《紅外光譜》PPT課件.ppt

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1、*第十章紅外光譜一、概述Introduction二、紅外光譜基本原理PrinciplesofInfraredSpectroscopy三、特征基團(tuán)與吸收頻率FunctionalGroupandAbsorptionFrequency四、紅外光譜的解析應(yīng)用AnalysisofInfraredSpectroscopyInfraredSpectroscopy（IR）*一、概述紅外吸收光譜（IR）是一種分子振動-轉(zhuǎn)動光譜（吸收光譜），是由分子的振動-轉(zhuǎn)動能級間的躍遷而產(chǎn)生的。峰位峰強(qiáng)峰形IR判斷可能存在的官能團(tuán)推斷未知物結(jié)構(gòu)對于某一特定的官能團(tuán)和相關(guān)的化學(xué)鍵，不管分子中其他部分的結(jié)構(gòu)如何，它總是在相同

2、或幾乎相同的波數(shù)處產(chǎn)生特征的吸收譜帶，除光學(xué)異構(gòu)體及長鏈烷烴同系物外，幾乎沒有兩種化合物具有相同的IR譜圖。特征性強(qiáng)應(yīng)用范圍廣分析速度快樣品量少*波長（?m）波數(shù)（cm-1）近紅外區(qū)：0.78~2.512820~4000中紅外區(qū)：2.5~254000~400遠(yuǎn)紅外區(qū)：25~300400~33絕大多數(shù)有機(jī)化合物紅外吸收波數(shù)范圍：4000~400cm-1用波長2.5~25?m，頻率4000~400cm-1的光照射樣品，引起分子內(nèi)振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷所產(chǎn)生的吸收光譜。紅外光譜的產(chǎn)生：紅外區(qū)域的劃分：*橫坐標(biāo)：波長（μm）或波數(shù)（cm-1）(cm-1)=104/λ(μm)縱坐標(biāo)：吸光度（A）或透光率（

3、T）多以百分透光率T%來表示*T=I/I0（遵守Lambert-Beer定律）A=lg(1/T)IR中，“谷”越深（T越?。?，吸光度越大，吸收強(qiáng)度越強(qiáng)。*二、紅外光譜基本原理滿足兩個(gè)條件：(1)輻射能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動能級躍遷所需的能量；(2)伴隨凈的偶極矩的變化。對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。如：N2、O2、Cl2等。非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。*分子振動方程雙原子分子的簡諧振動及其頻率化學(xué)鍵的振動類似于連接兩個(gè)小球的彈簧Hooke定律ABre平衡位置平衡位置伸伸縮振動頻率（折合質(zhì)量）K化學(xué)鍵的力常數(shù)（毫達(dá)因/埃）與鍵能和鍵長有關(guān)*表某些鍵的伸縮力常數(shù)K（毫達(dá)因/埃

4、）鍵類型—C?C—>—C=C—>—C-C—力常數(shù)15?179.5?9.94.5?5.6峰位2060cm-11690cm-11190cm-1化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)K越大），原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。*伸縮振動化學(xué)鍵兩端的原子沿鍵軸方向作來回周期運(yùn)動對稱伸縮振動?s、非對稱伸縮振動?as鍵長有變化，鍵角無變化。彎曲振動（變形振動）使化學(xué)鍵的鍵角發(fā)生周期性變化的振動面內(nèi)彎曲振動?（剪式振動?、面內(nèi)搖擺?）面外彎曲振動?（面外搖擺?、扭曲振動?）分子中基團(tuán)的基本振動形式*1.由于，故紅外振動波數(shù)：2.與C原子成鍵的其他原子隨著原子質(zhì)量的增加，m增加，相應(yīng)的

5、紅外振動波數(shù)減?。?.與H原子相連的化學(xué)鍵的紅外振動波數(shù)，由于m小，均出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)，如：*面外搖擺?面內(nèi)搖擺?對稱伸縮振動?s非對稱伸縮振動?as扭曲振動?剪式振動?*非線性分子：3N-6（平動3、轉(zhuǎn)動3）線性分子：3N-5（平動3、轉(zhuǎn)動2）分子振動自由度分子總的自由度3N=平動自由度+轉(zhuǎn)動自由度+振動自由度原子在三維空間的位置可用x，y，z表示，即3個(gè)自由度。含N個(gè)原子的分子，分子自由度的總數(shù)為3N個(gè)。研究多原子分子時(shí)，常把復(fù)雜振動分解為許多簡單的基本振動，這些基本振動數(shù)目稱為分子的振動自由度，簡稱分子自由度。*（1）峰位化學(xué)鍵的力常數(shù)K越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動頻率越大，吸收峰將

6、出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長區(qū)）。（2）峰數(shù)峰數(shù)與分子自由度有關(guān)。無瞬間偶極距變化時(shí)，無紅外吸收。（3）瞬間偶基距變化大，吸收峰強(qiáng)；鍵兩端原子電負(fù)性相差越大（極性越大），吸收峰越強(qiáng)。（4）由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)吸收峰，基頻峰。（5）由基態(tài)躍遷到第二激發(fā)態(tài)或更高激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生的弱的吸收峰，倍頻峰。峰位、峰數(shù)與峰強(qiáng)*電負(fù)性不同的取代基，通過靜電誘導(dǎo)效應(yīng)，引起分子中電子分布的變化，改變了鍵的力常數(shù)，使基團(tuán)頻率發(fā)生位移。1.誘導(dǎo)效應(yīng)（I效應(yīng)）影響吸收譜帶位置的主要因素（內(nèi)部因素）I效應(yīng)推電子誘導(dǎo)效應(yīng)（+I效應(yīng)）吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)（-I效應(yīng)）+I效應(yīng)：如?C=O：隨著

7、取代基供電子性增大，+I效應(yīng)增加，使羰基雙鍵性降低，?C=O向低波數(shù)移動。HCOOHCH3COOHCH3(CH3)16COOH?C=O1739cm-11722cm-11703cm-1紅移*-I效應(yīng)如?C=O：隨著取代基電負(fù)性增大，-I效應(yīng)增加，使羰基雙鍵性增加（化學(xué)鍵力常數(shù)增加），?C=O向高波數(shù)移動。?C=O1715cm-11800cm-11828cm-11928cm-1?C=O1715cm-11735cm