。定量：特征峰的强度；红外光谱图第4页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四第二节 红外吸收光谱产生的条件 condition of Infrared absorption spectroscopy (1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)分子振动时有瞬间偶极矩变化。红外活性 infrared active有偶极矩变化，有红外活性。如H2O，HCl, CO2(动画)非红外活性 infrared inactive没有偶极矩变化，辐射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2

3、等。第5页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四例2CO2分子（有一种振动无红外活性）(动画)第6页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四一. 分子振动方程式分子的振动能级（量子化）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第7页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四 任意两个相邻的能级间的能量差为： K 化学键的力常数（force constant），与键能和键长有关， 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端原子的折合质量和键的力常数，即取决于

4、分子的结构特征。第8页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）键类型 CC C =C C C 力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位 4.5m 6.0 m 7.0 m 化学键键强越强（即键的力常数 K 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。第9页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四 例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为9.6, 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10页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四二、分

5、子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecule1两类基本振动形式伸缩振动 ： 不对称伸缩 对称伸缩变形振动： 面内变形in plane 面外变形out-of-plane 亚甲基(动画)第11页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四甲基的振动形式伸缩振动Stretching vibration 变形振动 Deformation vibration 对称s(CH3)1380-1 不对称as(CH3)1460-1对称 不对称s(CH3) as(CH3)2870 -1 2960-1第12页，共17页，2022年，5月20日，6点

6、15分，星期四醇的振动形式第13页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四例水分子（非对称分子）（1）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、峰数与峰强第14页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四（3）峰强 intensity of Infrared absorption问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？吸收峰强度 偶极矩变化值的平方偶极矩变化又与结构对称性有关；对称性差 偶极矩变化大 吸收峰强度大符号：s(强)；m(中)；w(弱)红外吸收峰强度比紫外吸收峰小23个数量级；第15页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四B. 不对称伸缩 对称伸缩 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；一般规律：瞬间偶极距变化大，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；第16页，共17页，2022年，5月20日，6点15分，星期四 （CH3）293