北京中医药学红外光1-13.doc

红外光谱和拉曼光谱 中国医学科学院药物研究所 2005年9月 Contents 1． 红外光谱的基本原理 2． 红外光谱仪介绍 3． 红外光谱的应用范围 4． 含重要官能团有机分子的红外光谱特征 5． 醇、酚、糖和甙的红外光谱特征 6． 胺、铵盐和肼的红外光谱吸收 7． 烷基的红外光谱 8． 烯烃的红外光谱 9． 三键和连双键化合物 10． 芳香化合物 11． 羰基化合物 12． 拉曼光谱 参考文献 1． 谢晶曦，常俊标，王绪明. 红外光谱在有机化学和药物化学中的应用，北京：科学出版社，2001。 2． 董慧如主编. 仪器分析，北京：化学工业出版社，2000。 3． 伍越寰. 有机结构分析，合肥：中国科学技术大学出版社，1992。 4． 唐恢同. 有机化合物的光谱鉴定，北京：北京大学出版社，1992。 5． 白小红，李晓妮. 药物结构分析，北京：北京医科大学出版社，2001。 6． DH Williams, L Fleming. Spectroscopic methods in organic chemistry, Fifth edition, 1995. 红外光谱概述 表2-1 红外波段的划分 波段名称 波长?m 波数 cm-1 能级跃迁类型 近红外区 0.75?2.5 13300?4000 分子化学键振动的倍频 中红外区 2.5?25 4000?400 化学键振动的基频 远红外区 25?1000 400?10 骨架振动, 转动 红外光单位: 微米 ?m (micrometer) 或波数cm-1, 1 ?m = 10 –4 cm 1. 红外光谱的基本原理 1.1基本原理 在图2-1中, h 是planck 常数; ν是光的频率。 图2-1 吸收光谱的一般图象 分子有不同类型的运动, 如分子在空间的平动, 所吸收的能量-平动能; 分子沿它的重心移动, 所吸收的能量-转动能(~0.1-0.001 kcal/mol); 分子内各原子间化学键的振动, 所吸收的能量-振动能(~5.0 kcal/mol); 另外还有分子内各种电子的运动和原子核的运动等等, 它们都有相应的能级。 ?E = E光 = h?光 红外光能量主要产生转动和振动二种形式分子运动能。振动时伴有偶极矩改变者,则吸收红外光子,从而形成红外光谱。 1.1.2有机分子振动方式: 伸缩振动（ν）和弯曲振动 （?） 简单分子A-B伸缩振动基频用Hooke定律近似计算： A B k： 键力常数；M： A、B原子的折合质量; c: 光速。 ? ? k, ? ? 1/M 如 C-H键，计算ν 3040 cm-1, 实测ν 2970 cm-1。 多原子复杂分子 对具有n个原子的分子, 分子自由度需用3n个坐标描述, 有3个转动自由度, 3个移动自由度，3n-6个振动自由度。 C6H6, 分子自由度= 3n-6 = 3?12-6 = 30, 理论上讲似乎应看到30个吸收峰, 实际上只有发生偶极矩改变 (?? ? 0) 的振动才有红外光谱吸收。如cis-CHCl=CHCl, 在1580 cm-1有吸收峰, 它是C=C的振动吸收峰; 而对trans-CHCl=CHCl ,故无 1580 cm-1 吸收峰。水分子伸缩振动和变形振动方式分别如图2-2 所示。 νs νas + + - + ? 面内 ? ? or 面外 ? (剪动) (摆动) (仰动) 图2-2. 水分子的伸缩和变形振动方式 一般来说对同类化学键, E伸缩 E弯曲， ν伸缩 ν弯曲 如 CH3CHO分子的伸缩振动如图2-3 所示, 2960, 2870 cm-1(νC-H), 1460 cm-1(δC-H); ~2720 cm-1(νO=C-H), ~1400 cm-1(δC-H), 1730 cm-1(νc=o); 1165 cm-1(νc-c)。 1.1.3 吸收峰类型 1.1.3.1. 基频峰 (fundamental bands): 分子吸收光子后从一低能级跃迁到相邻的高能级而产生吸收峰。 伸缩 νas 2926 νs 2853 cm-1 弯曲?CH2 1460 748 1336 1278 cm-1 图2－4. 亚甲基的伸缩振动和弯曲振动 1.1.3.2 倍频峰 (overtones bands): 分子吸收比原有能量大一倍的