姚新生有机波谱解析第二章红外光谱

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1、第二章红外吸收光谱基本内容分子振动能级与红外光谱的关系：双原子分子振动和多原子分子振动，影响红外的主要因素；2.红外光谱的重要区段：特征谱带区，指纹区，相关峰，红外光谱中八个重要区段；3.红外光谱在有机化合物结构分析中的应用1、红外光谱的定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光谱。主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。第二章红外光谱分析(IR)§2-1基础知识红外光

2、谱的表示方法：红外光谱以T~或T~来表示，下图为苯酚的红外光谱。T(%)图10-1苯酚的红外光谱第二章红外光谱分析(IR)§2-1基础知识返回红外光谱(0.75~1000m)远红外(转动区)(25-1000m)中红外(振动区)(2.5~25m)4000~400cm-1近红外(泛频）(0.75~2.5m)倍频分子振动转动分子转动分区及波长范围跃迁类型（常用区）3、红外光区的划分第二章红外光谱分析(IR)§2-1基础知识返回4、红外光谱的参数红外谱是样品对红外光的吸收随光的波数变化的曲线。红外谱最主要的参数是各吸收峰的位置，用cm-1表示。第二章红外光谱分析(IR)§2-1基础知识

3、返回二、分子振动能级基频跃迁与峰位分子的振动能级大于转动能级，在分子发生振动能级跃迁时，不可避免地有转动能级跃迁，先讨论双原子分子的振动光谱。分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述：k为化学键的力常数（N/cm=mdyn/Å），为双原子折合质量如将原子的实际折合质量（通过Avogaro常数计算）代入，则有：（1）、双原子分子振动：第二章红外光谱分析(IR)图6-2谐振子振动示意图a)、影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数k和双原子折合质量。k大，化学键的振动波数高，如kCC(2222cm-1)>kC=C

4、(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1)（质量相近）质量大，化学键的振动波数低，如C-C(1430cm-1)<C-N(1330cm-1)<C-O(1280cm-1)(力常数相近）第二章红外光谱分析(IR)b)、经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动能量变化是量子化的，分子中各基团之间、化学键之间会相互影响，即分子振动的波数与分子结构（内因）和所处的化学环境（外因）有关。例如：C-H键基频振动的计算值为2920cm-1，而实测值为2915cm-1返回第二章红外光谱分析(IR)c、基频峰与泛频峰1.基频峰分子吸收红外辐射后，由振动能级的基态（V＝0）跃迁至第一激发态（V=1）

5、时所产生的吸收峰称为基频峰。此时，吸收红外线的频率等于振动频率。4000～400cm-1范围的基频峰分布见图倍频峰分子吸收红外辐射后，由振动能级的基态（V=0）跃迁至第二激发态（V=2）、第三激发态（V=3）……等，所产生的吸收峰称为倍频峰。2)多原子分子的振动对于多原子分子，由于一个原子可能同时与几个其它原子形成化学键，它们的振动相互牵连,不易直观地加以解释，但可以把它的振动分解为许多简单的基本振动，即简正振动。原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动称为伸缩振动。它又分为对称伸缩振动(νs）和不对称伸缩振动(νas）。b.变形振动（又称弯曲振动或变角振动，用符号δ表示）基团键角发生

6、周期变化而键长不变的振动称为变形振动。变形振动又分为面内变形振动和面内变形振动。a.伸缩振动(νsνas）一般将振动形式分成两类：伸缩振动和变形振动。(1)伸缩振动：(2)弯曲振动：值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩(μ)发生变化的，才能有红外吸收。H2、O2、N2电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动也不能引起红外吸收。对称δs（CH3）1380cm-1反对称δas（CH3）1460cm-1图6-5甲基的对称与不对称变形振动设分子的原子数为n，※对非线型分子,理论振动数=3n-6如H2O分子，其振动数为3×3-6=32、

7、理论振动数（峰数）:图2-2第二章红外光谱分析(IR)※对线型分子，理论振动数=3n-5如CO2分子，其理论振动数为3×3-5=4图10-6第二章红外光谱分析(IR)§二原理理论上，多原子分子的振动数应与谱峰数相同，但实际上，谱峰数常常少于理论计算出的振动数，这是因为：1红外非活性振动使吸收峰少于基本振动数。2吸收峰简并使吸收峰减少于基本振动数。简并是指分子中振动形式不同，但其振动吸收频率相等的现