《有机化合物波谱解析》第二章红外光谱 (IR).ppt

《波谱解析》 主讲教师: 李晓蒙 第二章 红外光谱 (IR) 学习要求: 1.了解红外光谱的基础知识: 红外光谱产生的原因以及在IR谱中影响基团(官能团)振动频率(ν)的一些因素。 2.掌握IR谱解析的重要区段及主要官能团特征吸收频率。 3. 了解IR谱在有机结构分析中的应用。 第一节 基础知识 一. 红外光(800nm-400μm)与红外光谱(IR): *分子的能量: E分子=E移+E转+E振+E电子 E光子=hν光=ΔE振 *化学键的偶极矩与分子的偶极矩(μ): *红外光可分为三个区域: 近红外区（泛频区）: 12500-4000 cm-1 (波数ν); 中红外区（基本振动区） : 4000-400 cm-1 远红外区（转动区） : 400-25 cm-1 二. 分子化学键的振动与能级: (一). 双原子分子的振动: 1.谐振子: f (弹力)= -Kδx *振动频率(ν)是键的力常数(K)及两个原子(mA与mB)的质量的函数。 这些式子表明:双原子分子的振动频率(波数)随着化学键力常数的增大而增加, 同时也随着原子折合质量的增加而降低。 2. 非谐振子: *真实分子并非严格遵守谐振子规律, 其势能曲线不是抛物线。 *由量子力学求得非谐振子的能级为: E振=(V+1/2) ν -(V+1/2)2Xe ν 式中V:振动量子数, 其值可取0, 1, 2…. Xe:非谐性修正系数 ν :谐振子的振动频率 *在常温下, 分子几乎均处于基态, 所以在红外光谱中通常只考虑如下两种跃近: (1) V0 V1:产生基频峰谱带, 峰较强。 ν0 1= ν(1-2Xe) (2) V0 V2或V3 :产生倍频峰谱带, 峰较弱。 ν0 2= 2ν(1-3Xe) 基频峰（?0→1） 2885.9 cm-1 最强 二倍频峰（ ?0→2 ） 5668.0 cm-1 较弱 三倍频峰（ ?0→3 ） 8346.9 cm-1 很弱 四倍频峰（ ?0→4 ） 10923.1 cm-1 极弱 五倍频峰（ ?0→5 ） 13396.5 cm-1 极弱 规律 2. ?值与 成反比 3. 4. 伸缩振动频率弯曲振动频率 (二).多原子分子的振动类型 1. 振动类型 (分两大类) : (1) 伸缩振动: 以ν表示, 又可分: 对称(νs) 不对称(νas) (2) 弯曲振动:以δ表示, 又可为4种。 面内弯曲振动δ ip：剪式；平面摇摆 面外弯曲振动δ 0.0.p：扭曲；非平面摇摆 νas νs δ S δ 0.0.p 谱图解析——正己烷 谱图解析——正己烷 谱图解析——正己烷 谱图解析——正己烷 正己烷 谱图解析——正己烷 2. 分子振动自由度与峰数 *基本振动的数目称为振动自由度; 由N个原子构成的分子,其总自由度为3N个。 *分子作为一个整体,其运动状态可分为:平动、转动和振动。 *分子自由度数(3N)=平动自由度+转动自由度+振动自由度 *振动自由度=分子自由度数(3N)-(平动自由度+转动自由度) 非线性分子振动自由度=3N-（3+3)=3N-6 线性分子振动自由度=3N-（3+2)=3N-5 *理论上, 每个振动自由度在红外光谱区均产生一个吸收峰带, 但实际上,峰数往往少于基本振动数目。 影响峰数减少的因素 三. 影响峰位、峰强的因素 在复杂的有机分子中, 基团频率除由质量和力常数主要因素支配外, 还受到参与作用的许多其它因素的影响, 这些作用的总结果决定了该吸收谱带的准确位置, 不同分子中的同一基团的吸收谱带位置总是在