IR课件2012(1)

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1、波谱解析第三章红外光谱解析1.红外光谱的基础知识2.特征基团频率及其解析程序3.烷基的特征基团频率4.烯烃的特征基团频率5.三键和累积双键6.芳香族的特征基团频率7.其他的X-H的特征基团频率(醇、酚、羧酸和胺)8.羰基的特征基团频率(醛、酮、羧酸、酯、酸酐、酰胺、酰卤)9.醚及其他1.红外光谱的基础知识1.1红外光谱的基本概念1.2分子振动和能量的关系1.3分子振动方式和红外吸收1.4基频振动和非基频振动1.5红外光谱仪及其测定红外光谱的产生:用波长2.5~25m,的光波照射样品,引起分子内振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱,也称振-转光谱UV---VIS----

2、0.8-----2.5-------50------1mm红外光区分三个区段:近红外区:0.8~2.5m,13333~4000/cm-1,(用于研究O-H,N-H等单键的倍频、组频吸收)中红外区:2.5~25m,4000~400/cm-1,基频振动区(各种基团基频振动吸收)远红外区:25m以上,转动区(价键转动、晶格转动如氢键的伸缩振动,弯曲振动,一些配合物的振动光谱)2.5----红外光谱的表示:图表法:T%~λ,vcm-1可以用峰数,峰位,峰形,峰强来描述。用波数cm-1来表示分子中相邻原子间的振动频率影响红外吸收频率的因素:原子质量;键力常数;原子

3、所处的外部环境分子振动和能量的关系任意两个相邻的能级间的能量差为:K化学键的力常数,与键能和键长有关,为双原子的折合质量=m1m2/(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。表某些键的伸缩力常数(毫达因/埃)键类型—CC—>—C=C—>—C—C—力常数15179.59.94.55.6峰位4.5m6.0m7.0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。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

4、中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm-1分子振动方式和红外吸收分子振动有双原子和多原子之分,在实际接触中多为多原子振动分子振动的自由度3n-6或3n-5(线性分子)N个原子组成的分子,每个原子在空间的位置要有三个坐标,由N个原子组成的分子就需要3N个坐标,也就是有3N个运动自由度。3N=平动自由度十转动自由度十振动自由度(a)(b)(c)转动自由度是由原子围绕着一个通过其质心的轴转动引起的。只有原子在空间的位置发生改变的转动才能形成一个自由度。振动自由度=3N-(转动自由度+平动自由度)yzx图线性分子转动形式基本振动类型(Modesofvibration)(1

5、)伸缩振动:k较大,吸收峰频率高对称伸缩振动symmetricalstretching(s)不对称伸缩振动asymmetrical(as)(2)变形振动又称弯曲(变角)振动,它是指基团键角发生周期性变化而键长不变的振动。面内变形振动面外变形振动剪式振动(δs):两原子在同一平面彼此相向弯曲平面摇摆振动(ρ):键角不变化,基团作为整体在平面内左右摇摆非平面(面外)摇摆(ω):键角不变化,基团作为整体垂直于分子平面前后摆动扭曲振动(τ):基团垂直于分子平面方向上前后相反地来回扭动变形振动甲基的振动形式伸缩振动甲基:变形振动甲基对称δs(CH3)1380㎝-1不对称δa

6、s(CH3)1460㎝-1对称不对称υs(CH3)υas(CH3)2870㎝-12960㎝-1伸缩振动亚甲基:变形振动亚甲基水分子的振动形式与IR光谱分子振动的自由度3n-6或3n-5(线性分子)OCO2的红外光谱(有一种振动无红外活性)红外(IR)选律:在红外光的作用下,只有偶极距发生变化的振动,即在振动过程中△μ≠0,才产生红外吸收,这样的振动称为红外“活性”振动,在红外光谱中有吸收谱带,在振动过程中偶极距不发生改变的振动,称为“非红外活性”振动,这种振动不产生红外谱带。理论上每个自由度在IR谱中可产生1个吸收峰实际上IR光谱中的峰数少于基本振动自由度原因是:1振

7、动过程中,没有偶极矩变化的振动不能产生吸收峰[红外非活性IRinactive(SelectionRules)、禁阻]2频率完全相同的吸收峰,彼此发生简并(峰重叠)3强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰4有些峰落在中红外区之外5吸收峰太弱,检测不出来因此:多原子分子可观察到的振动谱带要远少于3n-6影响吸收峰减少的因素红外吸收的产生条件必要条件:光波的频率必须与振动频率恒等充分条件:振动必须产生偶极矩的变化(产生红外活性振动)O=C=OO=C=OO=C=OO=C=O对称伸缩振动不对称伸缩振动面内弯曲振动面外弯曲振动不产生吸收峰2349667

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