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红 外 光 谱 Infrared Spectroscopy 电磁波谱与分子结构 红外光的波谱范围 处于可见区域与微波之间 波长范围0.75~830 mm. 频率通常用波数（ cm-1 ）表示，频率范围13330~12 cm-1 分为三个区域： 近红外（0.75~2.5 mm，13330~4000 cm-1） 中红外（2.5~15.4 mm，4000 ~650 cm-1） 远红外（15.4~830 mm，650~12 cm-1） 基本原理 红外光谱是一种吸收光谱 红外光所对应的分子内部的运动形式是分子的振动 分子的振动造成偶极矩的改变产生红外吸收 分子的振动的频率与化学键的强度和原子的质量相关 红外光谱通过测定分子中化学键的振动频率来确定官能团 双原子分子的振动 双原子分子只有一种振动形式—伸缩振动 多原子分子的振动 伸缩振动：对称的和不对称的 沿化学键的方向振动，只改变键长，不改变键角 多原子分子的振动 弯曲振动：面内弯曲和面外弯曲 弯曲振动只改变键角，不改变键长 双原子分子的红外吸收频率 式中：k — 化学键的力常数，单位为N.cm-1 μ — 折合质量，单位为 g 力常数k：与键长、键能有关：键能↑（大），键长↓(短)，k↑。 伸缩振动频率 分子的振动形式 IR光谱中的峰数少于基本振动数的原因 振动过程中，伴随有偶极矩变化的振动才能产生吸收峰 频率完全相同的吸收峰，彼此发生简并（峰重叠） 强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰 有些峰处于中红外区之外 吸收峰太弱，检测不出来 注意 H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能产生红外吸收。 H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动也不能产生红外吸收。 二氧化碳的IR光谱 红外活性 (IR-Active) 其它红外吸收频率 费米共振 红外吸收强度及表示方法 特征吸收频率 各种官能团的红外吸收位置 官能团区和指纹区 影响红外光谱吸收频率的因素 测定条件及样品物理状态的影响 诱导效应 共轭效应 由于邻近原子或基团的共轭效应使原来基团中双键性质减弱，从而使力常数减小，使吸收频率降低。 例如： 中介效应 即共振效应。最典型的例子是酰胺的羰基吸收频率均不超过1690cm-1 ，这是因为存在中介效应： 降低了羰基的双键性，因而吸收频率移向低波数。 环的张力 环状化合物环的大小不同影响键的力常数，使环内或环上基团的振动频率发生变化。 空间障碍 当共轭体系的共平面性被破坏，吸收频率将向较高波数移动。 氢键的影响 形成氢键后基团的吸收频率都会下降，但吸收强度增加。 例如：乙醇的自由羟基的伸缩振动频率是3640 cm-1，而其缔合物的振动频率是3350 cm-1。形成氢键还使振动谱带变宽。 质量效应 含氢基团的氢被氘取代后，基团的吸收频率会向低波数方向移动。 影响红外光谱吸收强度的因素 极性大的基团，吸收强度大，C=O 比 C=C 强， C?N 比 C ? C 强 使基团极性降低的诱导效应使吸收强度减小，使基团极性增大的诱导效应使吸收强度增加。 共轭效应使π电子离域程度增大，极化程度增大，吸收强度增加。 振动耦合使吸收增大，费米共振使倍频或组频的吸收强度显著增加。 形成氢键使振动吸收峰变强变宽。 能级跃迁的几率，v=0 ? v=2 比 v=0 ? v=1 能阶大，但几率小，吸收峰弱 红外光谱的分区 红外谱图按频率可分为六个区域 4000~2500 cm-1 ; 2500~2000 cm-1 ; 2000~1500 cm-1 ; 1500~1300 cm-1 ; 1300~910 cm-1 ; 910 cm-1 以下 4000~2500 cm-1 X―H的伸缩振动区域。X = C，N，S，O等。P、Si、B等低于2500 cm-1 应注意水的吸收峰 2500~2000 cm-1 三键和累积双键（─C≡C─、─C≡N─、─C═C═C─、─N═C═O、─N═C═S等）的伸缩振动区域。 应注意空气中二氧化碳的吸收 （~2365、2335 cm-1） 水的红外光谱（气相） 二氧化碳的红外光谱（气相） 2000~1500 cm-1:双键的伸缩振动区域 羰基化合物在~1650 ─ 1900 cm-1 烯基氢面外弯曲振动的倍频~1600 ─ 2000 cm-1 苯环的骨架振动在~1500、~1580、~1600 cm-1 C═C的伸缩振动~1620 ─ 1680 cm-1 C═N的伸缩振动~1640 ─ 1690 cm-1 N═O的伸缩振动~1500 ─ 1600 cm-1 ─NO2有