[理学]有机波谱解析-第三章 红外光谱.ppt

第三章 红外光谱(Infrared spectroscopy，IR) 运动质点的种类、运动状态和所吸收的电磁波频率间的粗略关系如下图所示： 红外区域的划分 0.8～1000 μm 0.8～2.5 μm 近红外区：泛频区 2.5～25 μm 中红外区：大部分有机物的基团振动频率在此区域。 25～1000 μm 远红外区：转动和重原子振动 红外光谱的表示方法 红外光谱图 文字 红外光谱产生的条件 1. ?能量相当（E光=△E振动跃迁） 辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能被吸收产生吸收光谱。??????????????? 2. 偶极矩变化 指在振动过程中，分子能引起偶极矩变化时才能产生红外吸收光谱。 如 H—H、 R—（C≡C）—R 、N2 等。由于μ=0 电荷分布是对称的，因此，振动时不会引起分子偶极矩的变化。在实验中观察不到红外光谱。 μ＝δr 分子中振动能级之间能量要比同一振动能级中转动能级之间能量差大100倍左右。振动能级的变化常常伴随转动能级的变化，所以，振动光谱是由一些谱带组成的，它们大多在红外区域内，因此，叫红外光谱。 二氧化碳分子的振动方式和频率 分子振动形式分两大类：伸缩振动和弯曲振动 伸缩振动 ：原子沿键轴方向往复运动，振动过程中键长发生变化。又可分为对称伸缩振动（?s）和反对称伸缩振动（ ? as ）两种形式。 弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分为面内弯曲振动（?）和面外弯曲振动（ ? ）两种形式，它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式。 吸收峰减少的原因 分子的一些振动没有偶极矩变化，是红外非活性的； 不同振动方式的频率相同，发生简并； 一些振动的频率十分接近，仪器无法分辨； 一些振动的频率超出了仪器可检测的范围。 红外光谱中除了前述基本振动产生的基本频率吸收峰外，还有一些其他的振动吸收峰： 倍频：是由振动能级基态跃迁到第二、三激发态时所产生的吸收峰。由于振动能级间隔不等距，所以倍频不是基频的整数倍。 组合频：一种频率红外光，同时被两个振动所吸收即光的能量由于两种振动能级跃迁。 组合频和倍频统称为泛频。因为不符合跃迁选律，发生的几率很小，显示为弱峰。 振动偶合：相同的两个基团相邻且振动频率相近时，可发生振动偶合，引起吸收峰裂分，一个峰移向高频，一个移向低频。 弗米共振：基频与倍频或组合频之间发生的振动偶合，使后者强度增强。 五、 基团频率区的划分 分区依据：由于有机物数目庞大，而组成有机物的基团有限；基团的振动频率取决于K 和 m，同种基团的频率相近。 划分方法 氢键区 官能团特征频率区 叁键区和累积双键区 双键区 指纹区 单键区 基团频率区的划分 区域名称 频率范围 基团及振动形式 氢键区 4000～2500cm-1 O－H、C－H、N－H 等的伸缩振动 叁键和 C?C、C?N、N?N和 累积双键区 2500~2000cm-1 C＝C＝C、N＝C＝O 等的伸缩振动 双键区 2000~1500cm-1 C=O、C=C、C=N、NO2、 苯环等的伸缩振动 单键区 1500~400cm-1 C－C、C－O、C－N、 C－X等的伸缩振动及含 氢基团的弯曲振动。 官能团特征频率区的特点和用途 吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物中的同种基团振动吸收总是出现在一个比较窄的波数范围内。 主要用于确定官能团。 指纹区的特点和用途 吸收峰多而复杂，很难对每一个峰进行归属。 单个吸收峰的特征性差，而对整个分子结构环境十分敏感。 主要用于与标准谱图对照。 基团处于分子中某一特定的环境，因此它的振动不是孤立的。基团确定后，m 固定，但相邻的原子或基团可通过电子效应、空间效应等影响 K，使其振动频率发生位移。