哈工程分析化学第7章红外吸收光谱法讲解.ppt

红外吸收光谱又称分子振动—转动光谱。红外光谱在化学领域中的应用大体上可分为两个方面： (1)用于分子结构的基础研究 (2)用于化学组成的分析。 前者，应用红外光谱可以测定分子的键长、键角。以此推断分子的立体构型；根据红外光谱所得的力常数可以确定化学键的强弱,由简正频率来计算热力学函数等等。 但是，红外光谱最广泛的应用是对物质的化学组成进行分析。 用红外光谱法可以根据吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，根据特征吸收峰的强度测定混合物中各组分的含量。 红外吸收光谱法具有以下特点： ①速度快 ②灵敏度较高 ③所用试样量少 ④能分析各种状态下的试样等 因此它已成为现代结构化学，分析化学最常用的和不可缺少的工具。 按红外线波长，将红外线光谱分成三个区域 1.红外光谱产生的条件 2. 分子振动与振动频率方程式 3.分子振动形式和吸收峰 7.2 红外光谱仪 7. 2 红外光谱仪 内部结构 傅里叶变换红外光谱仪工作原理图 迈克尔干涉仪工作原理图 二、联用技术 7.3 有机化合物中基团的特征吸收峰 基团频率出现的范围: 二、有机化合物分子中常见基团吸收峰 （2）饱和碳原子上的—C—H 一个特征峰仅代表基团的一种振动形式，而在化合物中，一个基团经常有数种振动形式，所以仅靠某一特征峰的存在来推断是某个基团是不够的。 7.4 影响吸收峰峰位变化的因素 共轭效应：（又称M效应）使共轭体系中的电子层密度平均化，结果使原来的双键间的电子的密度降低，化学键的力常数k减小，因此振动频率降低。 （2）氢键效应 7.5 红外光谱在结构解析中的应用 分子的不饱和度 一、解析示例 对比 7.6 试样的制备 诱导效应（I）： 吸电子基团使C=O吸收峰向高波数方向移动。 cm -1 cm -1 cm -1 cm -1 规律：使吸收峰向低波数(长波方向)移动(红移)。 在同一分子中，诱导效应与共轭效应同时存在，对吸收峰的移动看哪一种效应占优势而定。 氢键(分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动。 例如：测定羧酸气体或非极性溶剂的稀溶液时，可在1760cm-1处看到游离分子的CO伸缩振动吸收峰；但在测定液态或固态的羧酸时，则在1710cm-1处出现一个强吸收峰。 游离的RCOOH 二聚体 氢键使伸缩振动频率向低波数方向移动。 （3）环张力： 环的张力越大，振动频率向高波数方向移动，一般来说，环越小，环的张力越大。例如： （4）费米共振： 当一振动的倍频与另一振动的基频接近时，由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或者发生裂分，这个现象叫做费米共振（Fermi共振） 例如： 的 为1773cm-1和1736cm-1。这是由于 （1774cm-1）和 间的C－C的变角振动（880～860cm-1）的倍频发生费米共频。使－C=O峰裂分为两个峰。 （5）立体障碍： 由于立体障碍，羰基与双键之间共轭效应受到限制使 的吸收波数较高。例如： 2.外部因素 外部因素是指试样状态，测定条件以及溶剂极性的影响等因素都会引起基团频率的位移。 如对同化合物，如丙酮中气态时－C=O伸缩振动波数为1742cm-1(最高)，液态试样为1718cm-1。固态的振动频率最低。此外，对固体试样，其结晶的晶形不同或粒子的大小的差异，都会在红外谱图上反映出来。 同一化合物的气态和液态光谱或固态光谱有较大的差异，因此在查阅标准光谱图时，要注意试样状态及制样的方法等。 用溶液测定化合物的红外光谱时，使用的溶剂不同，其红外光谱图也会不同。 规律：伸缩振动吸收频率会随着溶剂的极性的增加向低波数移动，并且吸收强度增加。 红外光谱图解析一般可以按以下的步骤进行： 1.解析前应了解尽可能多的信息 2.计算不饱和度 3.确定所含的化学键或基团 4.根据频率位移值考虑邻接基团及其连接方式 5.与标准谱图对照 6.配合其它分析方法综合解析 定义：不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1。 计算：若分子中仅含一，二，三，四价元素(H, O,N，C)，则可按下式进行不饱和度的计算： n4，n3，n1 分别为分子中四价，三价，一价元素数目。 作用：由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键、三键、环、芳环的数目