第二章 红外吸收光谱(讲课).ppt

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1、第二章红外吸收光谱红外光谱对化合物的鉴定和有机物的结构分析具有鲜明的特征性，构成化合物的原子质量不同、化学键的性质不同、原子的连接次序和空间位置不同都会造成红外光谱的差别。第一节概述1、红外吸收光谱与紫外吸收光谱一样是一种分子吸收光谱。2、红外光谱的特点：特征性强、适用范围广。红外光的能量（E=0.05-1.0ev）较紫外光（E=1-20ev）低。红外光照射分子时不足以引起分子中价电子能级的跃迁，而能引起分子振动能级和转动能级的跃迁，故红外吸收光谱又称为分子振动光谱或振转光谱。红外光谱对样品的适用性相当广泛，无论固态、液态或气态都可进行测定。通常所用的红外光谱是在这一段的（2.5-15µm

2、，即4000-660cm-1）光谱范围，本章内容仅限于中红外光谱。当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时，分子就要吸收能量，从原来的振动能级跃迁到能量较高的振动能级，将分子吸收红外光的情况用仪器记录，就得到红外光谱图。3、红外光谱波长覆盖区域：0.76µm~1000µm红外光按其波长的不同又划分为三个区段。（1）近红外：波长在0.76-2.5µm之间（波数12820-4000cm-1）（2）中红外：波长在2.5-25µm（在4000-400cm-1）（3）远红外：波长在25~1000µm（在400-10cm-1）转动光谱出现在远红外区。4、红外光谱图：横坐标：波数()400～400

3、0cm-1；表示吸收峰的位置。纵坐标：透光率（T%），表示吸收强度。T↓，表明吸收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。（2）将吸收峰以文字形式表示：如上图可表示为，3018cm-1（s），2971cm-1（s），2878cm-1（s），1606cm-1（m）、1495cm-1（s）、1466cm-1（s）、1384cm-1（m）、742cm-1（s）。红外光谱图以透光率T％为纵坐标，表示吸收强度，以波长(mm)或波数(cm-1)为横坐标，表示吸收峰的位置。波数是频率的一种表示方法（表示每厘米长的光波中波的数目）。(cm-1)=1/(cm)=104/(µm)5、红外光谱表示方法（1）红

4、外光谱图通过吸收峰的位置、相对强度及峰的形状提供化合物结构信息，其中以吸收峰的位置最为重要。这种方法指出了吸收峰的归属，带有图谱解析的作用。6.IR光谱在化学领域中的应用1.分子结构基础研究根据所得的力常数可以知道化学键的强弱，由简正频率来计算热力学函数等。根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。应用IR测定分子的键长、键角，以此推断出分子的立体构型；2.化学组成分析第二节红外吸收光谱的基本原理一、红外吸收光谱产生的条件1.电磁波的能量与分子某能级差相等E红外光=E分子振动振动能级是量子化的，可能存在的能级要满足下式：式中h为普朗克常数，

5、v为振动频率，V为振动量子数（0、1、2·······），E是与振动量子数V相应的体系能量。E=(V+1/2)hv当有红外辐射照射到分子时，若红外辐射的光子所具有的能量恰好等于分子振动能级的能量差（E）时，则分子将吸收红外辐射而跃迁至激发态，导致振幅增大。2.红外光与分子之间有偶合作用，分子振动时其偶极矩()必须发生变化，即≠0。故并非所有的振动都会产生红外吸收，只有发生偶极矩变化（≠0）的振动才能引起可观测的红外吸收带，这种振动称为红外活性的，反之（=0）则为红外非活性的。如单原子和同核分子象Ne、He、O2、H2等，CO2的对称伸缩振动也为红外非活性。即把两个原子看成质量为

6、mA与mB的两个质点，其间的化学键看成无质量的弹簧，当分子吸收红外光时，两个原子将在连接的轴线上作振动，就如谐振子所作的简谐振动。二、化学键的振动与频率双原子分子只有一种振动形式—伸缩振动最简单的分子是双原子分子。为了便于讨论，暂忽略分子的转动，并把双原子分子看成是一个谐振子。1.由虎克定律计算化学键振动频率式中：k—化学键的力常数，单位为N.cm-1力常数k：与键长、键能有关，键能↑（大），键长↓(短)，k↑。化学键键长（nm）键能（KJmol-1）力常数k（N.cm-1）波数范围（cm-1）C―C0.154347.34.5700～1200C＝C0.134610.99.61620～1680C

7、≡C0.116836.815.62100～2600表化学键的力常数键分子k（×105dyn/cm）键分子k（×105dyn/cm）H-FHF9.7H-CCH2=CH25.1H-ClHCl4.8H-CCH≡CH5.9H-BrHBr4.1C-C4.5-5.6H-IHI3.2C=C9.5-9.9H-OH2O7.8C≡C15-17H-O游离7.12C-O5.0-5.8H-SH2S4.3C=O12-13H-