第二章-红外PPT课件

.,1,第二章红外吸收光谱,红外光区分三个区段：近红外区：0.82.5m(133334000cm-1),泛音区（用于研究单键的倍频、组频吸收）中红外区：2.525m，4000400cm-1,基频振动区,一般所称的红外区（各种基团基频振动吸收）远红外区：25m以上，转动区（价键转动、晶格转动),红外光:介于可见光与微波之间的电磁波.其波长范围为0.81000m,一.红外光区电磁波谱与光谱表示法,1.红外光区电磁波谱,.,2,红外光谱的概念：用连续波长(波长2.525m,频率4000400cm-1)的红外光光波照射样品，引起分子内振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱,用IR表示.,2.红外光谱产生条件及红外光谱表示方法,红外光谱的产生条件：(1).辐射光的频率与分子振动的频率相当,才能被吸收产生红外光谱.(2).振动过程中能引起分子偶极矩变化的分子才能产生红外吸收光谱.,例如:H2,O2,N2等双原子分子振动不引起偶极矩变化,无红外吸收.,其键伸缩振动不引起偶极矩变化,无红外吸收.,.,3,红外光谱表示方法：常用坐标曲线表示法.横坐标:表示吸收峰的位置,用波数(cm-1,4000400cm-1)或波长(m,2.525m)作量度.纵坐标:表示吸收峰的强弱,用百分透过率(T%)或吸光度(A)作量度单位.,正己烷的红外光谱,.,4,红外吸收强度及其表示符号,红外吸收峰形状,宽峰,尖峰,肩峰,双峰,.,5,红外吸收光谱中各种主要基团的伸缩振动大致分布图,二.红外光谱的应用,1.通过红外光谱图的比较,可以判断是否是同一种化合物.2.可以获取分子中各种结构信息,特别是官能团信息.,例如:3000150cm-1区域的任何吸收,都可以归结为C-H伸缩振动.1715100cm-1区域的任何强吸收,基本上都可以归结为C=O伸缩振动.,.,6,剪式振动,平面摇摆,非平面摇摆,扭曲振动,对称伸缩振动(as),不对称伸缩振动(s),伸缩振动,面内弯曲(面内),面外弯曲(面外),弯曲振动,振动类型,高频区,低频区,三分子的振动类型,亚甲基的振动形式,键角不变,键长改变,键长不变,键角改变,.,7,甲基的振动形式,弯曲振动,s(CH3)1380-1as(CH3)1460-1,伸缩振动,s(CH3)as(CH3)2870-12960-1,.,8,四化学键的性质对红外吸收的影响,双原子分子的振动方式:伸缩振动.,如果把双原子分子粗略地看成弹簧谐振子,那么化学键的伸缩振动就是两个原子核在键轴方向上的简谐振动.,根据虎克定律,K:化学键的力常数,Nm-1:化学键的折合质量,kgm1、m2:化学键连结的两个原子核的质量,kg,.,9,c:光速,31010cm/sK:Nm-1:原子质量单位为单位,影响吸收频率的因数,(1).键的力常数K的影响.化学键键能越大力常数越大振动频率,a:成键方式的影响,.,10,b:振动类型的影响,c:杂化状态的影响,.,11,d:诱导效应的影响,电负性原子或基团通过静电诱导作用,引起分子中化学键的电子云分布变化,而改变力常数,强极性键,X(吸电子基),极性降低,双键性质加强,力常数增加,吸收向高波数移动,X(推电子基),吸收向低波数移动,.,12,e:共轭效应的影响,共轭效应使共轭体系中电子云密度平均化,双键的键略变长,单键的键长略变短,从而改变力常数.,双键性质减弱,.,13,f:诱导效应和共轭效应的共同影响,分子中同时存在诱导效应和共轭效应,吸收峰的位移取决于影响较大的那一个效应的影响.,.,14,g:氢键效应的影响,氢键的形成,使X-H键变长,键的力常数减小伸缩振动频率向低波数移动,且吸收强度变大,峰带变宽.,氢键对氢键给体的影响较大,对氢键受体的影响相对较小.,形成分子内氢键,未形成分子内氢键,分子内氢键,.,15,分子间氢键,分子间氢键是否能够形成以及缔合程度有多大与该化合物的浓度有密切关系,例如:环己醇,浓度0.01mol/L的CCl4稀溶液中-不形成分子间氢键浓度0.1mol/L的CCl4溶液中-形成二聚体和多聚体的吸收浓度1.0mol/L的CCl4溶液中-几乎都是多聚体,不同浓度环己醇的IR光谱,游离,游离,二聚体,多聚体,多聚体,.,16,h:环张力的影响,当环有张力时,环内各键削弱(C-C键成弯曲键,P电子成分增高),键角的缩小使双键性减弱,环内双键伸缩振动频率下降,而环外双键伸缩振动频率增高.,.,17,(2).原子质量的影响值,振动频率,与碳原子相连的原子质量增加,振动频率相应减小,.,18,吸收峰比较稀疏,易于辨认,有机物各种官能团的吸收都在此区,吸收峰密集,难以辨认,但如同人的指纹一样,化合物结构上的细微变化都有反映,五各类有机化合物红外特征吸收频率,.,19,不仅要注意特征官能团的位置.而且还要注意观察峰的形状和强度.,红外吸收光谱中各种主要基团的大致分布图,.,20,例如,C=O/cm-1-18501630C=C/cm-1-16801620,强,弱,例如,O-H/cm-1:36503200N-H/cm-1:350033001,强,宽而散,强,尖峰(单或双峰),.,21,1.碳氢化合物的特征吸收频率,(1).烷烃和环烷烃,.,22,炔烃：3300cm-1，峰很尖锐与OH和NH有重叠；,烯烃、芳烃：31003000cm-1两种氢易于混淆,.,23,例1:正己醇的红外光谱图(KBr压片法),注意:结晶水的-O-H伸缩振动在36003000cm-1,对醇羟基和酚羟基的判别有干扰,通过16701600cm-1出现的H-O-H弯曲振动峰加以区分,.,24,例3:对甲基苯酚的红外光谱图(KBr压片法),例2:2-丁醇的红外光谱图(KBr压片法),.,25,3.醚类的特征吸收频率,例1:丁醚的红外光谱图(KBr压片法),(一般1240cm-1,强吸收),.,26,例2:苯甲醚的红外光谱图(KBr压片法),.,27,4.羰基化合物的特征吸收频率,C=O:18701650-1(s,较窄),位置较为恒定,干扰少.,.醛,.,28,例1:正壬醛的红外光谱图(KBr压片法),例2:2-丁烯醛的红外光谱图(KBr压片法),.,29,例3:苯甲醛的红外光谱图(KBr压片法),.,30,.酮,例如,酮式C=O:1727,1707cm-1,烯醇式C=O:1616cm-1,.,31,例1:4-甲基-3-戊烯-2-酮的红外光谱图(KBr压片法),例2:苯乙酮的红外光谱图(KBr压片法),.,32,例3:环戊酮的红外光谱图(KBr压片法),例4:2,4-戊二酮的红外光谱图(KBr压片法),.,33,.羧酸,.,34,例1:2-甲基丙酸的红外光谱图(KBr压片法),例2:苯甲酸的红外光谱图(KBr压片法),.,35,(4).酯,.,36,.,37,酯类的C-O-C谱带,.,38,例1:丁酸乙酯的红外光谱图(KBr压片法),例2:2-甲基丙烯酸甲酯的红外光谱图(KBr压片法),.,39,例3:乙酸乙烯酯的红外光谱图(KBr压片法),.,40,例4:苯甲酸甲酯的红外光谱图(KBr压片法),例5:邻羟基苯甲酸甲酯的红外光谱图(KBr压片法),.,41,(5).酰胺,.,42,例1:丁酰胺的红外光谱图(KBr压片法),例2:N-甲基乙酰胺的红外光谱图(KBr压片法),.,43,6.胺的特征吸收频率,.,44,例1:丁胺的红外光谱图(KBr压片法),例2:二丁基胺的红外光谱图(KBr压片法),.,45,例3:三丁胺的红外光谱图(KBr压片法),例4:N-甲基苯胺的红外光谱图(KBr压片法),.,46,红外光谱的八个峰区,.,47,六红外吸收光谱的应用,1有机化合物的鉴定,测定红外光谱时注意事项:,样品纯度需大于98%尽可能使用与标准谱图相同分辨率和精度的仪器必需在与标准谱图相同的测量条件下测定注意避免”杂质峰”的出现,.,48,2未知物的结构测定,(1).先观察是否存在C=O(18201660cm-1,s)(2).如果有C=O,确定下列状况.羧酸是否存在O-H(34002400cm-1,宽峰,往往与C-H重叠)酰胺是否存在N-H(3400cm-1附近有中等强度吸收;有时是同等强度的两个吸收峰酯是否存在C-O(13001000cm-1有强吸收)酸酐1810和1760cm-1附近有两个强的C=O吸收醛是否存在O=C-H(2850和2750附近有两个弱的吸收)酮没有前面所提的吸收峰,.,49,(3).如果没有C=O,确定下列状况.醇、酚是否存在O-H(34003300cm-1,宽峰;13001000附近的C-O吸收)胺是否存在N-H(3400cm-1附近有中等强度吸收;有时是同等强度的两个吸收醚是否存在C-O(13001000cm-1有强吸收,并确认34003300cm-1附近是否有O-H吸收峰)(4).观察是否有C=C或芳环C=C:1650cm-1附近有弱的吸收芳环:16001450cm-1范围内有几个中等或强吸收结合31003000cm-1的C-H伸缩振动,确定C=C或芳环.,.,50,(5).观察是否有CC或CN腈是否存在CN(2250cm-1附近有弱峰)炔是否存在CC(2150cm-1附近有尖的弱峰;并在3300cm-1注意观察C-H吸收峰(6).观察是否有NO2在16001530cm-