有机化合物分子中常见基团吸收峰PPT学习教案

1、会计学1有机化合物分子中常见基团吸收峰有机化合物分子中常见基团吸收峰分子中基团的振动和转动能级跃迁产生： 振-转光谱第1页/共108页第2页/共108页第3页/共108页第4页/共108页第5页/共108页第6页/共108页第7页/共108页第8页/共108页第9页/共108页第10页/共108页第11页/共108页第12页/共108页第13页/共108页第14页/共108页第15页/共108页第16页/共108页红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长 （ m ）和波数1/ 单位：cm-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

2、的强度；第17页/共108页满足两个条件： 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一第18页/共108页分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）hV ：化学键的 振动频率； ：振动量子数。1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19页/共108页任意两个相邻的能级间的能量差为：kkckhhE13702112K化学键的力常数，与键能和键长有关， 为双原子的折合质量 =m1m

3、2/（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。分子振动方程式第20页/共108页表 某些键的伸缩力常数（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21页/共108页例题: 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-1116502126913071307211cm

4、/.kkcv第22页/共108页第二节 基本原理第23页/共108页第24页/共108页第25页/共108页第26页/共108页第27页/共108页基频峰的位置基频峰的位置（ L L）等于分等于分子的振动频率。子的振动频率。第28页/共108页 L L动频率的二倍，产生的吸收动频率的二倍，产生的吸收峰峰称为二倍频峰。称为二倍频峰。第29页/共108页第30页/共108页 由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基频峰的整数倍，而是略小一些。以HCl为例：第31页/共108页第32页/共108页第33页/共108页第34页/共108页第35页/共108页第36页/共108页第37页/共108页弹簧

5、，弹簧的长度弹簧，弹簧的长度r r就是分就是分子化学键的长度。子化学键的长度。第38页/共108页位置伸长单位长位置伸长单位长度时的恢复力度时的恢复力（单位为（单位为N cm-1）。）。第39页/共108页第40页/共108页第41页/共108页第42页/共108页第43页/共108页（借光因素）和外部因素（化（借光因素）和外部因素（化学环境）有关。学环境）有关。第44页/共108页第45页/共108页正振动的线性组合。正振动的线性组合。第46页/共108页缩振动。缩振动。第47页/共108页面摇摆面摇摆（以（以 表示表示）和扭曲振）和扭曲振动（以动（以 表示表示）。）。第48页/共108页第

6、49页/共108页第50页/共108页第51页/共108页第52页/共108页第53页/共108页第54页/共108页第55页/共108页第56页/共108页第57页/共108页二氧化碳线型分子的振动形式： 3n-5=9-5=4第58页/共108页第59页/共108页第60页/共108页样，发生简并。样，发生简并。第61页/共108页第62页/共108页第63页/共108页第64页/共108页1两类基本振动形式伸缩振动 亚甲基：第65页/共108页变形振动 亚甲基第66页/共108页例水分子峰位、峰数与峰强（1）峰位 化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波

7、数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。（）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。第67页/共108页峰位、峰数与峰强例CO2分子（）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；（）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；（）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；第68页/共108页1内部因素（1）电子效应 a诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（兰移）化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。第69页/共108页COH3C

8、CH3COCH3COCH3CO1715168516851660cm -1cm -1cm -1cm -1b.共轭效应：R-COR C=0 1715cm-1 ; R-COH C=0 1730cm -1 ；R-COCl C=0 1800cm-1 ; R-COF C=0 1920cm-1 ; F-COF C=0 1928cm-1 ; R-CONH2 C=0 1920cm-1 ;第70页/共108页C HC HC HC H1576cm-11611cm-11644cm-11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-12222C H3060-3030 cm-12900-2800 cm-1（

9、2）空间效应第71页/共108页（）空间效应：场效应；空间位阻；环张力（）氢键效应 (分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动。OCH3OCOH3CHHO3705-31252835O- H伸 缩RHNORNHOHHC=ON-HN-H伸缩伸缩变形游离氢键16903500165034001620-15901650-1620影响峰位变化的因素第72页/共108页第三节 红外光谱与分子结构第73页/共108页 与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率基团特征频率（特征峰）；例： 2800 3000 cm-1 CH3 特征峰； 1600 185

10、0 cm-1 C=O 特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：CH2COCH2 1715 cm-1 酮CH2COO 1735 cm-1 酯CH2CONH 1680 cm-1 酰胺第74页/共108页常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 670 cm-1依据基团的振动形式，分为四个区：14000 2500 cm-1 XH伸缩振动区（X=O，N，C，S）22500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区31900 1200 cm-1 双键伸缩振动区41200 670 cm-1 XY伸缩， XH变形振动区红外光谱与分子结构第75页/共108页二、有机化合物分子中常见基团吸收峰

11、二、有机化合物分子中常见基团吸收峰1 XH伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ）（1）OH 3650 3200 cm-1 确定 醇，酚，酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。第76页/共108页（3）不饱和碳原子上的=CH（ CH ） 苯环上的CH 3030 cm-1 =CH 3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1 （2）饱和碳原子上的）饱和碳原子上的CH3000 cm-1 以上 CH3 2960 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动 CH2 2930 cm-1 反对称伸缩振动 2850 c

12、m-1 对称伸缩振动 CH 2890 cm-1 弱吸收3000 cm-1 以下第77页/共108页2 双键伸缩振动区（1200 1900 cm-1 ）苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出现 C-H和C=C键的面内变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。（1） RC=CR 1620 1680 cm-1 强度弱， R=R（对称）时，无红外活性。 （2）单核芳烃 的C=C键伸缩振动（1626 1650 cm-1 ）第78页/共108页（3）C=O （1850 1600 cm-1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。醛，酮的区分？第79页/共108页3 叁键（C C）伸缩振动区（

13、2500 1900 cm-1 ）4. XY，XH 变形振动区 1650 cm-1 指纹区(1350 650 cm-1 ) ,较复杂。 C-H，N-H的变形振动； C-O，C-X的伸缩振动； C-C骨架振动等。精细结构的区分。（1）RC CH （2100 2140 cm-1 ） RC CR （2190 2260 cm-1 ） R=R 时，无红外活性（2）RC N （2100 2140 cm-1 ） 非共轭 2240 2260 cm-1 共轭 2220 2230 cm-1 第80页/共108页三、基团吸三、基团吸收带数据收带数据基团吸收带数据基团吸收带数据r， （反）（反）r r活泼氢不饱和氢饱和

14、氢三键双键活泼氢不饱和氢饱和氢三键双键伸缩振动变形振动伸缩振动变形振动含氢化学键含氢化学键特征吸收带特征吸收带（伸缩振动）（伸缩振动）指纹吸收带指纹吸收带伸缩振动伸缩振动变形振动变形振动第81页/共108页常见基团的红外吸收带特征区指纹区500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HCNC=NS-H P-HN-O N-NC-FC-XO-HO-H（氢键）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HCCC=C第82页/共108页四、分子的不饱和度四、分子的不饱和度定义： 不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱

15、和度为1。计算： 若分子中仅含一，二，三，四价元素（H，O，N，C），则可按下式进行不饱和度的计算： = （2 + 2n4 + n3 n1 ）/ 2 n4 ， n3 ， n1 分别为分子中四价，三价，一价元素数目。作用： 由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。例： C9H8O2 = （2 +29 8 ）/ 2 = 6第83页/共108页第四节 红外分光光度计第84页/共108页一、仪器类型与结构一、仪器类型与结构两种类型：色散型 干涉型（付立叶变换红外光谱仪）第85页/共108页内部结构内部结构Nicolet公司的AVATAR 360 FT-IR第

16、86页/共108页傅里叶变换红外光谱仪结构框图傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪光源样品室检测器显示器绘图仪计算机干涉图光谱图FTS第87页/共108页傅里叶变换红外光谱仪工作原理图傅里叶变换红外光谱仪工作原理图第88页/共108页迈克尔干涉仪工作原理图迈克尔干涉仪工作原理图第89页/共108页二、制样方法二、制样方法1）气体气体池2）液体：液膜法难挥发液体（BP80C）溶液法液体池溶剂： CCl4 ，CS2常用。3) 固体:研糊法（液体石腊法）KBR压片法薄膜法第90页/共108页三、联用技术三、联用技术GC/FTIR（气相色谱红外光谱联用）LC/FTIR（液相色谱红外光谱联用）PAS/FT

17、IR（光声红外光谱）MIC/FTIR（显微红外光谱）微量及微区分析第91页/共108页第五节 红外谱图解析示例 第92页/共108页一一、红外谱图解析示例、红外谱图解析示例1. 烷烃第93页/共108页2. 烯烃第94页/共108页对比对比烯烃顺反异构体第95页/共108页3.醇 氢键缔合第96页/共108页4. 醛、酮第97页/共108页5羧酸及其衍生物第98页/共108页二、未知物结构确定二、未知物结构确定未知物1第99页/共108页红外光谱法应用1有机化合物结构分析 1目标化合物验证第100页/共108页萨特勒红外标准谱the Sadteler standard spectra， IR索引：分子组成式C，H，O，N 化合物名称第101页/共10