级跃迁产生的吸收信号按波长范围红外光可分为三个区域.pptVIP

* * 第九章 红外光谱 红外吸收光谱是分子吸收红外光引起的振动和转动能级跃迁产生的吸收信号 。 按波长范围红外光可分为三个区域： 近红外光 λ=0.73~3μm 中红外光 λ=3.0~30μm 远红外光 λ=30~300μm 通常所说的红外光谱主要在中红外区 λ=2.5~25μm υ=4000~400cm-1 红外光谱通常以百分透过率T%—波数（或频率）曲线表示 。如： 甲基环己烷的红外光谱图 一、基本原理 1、分子的振动与红外光谱： 分子中的原子是靠化学键连接起来的。在室温下，大多数分子处于最低的振动能级。当受到光的照射，且光量子的能量等于两振动能级之差时： 分子吸收光量子的能量从基态跃迁到激发态。 A、双原子分子：分子的振动只产生键长的变化 B、多原子分子：分子的振动分为伸缩振动和弯曲振动 1）伸缩振动（υ） ：改变瞬间化学键键长 对称伸缩振动 不对称伸缩振动 2）弯曲振动：改变瞬间化学键的键角 剪式弯曲 平面摇摆 注 每种分子可能有几种不同的振动方式，当入射光的频率与分子的振动频率一致，且分子的振动能引起分子的瞬间偶极矩变化时，分子即吸收红外光，在红外光谱上有反映。 + + 非平面摇摆 + - 面外扭曲 2、化学键 的振动频率 虎克定律： m 为成键原子的质量 k 为化学键的力常数 υ 说明：1）化学键的振动频率或波数与其力常数k的平方根成正比，k愈大，振动频率亦愈大。而化学键的键能越大，键长越短，其力常数越大。如： C—C吸收出现在较低的波数区，1200~700cm-1， 而C=C在1700~1450 cm-1， C≡C在2300~2100cm-1。 键能大小顺序： C─C＜ C=C＜ C≡C 2）振动频率或波数与原子的折合质量m1?m2/(m1+m2)的平方根成反比。因此，当两个振动原子中有一个为氢原子时，m1?m2/(m1+m2) 很小，振动频率或波数就大。 如C-H，O-H，N-H键的伸缩振动吸收出现在高波数区（ 3000cm-1 左右）。 3、红外光谱产生的条件 1）入射光的频率与分子中某一基团的振动频率相同时，分子吸收这一频率的红外光从低能级跃迁到较高的能级，产生红外吸收光谱。 2）只有当分子的振动能引起分子的偶极矩变化时，才能引起红外吸收。 能吸收红外光 的物质，叫红外光活性物质。 不能吸收红外光 的物质，叫红外非光活性物质。 二、红外光谱与分子结构 A、 4000~1500cm-1 为特征谱带区（官能团区） 其中? 4000~2500cm-1，为含氢基团的伸缩振动区，通常称为“氢键区”。OH、NH、CH、SH等基团的伸缩振动都出现在这一区域中。 ? 2500~2000cm-1，叁键和累积双键区。各种叁键基团如C≡C、C≡N以及累积双键如C=C=C、N=C=O(异腈酸酯)的伸缩振动都落在此区域中。 ? 2000~1500cm-1，双键区。各种双键基团，如C=C、C=O、C=N、C=S、N=O以及苯基的伸缩振动都在这一频率范围。 B、1500~400cm-1，指纹区。包括C－C、C－O、C－N等单键的伸缩振动和含氢基团OH、NH、CH等的弯曲振动都出现在这一区域内。这一区域谱带较密集，难辨认，象人的指纹。每个化合物在这一区域都有不同于其他分子的特征谱带，对鉴定化合物有用。 C、影响基团吸收位置的因素： 很复杂 1）对同一化合物，气态在高波数区，液态或固态在低波数区。 例如：丙酮的羰基伸缩振动吸收，气态时 1738cm-1 液态时 1715cm-1 2）分子的内部结构也有影响。 羰基伸缩振动 1730cm-1 1800cm-1 1700~1640cm-1 3）共轭体系： C=C C=O 1647cm-1 1720cm-1 1627cm-1 1685cm-1 4）分子内氢键缔合，谱带变宽。 三、各类有机化合物的特征吸收简介（见表9-2） 1、烷烃 甲基环己烷的红外光谱图 C-H伸缩振动 ＜3000cm-1 C-H弯曲振动 2、烯烃 环己烯的红外光谱图 =C-H伸缩振动 ＞3000cm-1 -C-H伸缩振动 C=C伸缩振动 1