第6章_红外吸收光谱.ppt

1、第六章红外吸收光谱，1，概述2，红外光谱和有机化合物结构3，分子内组的基本振动形态4，影响峰值位置变化的因素，第一节红外光谱分析基本原理，分子内组的振动和旋转能量水平转换生成：振动-旋转光谱，一，应用：有机化合物的结构分析。定性：组的特性吸收频率；定量：特征峰的强度；第二，红外光谱和有机化合物结构，1。红外光谱产生的条件满足以下两个条件：(1)辐射必须具有物质产生振动转移所需的能量；(2)辐射和物质之间存在相互结合作用。对称分子：没有偶极矩，辐射就不能产生共振，没有红外活性。示例：N2、O2、Cl2等。不对称分子：有偶极矩，红外活性。偶极在交流电场中的作用度，2。分子振动方程式，分子的振动能量

2、准位(量子化):e振动=(V 1/2)h V:化学键的振动频率；振动量子数。(1) 2原子分子的简单谐波振动和相应频率化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，(2)两个相邻能量级之间的能量差异如下：k化学键的力常数，结合能量和结合长度相关，2原子的结合质量=m1m2/(m1 m2)的振动能量级转移换句话说，取决于分子的结构特性。表中某些键的伸缩力常数(毫达因/)，键类型： CC C=C C力常数3360 15 17 9.5 9.4.5.6峰值位3360 4.5m 6.0 m 7.0 m化学键的强力(即键的力常数k越大)，示例：检查表中C=C键的k=9.5 9.9以计算波值为9.6，n-hecse

3、n中C=C键伸缩振动频率的测量值为1652 cm-1，3，分子中组的基本振动形式，变形振动亚甲基蓝，和，(2)峰值数与分子自由度相关。没有瞬间偶基本距离变化，就没有红外吸收。例2 CO2分子，(4)从基态切换到第一激发态，产生强吸收峰，基本峰；(5)从基态直接转移到第二激发态，产生弱吸收峰、倍频峰。(3)瞬间偶数基本距离发生了很大变化，吸收峰很强。在耦合两端，原子电负性的差异越大(极性越大)，吸收峰就越强。1内部因素(1)电子效应a诱导效应：吸收电子群，吸收峰向高频方向移动(LAN移动)，4，影响峰位置变化的因素，化学键的振动频率不仅受其性质的影响，还受分子的内部结构和外部因素的影响。各种化合

4、物中同一组的特性吸收并不总是在一个固定频率上。R-COR C=0 1715cm-1；r-cohc=0 1730cm-1；r-COCl C=0 1800cm-1；r-COF C=0 1920cm-1；f-COF C=0 1920cm-1；r-con H2 C=0 1928cm-1；共轭效应，cm -1，cm -1，cm -1，cm -1，规则：()空间效应场效应；空间位置阻力；环张力，3060-303030厘米-1，2900-2800厘米-1，2，2，2，2。氢键效应，氢键(分子内氢键；分子间氢键):对峰值对峰值有很大的影响，使伸缩振动频率向低频方向移动。，第一，仪器类型和结构2，样品制备方法3

5、，组合技术，第二节红外分光光度计，第一，仪器类型和结构，色散干涉类型(傅立叶变换红外光谱仪)，内部结构，Nicolet的AVATAR，3)固体：研究膏体(液体锡拉法)KBr薄膜法，第三，复合技术，气相色谱红外光谱(GC/FTIR)，液相色谱红外光谱(LC/FTIR)，经过几十年的分析，对许多标准有机物红外光谱方法进行了分析，现在主要有机集团的红外特性吸收频率明确了(表6.3)。不同种类的有机基具有不同的红外特性吸收。相反，红外光谱法的红外吸收频率可以估计相应的有机基团。表6.3特性组红外吸收频率，简称：s强，m中，w弱，v变，b宽，sh锐，弱。表8.4一般有机官能团的特征吸收频率，第四节红外光

6、谱分析，红外光谱分析更复杂，完全分析不是件容易的事，可以分析和判断其主要特征组的吸收。因此红外光谱的主要价值在于推断有机物分子中的官能团，判断被测试有机物分子的结构类型。红外光谱的解释主要基于吸收峰的位置，即吸收频率波数的大小、吸收峰的强度和峰值的形式。这里，吸收频率波数最大的基础是饱和oh、NH、C-H和SH官能团，由有机物的酒精、苯酚、胺、硫醇和苯酚、羧酸、碳氢化合物等化合物组成，这些官能团的红外扩展振动频率达2500-4000cm-1。OH的波数最高，玻璃态的水产波数达到3600cm-1，峰形尖锐。许多羟基有机物形成氢键结合体，波数减少，吸收峰的应变幅度扩大。一般酒精和苯酚可在3200-

7、3600cm-1之间吸收红外线功能。羧酸由于强力氢键，误吸收峰数下降到3000cm-1以下，二聚吸收峰在25002700cm-1处形成宽吸收峰形状。有趣的是，水的OH在3300cm-1附近也会产生吸收，因此红外样品测试必须尽量排除水的干扰。S-H是硫或苯酚的特征官能团，含硫有机物不多，S-H的红外吸收在2500-2600cm-1之间，这一红外区域几乎没有其他有机组分的吸收，具有很大的特征。红外光谱对2500-2800cm-1有强吸收，几乎可以立即看出是S-H吸收。NH的波数略低于OH。在3300-3500cm-1范围内，NH形成氢键结合体，将波数降低到3200cm-1附近，但是NH的氢键比OH

8、弱，n原子中可能有两个h。这样，NH吸收峰的数量与n原子的置换体的数量相关，因此OH只形成单个吸收峰。NH2有两个吸收峰，NHR只有一个吸收峰，NR2完全取代了氢，如果NH键不再存在，则3300-3500cm-1范围没有红外吸收。因此，根据酰胺(包括酰胺)有机物的这种特性吸收峰的差异，可以用红外光谱来区分n原子是单个还是双替代。C-H，CH的波数在2700-3300cm-1非常大，几乎所有有机物都有CH键，因此任何有机物在此波数范围内被吸收。如果这个范围没有吸收，则可以排除测试中的物质是有机物的可能性。众所周知，构成CH键的碳氢化合物有四种：饱和、双键、三键、苯环，这四种类型的CH键的红外振动

9、频率随波数的不同而不同。CCH 3键(alkey)CH振动频率3300cm-1 CCH双键(en)CH振动频率3100cm-1苯环CH振动频率3010-3050cm-1 CCH单键(alken)CH振动频率3000cm-1秒非饱和CH振动频率大于饱和的CH振动频率。特别是，3键阿尔金的ch振动波数达到3300cm-1，因此通过红外光谱很容易判断。大多数有机物含有饱和CH键，因此红外光谱对CH的判断没有什么意义。烯烃和苯环的CH-键红外吸收峰强度低，除非只有在高分辨率红外光谱仪和特定条件下，一般使用红外光谱来判断。红外光谱的3000-4000cm-1波数是吸收峰的位置、形状和强度，提供重要有机物

10、分子结构信息的非常重要的领域。2800-3000cm-1是饱和ch键的特征吸收，该部位是否有红外吸收作为区分武器和有机物的标志，壬烯的红外光谱，长链烷基醇的红外光谱，335cm-1是否有OH的伸缩振动。这个红外吸收棒不仅通过氢键减少了波数，而且吸收棒很宽。2800-3000cm-1饱和CH键的特性伸缩振动。苯酚的红外光谱由于氢键作用，3333cm-1苯酚羟基的波数更大。苯酚含有苯的CH振动，因此3045cm-1也有皮吸收峰。庚烷的红外光谱由于羧酸的强氢键，奥伸缩振动波的数量下降到3050cm-1，峰对光子比酒精和酒精更宽。但如果在3000cm-1波数附近出现如图所示的大而宽的峰值形状，则可以判

11、断为羧酸有机物。因为辛烯n原子有两个h，3290cm-1和3365cm-1各有两个NH键吸收峰，2850-2910cm-1是饱和CH键的吸收峰。苄基硫醇的红外光谱不包含OH和NH，因此不会被3200cm-1以上的红外吸收。3030、3060和30885cm-1是苯CH键的特性吸收，2930cm-1是饱和CH键的吸收，SH伸缩振动比OH和NH小得多，2565cm-1。两个不饱和三键或多个双键官能团(XY或XYZ)，构成有机化合物的炔基、腈、偶氮等。他们的红外特征吸收频率为1900 -2300cm-1范围，这一范围的红外光谱比较简单，大部分情况下有非吸收峰，一旦吸收，就可以判断为这种有机物。表8.

12、5重键有机化合物的红外特性频率，*M表示金属原子，在CC炔有机化合物的情况下，分子对称时，CC重键的伸缩振动抵消，因此不会出现红外吸收峰，只能在拉曼光谱中测量对称CC(包括CC)重键的峰。此外，CO2可以从2349cm-1吸收特征，红外光谱测量和地图分析必须排除空气中的CO2干扰。MCO是一种相当于一氧化碳的金属有机物，红外功能吸收峰也在这个区间。需要注意的是，红外光谱1900-2300cm-1段非常重要，随机吸收峰提供了特殊的有机物分子结构信息。图8.3显示了这种结构的典型有机物的红外光谱。己烷乙炔-1的红外光谱，3268厘米-1是阿尔金契伸缩振动的特性吸收。2941和2857cm-1的两个

13、吸收峰是饱和CH伸缩振动，2110cm-1是碳三键CC的特征吸收，这也是在2000cm-1波附近，因为我们知道除CC特性吸收外没有其他红外吸收峰，所以这种结构的红外吸收峰很容易区分。o-苄基氰的红外光谱，3025和303030cm-1是苯CH键伸缩振动。2820cm-1和2910 cm-1是甲基CH吸收，2210cm-1是腈CN的特性振动频率。异硫氰酸甲酯的红外光谱，2870-2910cm-1是甲基CH振动吸收，2100-2200cm-1是异硫氰酸盐基团的特性伸缩振动吸收。三个不饱和碳氧和碳-碳双键作用机理(CO和CC)，碳-氧双键CO称为羰基，构成醛、酮和羧酸及其衍生物的几种有机物质。羰基的

14、红外吸收波的数量和强度很有特点，因此红外光谱对羰基的判断很有价值。羰基吸收峰的位置为1660-1800cm-1范围，羰基红外吸收的位置受有机分子中共轭效应、电子效应和空间位置电阻的影响。这样，根据羰基红外吸收峰值波数的大小，可以推导出与羰基相邻的其他组。正常羰基吸收频率为1710-1720cm-1，丙酮的羰基红外吸收峰位于1710cm-1，但有机分子的羰基和邻近组形成共轭体系时，羰基的这一特征吸收峰的数量减少。相反，在羰基附近吸收电子组会增加羰基的特征吸收波数。同样，当羰基相邻组成为6元1环时，羰基的特征吸收波数也会增加。1710cm-1686cm-1(双键和1686cm-1(苯环和羰基共轭，

15、波数减少)羰基共轭，波数减少)，1850cm-1，1790cm，五酮2的红外光谱，苯乙酮的红外光谱，2896-3050cm-1是分子中甲基和苯环的CH伸缩振动，1683cm-1的强吸收是羰基的特征峰。羰基可以与苯环结合，因此波数比正常的1710cm-1小，苯乙酸的红外光谱，苯乙酸的红外光谱，2896-3040cm-1是分子中甲基和苯环的CH伸缩振动。羰基的CO伸缩振动为1770cm-1，大于正常羰基红外特征吸收峰波数。异丁基酰胺的红外光谱。该化合物在3170和3350cm-1中有两个NH伸缩振动，2960cm-1是对甲基的CH吸收，羰基特性被低于正常1710cm-1的1610cm-1吸收，这是由于胺的共轭效应。C=C，在不饱和双键有机物质中，除了碳-氧双键羰基化合物外，还有一类最常见