有机波谱分析基础.ppt

7.1 电磁波谱的概念 电磁波具有能量，分子吸收电磁波从低能级跃迁到高能级，其吸收能量与频率之间的关系为： 分子内的各种跃迁都是不连续的，即量子化的. 只有当光子的能量与两个能级之间的能量差相等时，这个光子的能量才能被吸收产生分子内跃迁。 分子吸收电磁波所形成的光谱叫吸收光谱。 由于分子结构不同，各能级之间的能量差不同，因而可形成不同的特征吸收光谱. 可以鉴别和测定有机化合物的结构。 7.2 红外光谱 红外光谱波长范围 波长范围为780-5×105 nm. 三个区域： 近红外（λ=780-2500 nm，υ=12820-4000 cm-1）； 中红外（λ=2500-25000nm，υ=4000-400cm-1）； 远红外（25000-5×105 nm，υ=400-20 cm-1）。 一般红外光谱仪使用的波数为4000-400cm-1，属中红外区，相当于分子的振动能量，红外光谱也称为振动光谱。 7.2.1 分子的振动形式和红外光谱 红外光谱的基本原理 分子的振动类型 1． 伸缩振动 两原子沿着共价键方向的快速往返运动称为伸缩振动，通常用υ表示，其特点是振动时只发生键长的变化，无键角的变化。 2.弯曲振动 弯曲振动是离开键轴进行前、后、左、右的振动，其特点是振动是键长不变化，而键角发生变化，力常数变化小，因此。它们的振动频率较低。弯曲振动分为面内弯曲和面外弯曲，面内弯曲又有剪式和摇摆式振动；面外弯曲又有摆式和扭式振动。 红外光谱产生的条件 一、红外辐射光的频率（能量）能满足分子振动能级跃迁需要的能量，即辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能被物质吸收从而产生红外吸收光谱。 二、在振动过程中能引起分子偶极矩发生变化的分子才能产生红外吸收光谱。 H2、O2、N2 （无） 两个原子之间的伸缩振动可以看作是一种简谐振动，其振动频率可根据虎克（Hooke）定律近似的估算为： C≡C与C=C具有相同的折合质量，三键比双键的键能大，键长短，前者振动频率高，C≡C的吸收峰在2200cm-1左右，而C=C的吸收峰在1650 cm-1左右。 对于O—H、N—H、S—H等单键的键能较大，即力常数大，氢的原子质量又小，故红外吸收出现在高频区（3200-3650cm-1）。 红外光谱图 横坐标为吸收光的频率，通常用波数（单位：cm-1）表示，波长越短，波数就越大。纵坐标用透光率T表示吸收强度。吸收越多，透光率T就越小。 吸收峰的位置（吸收频率） 吸收峰的强度：S表示强、 M表示中强、 W表示弱。 吸收峰峰的形状上：宽峰、尖峰、肩峰和双峰等类型 7.2.2 有机化合物基团的特征吸收 1. 红外光谱与分子结构的关系 红外光谱的吸收特征表现在吸收峰在谱中的吸收位置（频率）、吸收强度和吸收峰的形状等和分子结构的关系。 1.吸收峰的频率与分子结构的关系 吸收峰在谱中的位置，是与特定原子团相联系的。键能越大，键长越短，振动所需的能量就越大，吸收峰所在的波数也越大。 将红外区4000-400 cm-1分为四个区。根据吸收峰的位置可鉴定官能团，这是红外光谱的最大优点。 2.吸收强度与分子结构的关系 吸收峰的强度与分子基团本身的偶极矩有关。 极性大化合物的分子在吸收红外光后的振动中引起偶极矩的变化较大，对应的吸收峰的吸收强度也较强。 C＝O、C＝N、C—O红外吸收峰一般都很强。 C—C、C—H的吸收峰较弱。 3.红外光谱的分区 按吸收的特征，通常将4000-400 cm-1范围的红外光谱分为官能团吸收区和指纹区。 (1)官能团吸收区 在1250-3700cm-1区域，称为高频区，有机化合物各种官能团的吸收峰都在此区，可用来鉴定官能团。 (2)指纹区 所谓指纹区是指频率小于1250 cm-1的低频区，主要代表某些分子骨架的特征振动以及C—C、C—O、C—N等单键的伸缩振动和各种弯曲振动的吸收。只有结构完全相同的化合物，其指纹区才相同。 4.各类有机化合物红外吸收光谱 (1) 烷烃、烯烃和炔烃的红外光谱 C-C， C=C， C≡C伸缩振动 C—C的伸缩振动:700-1400cm-1(弱的吸收峰，对结构分析价值不大)。 C＝C伸缩振动:1620-1680cm-1处。 C≡C伸缩振动：2100-2200cm-1处。 烯烃或炔烃的结构对称时，就不出现此吸收峰。 C-H键伸缩振动 C-H键伸缩振动所产生的吸收峰在高频区