高教版仪器分析第十章 红外吸收光谱分析.ppt

第十章红外吸收光谱分析 电磁辐射按波长顺序排列 称电磁波谱 10 1红外吸收光谱分析概述 二 红外光谱的作用 1 可以确定化合物的类别 芳香类 2 确定官能团 例 CO C C C C 3 推测分子结构 简单化合物 4 定量分析 三 红外光谱图表示形式的意义 T 曲线 前疏后密 T 曲线 前密后疏 10 2红外吸收光谱的产生条件 1 辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量 2 辐射与物质之回有偶合 coupling 作用 相互作用 红外区的光谱除用波长 表征外 更常用波数 wavenumber 表征 这个体系的振动频率 以波数表示 用经典力学 虎克定律 可导出如下公式 10 3分子振动方程式 对于具有相似质量的原子基团来说 振动频率与力常数成正比 已测得单键 k 4 6N cm 1双键 k 8 12N cm 1叁键 k 12 18N cm 1因此可举例比较如下 对于C C k 15N cm 1 M 6 2062cm 1 对于C C k l0N cm l M 6 1683cm l 对于C C k 5N cm 1 M 6 1190cm l 10 4分子振动的形式 设分子由n个原子组成 振动形式应有 3n 6 种 但对于直线型分子 振动形式为 3n 5 种 二氧化碳分子的振动 1 对称伸缩振动 2 反对称伸缩振动 as 2349cm 1 3 面内弯曲振动 4 面外弯曲振动 3 和 4 两种振动产生简并 亚甲基 CH2 红外吸收谱带都比较少 其原因为 有些振动是非红外活性的 发生简并现象 有的因检测仪器的灵敏度不足 有的能量太低 10 5红外光谱的吸收强度 根据量子理论 红外光谱的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比 对于同一类型的化学键 偶极矩的变化与结构的对称性有关 溶剂效应 谱带的强度还与振动形式有关 10 6红外光谱的特征性 基团频率 同一类型的化学键的振动频率是非常相近的 这全与一定的结构单元相联系的振动频率称为基团频率 1 X H伸缩振动区 4000 2500cm 1 通常又称为 氢键区 2 叁键和累积双键区 2500 1900cm 1 3 双键伸缩振动区 1900 1200cm 1 4 X Y伸缩振动及X H变形振动区 单键区 1650cm 1 中红外区是红外分析的主要范围 烷烃1 C H伸缩振动2 C H弯曲振动3 C C骨架振动 二 常见有机化合物基团的特征频率 一 脂肪烃类化合物 4 甲基与芳环或杂原子相连 烯烃 1 C H振动2 C C骨架振动 顺式 反式取代基完全对称时 峰消失 3 发生 共轭或n 共轭 共轭效应将使吸收峰位移向低波数区10 30cm 1 炔烃 1 C H振动2 C C骨架振动 取代基完全对称时 峰消失 二 芳香族化合物 1 芳氢伸缩振动2 芳环骨架伸缩振动 确定苯环存在 3 芳氢弯曲振动 判断苯的取代形式 单取代双取代邻取代对取代间取代多取代 1 单取代 含5个相邻H 2 双取代 邻取代 4个相邻H 间取代 3个相邻H 1个孤立H 对取代 2个相邻H 3 多取代 三 醇 酚 醚 1 O H伸缩振动 2 C O伸缩振动 醇 酚 注 酚还具有苯环特征 醚 1 链醚和环醚2 芳醚和烯醚 四 羰基化合物 1 酮2 醛3 酰氯 酮 醛 酰氯 共轭效应使吸收峰 低波数区环酮 环张力 吸收峰 高波数区 共轭效应使吸收峰 低波数区双峰原因 费米共振 诱导效应使吸收峰 高波数区 峰位排序 酸酐 酰卤 羧酸 游离 酯类 醛 酮 酰胺 1 羧酸2 酯3 酸酐 羧酸 酯 酸酐 五 含氮化合物 胺 特征区分 酰胺 特征区分 注 共轭 诱导 波数 示例 硝基 腈 1 特征区 特征频谱区 4000 1250cm 1的高频区包含H的各种单键 双键和三键的伸缩振动及面内弯曲振动特点 吸收峰稀疏 较强 易辨认 2 指纹区 1250 400cm 1的低频区包含C X X O H N 单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动特点 吸收峰密集 难辨认 指纹 特征区与指纹区 某化合物的分子式为C8H14 其红外光谱如下图所示 试进行解释并判断其结构 求化合物的不饱和度表明化合物无苯环 可能有二个双键或一个三键 光谱解析 1600 1650cm 1无吸收峰 故无双键 这可能有三键 是炔类化合物 3300cm 1有尖锐吸收峰 2100cm 1处有吸收峰 证实有炔键及与其连接的C H 即C C H基 余下的吸收峰为 CH3及的伸缩吸收峰及弯曲吸收峰 而1370cm 1峰无分裂 表明无Me2CH 及Me3C 的结构 720cm 1有吸收 表明分子中有 n 4的键状结构 推断结构综上所述 化合物为即辛炔 1 10 7影响基团频率位移的因素 1 基本振动频率 一 吸收峰的位置 峰位 即振动能级跃迁所吸收的红外线的波长或波数 2 基频峰分布图 二 影响吸收峰位的因素 1 内部因素 1 诱导效应 吸电效应 使振动频率移向高波数区 2 共轭效应 使振动频率移向低波数区 3 氢键效应 使伸缩频率降低 分子内氢键 对峰位的影响大不受浓度影响 分子间氢键 受浓度影响较大浓度稀释 吸收峰位发生变化 4 杂化的影响 杂化轨道中s轨道成分 键能 键长 5 分子互变结构 6 振动偶合 7 费米共振 如苯甲酰氯中与C O相连的C C变形振动 C C 870cm 1 的倍频与C O伸缩振动的基频 C O 1774cm 1 发生费米共振 因而导致C O吸收峰分裂为两个峰 出现在1773及1736cm 1 空间效应 空间效应是一些空间因素引起的对基团振动频率的影响 如化合物成环 基团引入对分子空间的影响等 主要有环张力效应 空间阻碍作用及分子偶极场作用等 环张力效应 空间阻碍作用 分子的偶极场作用 2 外部因素 受溶剂的极性和仪器色散元件性能影响 溶剂极性 极性基团的伸缩振动频率 色散元件性能优劣影响相邻峰的分辨率 10 8红外光谱定性分析 官能团定性结构分析 有一无色液体 其化学式为C8H8O 红外光谱如下图所示 试推测其结构 1 计算不饱和度 2 各峰的归宿 有一种液态化合物 相对分子质量为58 它只含有C H和O三种元素 其红外光谱如下图所示 试推测其结构 有一化合物 化学式为C7H8O 具有如下的红外光谱特征 在下列波数处有吸收峰 3040 1010 3380 2935 1465 690和740 在下列波数处无吸收峰 1735 2720 1380 1182 请鉴别存在的 及不存在 的每一吸收峰所属的基团 并写出该化合物的结构式 则化合物可能有苯环 存在的吸收峰可能所属的基团为 苯环上