红外光谱分析法

1、红外光谱分析法第1页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二一、红外光谱法的发展 19世纪初 红外光的存在 二十世纪初 不同官能团有不同红外吸收频率 1950年以后 自动记录式红外分光光度计 1970年以后 傅立叶变换型红外光谱仪红外测定技术的不断发展和完善 1、概述第2页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二二、红外光谱法的应用 有机化合物结构解析的重要手段之一红外光谱法的优点 每种化合物均有红外吸收 任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定 能提供丰富的结构信息 第3页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二三、红外光谱区域 第4页，共24页

2、，2022年，5月20日，9点39分，星期二中红外光区吸收带（2.5 25m ）是绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。远红外光区吸收带 （25 1000m ）倍频峰。第5页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二红外光区光谱常用波数表征。波长与 波数之间的关系为： （ cm-1） =104 / （ m ）中红外区的 波数范围是4000 400 cm-1 。第6页，共24页，2022年，5月2

3、0日，9点39分，星期二四、红外光谱法的特点红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。第7页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二红外吸收带的波数位置波峰的数目吸收谱带的强度分子结构特点与分子组成或化学基团的含量有关，可进行定量分析定性分析第8页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长 （ m ）和波数1/ 单位：cm-

4、1可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度；五、红外光谱与有机化合物结构第9页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二2、红外吸收光谱产生的条件 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：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩，红外活性。 偶极子在交变电场中的作用示意图第10页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二3、分子振动方程式分子的振动能级（量子化）： E振=（V+

5、1/2）hV ：化学键的 振动频率； ：振动量子数。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11页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二第12页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二 任意两个相邻的能级间的能量差为：第13页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二 K化学键的力常数，与键能和键长有关， 为双原子的折合质量 =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合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。第14页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二表 某些键的伸缩力常

6、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15页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二 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16页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二4、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molec

7、ular1两类基本振动形式伸缩振动 亚甲基：变形振动 亚甲基第17页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二 一般分成两类：伸缩振动和变形振动。（1）伸缩振动 原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动称为伸缩振动，用符号表示。 它又可以分为对称伸缩振动（ s）和不对称伸缩振动（ as ）。 对同一基团，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。 振动的基本形式第18页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二（2）变形振动（又称弯曲振动或变角振动） 基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动，用符号表示。 变形振动又分为面内变形和面外变形振动。 面内变形

8、振动又分为剪式（以表示）和平面摇摆振动（以表示）。 面外变形振动又分为非平面摇摆（以表示）和扭曲振动（以表示）。第19页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二讨论：二氧化碳分子的振动方式有几种？哪些具有红外活性？乙烯分子具有的振动方式中，哪些具有红外活性？ 第20页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二O C O对称伸缩O C O反对称伸缩O C O面内变形O C O面外变形（2349cm-1)（667cm-1)（667cm-1)第21页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二 CCHHHH CCHHHH CCHHHH CCHHHH(1)(2)(3)(4)第22页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二 CCHHHH CCHHHH CCHHHH CCHHHH(5)(6)(7)(8)第23页，共24页，2022年，5月20日，9点39分，星期二3.影响峰数减少的原因实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数，这