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第6章 红外光谱法 Infraredspectroscopy IR 1 本章内容 4 1分子的振动和红外吸收光谱4 2红外光谱仪4 3有机物结构与红外光谱的关系4 4红外光谱法的应用4 5红外光谱新技术 2 4 1分子的振动和红外吸收光谱法 1 双原子分子振动2 多原子分子振动3 红外光谱的产生4 红外光谱的强度 3 4 1 1双原子分子振动 经典力学解释 质量分别为m1和m2的原子 依靠类似弹簧的化学键连在一起 m1 m2 4 分子振动的频率 振动频率HZK 键力常数 折合质量 分子振动频率 5 h 6 入射光频率与分子振动频率相等时 分子将吸收入射光 振动振幅加大 产生吸收光谱 因此 吸收光谱的频率为 例 H Cl键振动 7 从量子力学观点解释 振动能级是量子化的 不是连续的 振动能级能量 V 振动量子数 8 V 0 1 2 3 当入射光子的能量为两个能级之差时 光子被吸收 振动能级跃迁光子的振动频率与经典力学结论类似 9 4 1 2多原子分子振动 伸缩振动对称伸缩振动反对称伸缩振动 弯曲振动剪式振动摇摆振动扭曲振动 10 对称伸缩振动 以 CH3为例 11 反对称伸缩振动 12 剪式振动 13 摇摆振动 14 扭曲振动 15 每一种振动对应一种频率的红外光的吸收 一个分子振动会产生很多频率的吸收 形成分子的红外吸收光谱 4 1 3红外光谱的产生 16 红外吸收光谱 17 波长与波数 波长 c 波数 1 cm 每cm中波的个数 18 红外光谱的波数范围 波长 2 5 15 波数 4000 650cm 1 19 4 1 4红外光谱的强度1偶极矩变化红外吸收光谱强度取决于振动时偶极矩变化的大小 偶极矩变化大 吸收强度强 偶极矩变化小 吸收强度弱 偶极矩不变 吸收强度为零 以CH3 CH3和CO2为例说明 2振动简并3仪器检测灵敏度4检测的波长范围 20 4 1 4红外光谱法定性分析基础 官能团与特征吸收频率2影响官能团吸收频率的因素 21 红外光谱图的六个区域 4000 2500cm 1X H伸缩振动区2500 2000cm 1三键伸缩振动区2000 1500cm 1双键伸缩振动区1500 1300cm 1C H弯曲振动区1300 910cm 1单键伸缩振动区910cm 1以下苯环取代 22 4000 2500cm 1X H伸缩振动 X O N C OH伸缩 3200 3650cm 1NH伸缩 3300 3500cm 1CH伸缩 3000cm 1饱和3000cm 1 23 OH伸缩振动 游离OH 缔合OH 3600 中 3300 强 宽 24 NH伸缩振动 NH2 NH 3200 中 3400 中 3300 中 25 CH伸缩振动 饱和C 2960 2925 2870 2850 26 CH伸缩振动 不饱和C 烯 苯 3080 中 3030 弱 27 2500 2000cm 1三键和垒积双键伸缩振动 炔 C C C N O C O 反对称体 2140 中 2240 中 2350 中 28 2000 1500cm 1双键伸缩振动 羰基 芳环 C C双键 1740 强 1600 中 1500 中 1640 强 29 1500 1300cm 1C H弯曲振动 CH3 C CH3CH3 CH2 1460 1380 中 1460 中 1375 30 1300 910cm 1单键伸缩振动区C O醇 酚 醚 31 910cm 1以下取代苯C H弯曲 单取代 770 730 710 6901 2取代 7701 3取代 810 750 710 6901 4取代 830 8101 3 5取代 910 8401 2 4取代 810 850 900 32 影响官能团吸收频率的因素1 诱导效应2 共轭效应3 氢键的影响 33 4 2红外光谱仪 4 2 1色散型红外光谱仪4 2 2傅里叶变换型红外光谱仪 34 4 2 1色散型红外光谱仪 光源 镍铬丝圈 硅碳棒 能斯特灯分光器 光栅吸收池 样品台 KBr或Nacl检测器 热电偶 高莱池 硫酸三苷肽 35 色散型红外光谱仪 36 色散型红外光谱仪缺点 扫描速度慢 一个谱需约4分钟灵敏度差分辩率低 37 4 2 2傅里叶变换型红外光谱仪 FouriertransformInfraredspectroscopy FTIR 光源 同色散型红外光谱仪麦克尔逊干涉仪 动镜定镜分束器吸收池 液体吸收池盐片检测器 计算机 38 傅立叶变换红外光谱仪 39 4 2 3样品制备 涂膜法压片法 40 4 4红外光谱法应用 4 4 1有机化合物结构分析1目标化合物验证 样品制备 做红外光谱图 查红外标准谱图 41 萨特勒红外标准谱 theSadtelerstandardspectra IR索引 分子组成式C H O N化合物名称 42 2 未知物定性分析 谱图解析方法 根据分子式 如果有 计算不饱和度 根据吸收峰确定官能团 根据官能团和分子式 给出可能的结构 根据其他信息给出最终结构式 43 谱图解析例1 某化合物分子式为C4H8O2 谱图如下 求结构 44 3000cm 1CH2 CH3 1740cm 1C 0 1470CH2 1375CH3 1239C O C 解释 45 可能的结构 CH3 C C2H5 O O HC O O C3H7 C2H5 C CH3 O O 46 最后判断 查标准谱图sadtler标准谱图 用标准样品 进一步分析谱图或借助其他信息 47 谱图解析例2 某化合物分子式为C8H10 谱图如下 求结构 48 4 4 2化合物定量