红外光谱解析

1、第十三章 红外与紫外光谱,第十三章 红外与紫外光谱,第一部分 红外光谱(IR,红外光谱(IR): E = 4 63KJ.mol-1 = 2 15m = 625400cm-1,由分子中振动能级的跃迁而产 生, 用来确定分子中的官能团,讲授提要,第一节:基本原理与分子中原子的振动类型,第二节:红外光谱的表示,第三节:影响红外吸收的主要因素,第四节:红外吸收区域及特征红外吸收,第五节:各类化合物的红外吸收及谱图解析,第一节 基本原理与分子中 原子的振动类型,一、基本原理,双原子分子振动示意图,该振动符合物理学上的简偕运动，遵从虎克定律,虎克定律,振动频率 ：力常数（这里可看作是键能） m1、m2：分

2、别为两个原子的质量 ： 原子的折合质量,从上式可看出：振动频率与键能成正比，与原子的折合质量成反比,二、分子中原子的振动类型,伸缩振动,面内弯曲,面外弯曲,弯曲振动,键角不变,键长改变,键长不变,键角改变,高频区,低频区,as,s,面内,面外,多原子分子振动的方式为: 3n-6种(n:分子中原子的数目),理应产生3n-6个吸收峰,实际上吸收峰的数目要少于3n-6个,原因如下,1、偶极矩不发生变化的振动不产生吸收如,2、频率相同的峰彼此重叠,3、强的宽峰掩盖与它频率相近的弱峰,4、有时吸收频率在仪器的工作频率之外,不产生吸收,第二节 红外光谱的表示,横坐标:波长()、波数()表示吸收的位置,纵坐

3、标:透射百分率(T)或吸光度（A）表示吸收的强度,第三节 影响红外吸收的主要因素,记住虎克定律的意义：振动频率与键能成正比，与 原子的折合质量成反比,1、化学键的强度越大，振动吸收频率越高,2、轨道中S成分越多，键的强度越大，吸收频率越高,3、原子的质量越大，振动吸收频率越低,4、吸电子诱导效应使振动吸收频率升高,4、共轭效应使振动吸收频率降低,第四节 红外吸收区域 及特征红外吸收峰,1、官能团区：4000 1400cm-1 这个区域的吸收峰由键和官能团的伸缩振动所产生。振动频率较高，受分子中其它结构影响较小，位置比较固定，对于确定分子中的官能团很有用,一、红外吸收区域,2、指纹区：14006

4、25cm-1,该区域是红外光谱中的低频区，该区域的吸收主要由CC、CN、CO、CX键的伸缩振动和各种键的弯曲振动所产生。键的强度相差不大，吸收峰出现的区域相近。大部分键的吸收位置和强度随化合物而异变化较大,化合物之间微小的差别在该区域都能反映出来，相同的化合物指纹区完全相同，因此在确认化合物时非常有用,该区域的谱带特别密集，犹如人的指纹故称指纹区,二、特征红外吸收峰,吸收波数cm- 产 吸 收 的 键,面内弯曲振动,各种碳氢键的面外弯曲振动,醛、酮、羧酸,第五节 各类化合物的 红外吸收及解析,通常解析红外光谱： 先看高频区（40001400cm-1）， 再看低频区（1000650cm-1）。

5、先找特征峰，再找相关峰,特征峰：特定的键或官能团振动所产生的 吸收峰,相关峰：通常一个基团有数种振动形式，每 种振动形式产生一个相应的吸峰。 习惯上把这些相互依存又可相互佐 证的一组峰叫相关峰,例： RCH = CH2 可产生三种特征吸收峰,这三种峰可以相互佐证，证明分子为一取代烯烃。这三种峰被叫做相关峰,一、烷烃,1、 30002800cm-1,2、 （面内）14751300cm-1,3、 （面外）740720cm-1,CH2）n当 n4时： 在740720cm-1会产生吸收峰,正辛烷的红外光谱图,异丙基和叔丁基 在1375cm-1处的 裂分情况,二、烯烃,面外,990和910两个峰,890

6、,970,1辛烯的红外光谱图,碳氢键的面外弯曲1000cm-1、915cm-1证明是末端烯烃,顺,反-2-辛烯的红外光谱,顺,反-2-辛烯红外光谱的比较,三、炔,末 端 2140-2100,链中 2260-2210,1 辛炔的红外光谱,四、芳烃（苯及其衍生物,3010cm-1,1600cm-1 1580cm-1 1500cm-1 1450cm-1,770 730cm 1 710 690cm 1为一取代苯,甲苯的红外光谱,邻二甲苯的红外光谱,770 735cm -1为邻二甲苯,810 750cm 1 710 690cm 1 为间二甲苯,间二甲苯的红外光谱,对二甲苯的红外光谱,833 810cm

7、-1为对二甲苯,五、醇,游离羟基吸收峰： 3650-3600cm-1 （ 高而尖,氢键缔合吸收峰： 3500-3200cm-1 （ 低而宽,1300 1100cm-1,3340cm-1,1100cm-1,六、羰基化合物,18501650cm-1,羰基的伸缩振动吸收是红外光谱中最具特色的吸收。因,1、羰基极性大吸收强度高,2、在18501650cm-1区域几乎无其它的吸收干扰，可以说是：独此一家，别无分店,1、醛,17501700cm-1,2820cm-1、 2720cm-1,1730cm-1,2820cm-1,2720cm-1,2、酮,1715cm-1,1685cm-1,1685cm-1,根据

8、红外光谱判断化合物类型,1715cm-1酮羰基,缔合羟基吸收峰：醇,1810cm-1酰氯羰基,根据红外光谱判断化合物的结构式,= 200 800nm E = 145 627KJ.mol-1,第二部分 紫外光谱(UV,由分子中电子能级的跃迁所产生, 主要用来揭示分子中的共轭体系,讲 授 提 要,第一节:朗勃-比尔定律与紫外吸收光谱图,第二节:电子跃迁的类型,第三节:各类有机化合物的电子跃迁,第四节:紫外光谱在有机化学中的应用,远紫区: 4200nm,近紫区: 200400nm,可见光区: 400800nm,紫外光谱仪所用波长: 200800nm,紫外光区:4 400nm,也称真空紫外区,UV:2

9、00800nm,近紫和可见光区,第一节 朗勃-比尔定律 与紫外吸收光谱图,溶液的浓度若用mol/L表示,则消光系数用来表示,称为摩尔消光系数,摩尔消光系数的大小反映电子跃迁几率的高低,一、朗勃-比尔定律,max ：14.8 （吸收强度,max ：279nm（吸收位置,溶剂:环己烷,二、紫外吸收光谱图,第二节 电子跃迁的类型,能量,E,第三节 各类有机化合物 的电子跃迁,一、饱和有机化合物的电子跃迁,1、烷烃,CH4,其它烷烃,150nm,2、含杂原子的饱和化合物,远紫区,远紫区,近紫区,二、不饱和有机化合物的电子跃迁,1、含单个C=C,E带,CH2=CH2,远紫区,188nm 远紫区,R带,2

10、70290nm,188 900,279 14.8,二、共轭体系的电子跃迁,带,1 162 10，000,2 217 21，000,3 258 35，000,4 296 52，000,5 335 118，000,随着共轭链的延长： 吸收波长红移 ,强度增大,二苯共轭多烯的紫外吸收光谱,乙烯分子的轨道,乙烯分子的轨道,1，3 丁二烯分子的轨道,名词解释,助色团：带有孤对电子的原子或基团连接,发色团：凡是能在某一光波区域产生吸收,的基团就叫发色团,在发色团上，使发色团吸收波长,红移这样的原子或基团叫助色团,吸收向长波方向移动叫吸收红移，吸收向短波方向移动叫吸收紫移,如：-OH、-NH2、-OR、-X

11、等,四、苯的电子跃迁,E带 180184 4，7000,K带 200204 7000,B带 230270 204,中心254nm,苯环最重要的吸收带是B带，虽然强度不高但具有精细结构很典型,WoodwardFieser规则,WoodwardFieser规则,共轭体系紫外吸收位置经验计算方法,链状二烯,基准值（nm,217,异环二烯和环内外二烯,214,同环二烯,253,计算举例,链状二烯基准值 217,烷基取代 （5）2,nm,计算值 227,实测值 226,1,2,同环二烯基准值 253,nm,延伸一个共轭双键 +30,一个环外双键 +5,烷基取代 （+5）3,计算值 303,实测值 304

12、,3,nm,异环二烯基准值 214,一个环外双键 +5,烷基取代 （+5）4,计算值 239,实测值 238,4,同环二烯基准值 253,nm,延伸二个共轭双键 +302,烷基取代 +5 5,环外双键 +5 3,计算值 353,实测值 355,例1,六员环，-不饱和酮基准值 215,延伸一个共轭双键 +30,一个环外双键 +5,烷基或环取代,位 +12,位 +18,计算值 280,实测值 284,nm,例2,六员环，-不饱和酮基准值 215,nm,延伸二个共轭双键 +302,同环二烯 +39,一个环外双键 +5,烷基或环取代,位 +12,位 +18,计算值 349,实测值 348,紫外光谱在解析时重点注意如下吸收带,1、共轭体系产生的吸收带,2、羰