红外光谱解析

红外光谱解析第1页/共82页2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2页/共82页3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。第3页/共82页4虎克定律：ν：振动频率Ｋ：力常数（这里可看作是键能）m1、m2：分别为两个原子的质量

μ：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。第4页/共82页5二、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νasνsδ面内δ面外第5页/共82页6

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6页/共82页7第二节红外光谱的表示横坐标:波长(λ)、波数(ν)表示吸收的位置;纵坐标:透射百分率(T％)或吸光度（A）表示吸收的强度。

第7页/共82页8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，吸收频率越高第8页/共82页93、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。～～第9页/共82页104、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、红外吸收区域第10页/共82页112、指纹区：1400～625cm-1

该区域是红外光谱中的低频区，该区域的吸收主要由C～C、C～N、C～O、C～X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。第11页/共82页12二、特征红外吸收峰吸收波数cm-产吸收的键第12页/共82页13面内弯曲振动各种碳氢键的面外弯曲振动醛、酮、羧酸…….第13页/共82页14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（4000～1400cm-1），

再看低频区（1000～650cm-1）。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。第14页/共82页15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。第15页/共82页16一、烷烃1、3000～2800cm-12、（面内）1475～1300cm-13、（面外）740～720cm-1

（CH2）n当n≥4时：在740～720cm-1会产生吸收峰。第16页/共82页17正辛烷的红外光谱图第17页/共82页18异丙基和叔丁基在1375cm-1处的裂分情况：第18页/共82页19二、烯烃（面外）990和910两个峰890970第19页/共82页201—辛烯的红外光谱图碳氢键的面外弯曲1000cm-1、915cm-1证明是末端烯烃第20页/共82页21顺,反-2-辛烯的红外光谱第21页/共82页22顺,反-2-辛烯红外光谱的比较第22页/共82页23三、炔

末端2140-2100

链中2260-2210第23页/共82页241–辛炔的红外光谱第24页/共82页25四、芳烃（苯及其衍生物）3010cm-1～1600cm-1～1580cm-1～1500cm-1～1450cm-1第25页/共82页26第26页/共82页27770—730cm–1710—690cm

–1为一取代苯甲苯的红外光谱第27页/共82页28邻二甲苯的红外光谱770—735cm-1为邻二甲苯第28页/共82页29810—750cm–1710—690cm

–1为间二甲苯间二甲苯的红外光谱第29页/共82页30对二甲苯的红外光谱833—810cm-1为对二甲苯第30页/共82页31五、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第31页/共82页32第32页/共82页33～3340cm-11100cm-1第33页/共82页34六、羰基化合物1850～1650cm-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1850～1650cm-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。第34页/共82页351、醛1750～1700cm-12820cm-1、2720cm-1第35页/共82页36第36页/共82页37～1730cm-12820cm-12720cm-1第37页/共82页382、酮～1715cm-1～1685cm-1第38页/共82页39第39页/共82页401685cm-1第40页/共82页41根据红外光谱判断化合物类型：～1715cm-1酮羰基第41页/共82页42缔合羟基吸收峰：醇第42页/共82页43～1810cm-1酰氯羰基第43页/共82页44根据红外光谱判断化合物的结构式：第44页/共82页45第45页/共82页46第46页/共82页47λ=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.第47页/共82页48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第48页/共82页49远紫区:4～200nm近紫区:200～400nm可见光区:400～800nm紫外光谱仪所用波长:200～800nm紫外光区:4～400nm(也称真空紫外区)UV:200～800nm(近紫和可见光区）第49页/共82页50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ε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-比尔定律第50页/共82页51εmax

：14.8（吸收强度）

λmax：279nm（吸收位置）溶剂:环己烷二、紫外吸收光谱图第51页/共82页52第二节电子跃迁的类型能量ΔE>>>第52页/共82页53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：～150nm2、含杂原子的饱和化合物远紫区远紫区第53页/共82页54第54页/共82页55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远紫区第55页/共82页56第56页/共82页57～188nm远紫区(R带)270～290nm：：.第57页/共82页5818890027914.8第58页/共82页59第59页/共82页60第60页/共82页61二、共轭体系的电子跃迁（Ｋ带）116210，000221721，000325835，000429652，0005335118，000随着共轭链的延长：吸收波长红移,强度增大.第61页/共82页62二苯共轭多烯的紫外吸收光谱第62页/共82页63乙烯分子的π轨道乙烯分子的π轨道1，3—丁二烯分子的π轨道第63页/共82页64第64页/共82页65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等。第65页/共82页66四、苯的电子跃迁E带180～1844，7000K带200～2047000B带230～270204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。第66页/共82页67Woodward—Fieser规则第67页/共82页68Woodward—Fieser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第68页/共82页69第69页/共82页70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2261、第70页/共82页712、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第71页/共82页723、（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第72页/共82页734、同环二烯基准值253（nm）延伸二个共轭双键+30×2烷基取代+5×5环外双键+5×3计算值353实测值355第73页/共82页74第74页/共82页75第75页/共82页76例1、六员环α，β-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:

β位+12δ位+18

计算值280实测值284（nm）αγβδ第76页/共82页77例2、

六员环α，β-不饱和酮基准值2