化学键的振动频率(共108张PPT)精品课件.pptx

1、化学键的振动化学键的振动(zhndng)频率频率第一页，共一百零八页。分子中基团的振动和转动分子中基团的振动和转动(zhun dng)(zhun dng)能级跃迁产生：能级跃迁产生：振振-转光谱转光谱第二页，共一百零八页。第三页，共一百零八页。分子的振动能量比转动能量大，当分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹(chncu)(chncu)的振动光谱，而只能得到的振动光谱，而只能得到 分子的分子的振动振动-转动光谱转动光谱，这种光谱称为，这种光谱称为红外红外吸收光谱吸收

2、光谱。红外吸收光谱是一种分子吸收光红外吸收光谱是一种分子吸收光谱。谱。第四页，共一百零八页。第五页，共一百零八页。一、红外光区的划分一、红外光区的划分 红外光谱在红外光谱在可见光区和微波光区可见光区和微波光区之间，波长之间，波长范围约为范围约为 0.75-1000 0.75-1000m m，根据仪器技术和应用根据仪器技术和应用不同不同(b tn)(b tn)，习惯上又将红外光区分为三个区：，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区近红外光区（0.75-2.50.75-2.5m m）中红外光区中红外光区（2.5-252.5-25m m）远红外光区远红外光区（25-100025-1000m m）。

3、）。第六页，共一百零八页。近红外光区的吸收带近红外光区的吸收带 （0.75-2.50.75-2.5m m）主要是由低能电子跃迁、含氢原子主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如团（如O-HO-H、N-HN-H、C-HC-H）伸缩振动的倍伸缩振动的倍频吸收产生频吸收产生(chnshng)(chnshng)。该区的光谱可用来。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化并适用于水、醇、某些高分子化合物合物以及含氢原子团化合物的定量分析。以及含氢原子团化合物的定量分析。第七页，共一百零八页。中红外光区吸收中红外光区吸收(xshu)(

4、xshu)带带（2.5-252.5-25m m）是是绝大多数有机化合物和无机离子的基频绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带（由基态振动能级（吸收带（由基态振动能级（=0=0）跃迁）跃迁至第一振动激发态（至第一振动激发态（=1=1）时，所产生的）时，所产生的吸收峰称为基频峰）。由于基频振动是吸收峰称为基频峰）。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。最适于进行红外光谱的定性和定量分析。第八页，共一百零八页。同时，由于中红外光谱仪最为成熟、同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单简单(jindn)(jindn)，而且目前

5、已积累了该区大，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常，泛的光谱区。通常，中红外光谱法又简中红外光谱法又简称为红外光谱法。称为红外光谱法。第九页，共一百零八页。远红外光区吸收带远红外光区吸收带 （25-25-10001000m m）是由是由气体分子中的纯转动跃迁气体分子中的纯转动跃迁、振动振动-转动跃迁转动跃迁、液体和固体中重原子液体和固体中重原子的伸缩振动的伸缩振动、某些变角振动、骨架某些变角振动、骨架(gji)(gji)振振动动以及晶体中的晶格振动所引起的以及晶体中的晶格振动所引起的。第十页，共一百零八页。由于低频骨架由于低频

6、骨架(gji)(gji)振动能灵敏地反映振动能灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物方便。此外，还能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸附现象的研（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非其它波究。但由于该光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范围内进行分析。在此范围内进行分析。第十一页，共一百零八页。红外吸收光谱一般用红外吸收光谱一般用T-T-曲线或曲线或T-T-（波数）曲线表示。纵坐标为百波数）曲线表示。纵坐标为百分透射比分透射比T%T

7、%，因而吸收峰向下，向因而吸收峰向下，向上上(xingshng)(xingshng)则为谷；横坐标是波长则为谷；横坐标是波长（单位为单位为m m），或（波数）（单），或（波数）（单位为位为cmcm-1-1）。）。第十二页，共一百零八页。波长波长(bchng)(bchng)与与 波数之间的关系为：波数之间的关系为：（波数）（波数）/cmcm-1-1=10104 4/（/m m）中红外区的中红外区的 波数范围是波数范围是4000-4000-400 400 cmcm-1-1 。第十三页，共一百零八页。二、二、红外光谱法的特点红外光谱法的特点 紫外、可见吸收光谱常用紫外、可见吸收光谱常用(chn yn

8、)(chn yn)于于研究不饱和有机物，特别是具有共轭研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而体系的有机化合物，而红外光谱法主红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。光谱中出现）。第十四页，共一百零八页。因此，除了因此，除了(ch le)(ch le)单原子和同核分子如单原子和同核分子如NeNe、HeHe、O O2 2、H H2 2等之外，几乎所有的有等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚

9、物以及学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外，在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。不会有相同的红外光谱。第十五页，共一百零八页。红外吸收带的波数位置、波峰的红外吸收带的波数位置、波峰的数目以及吸收谱带的强度反映了分子数目以及吸收谱带的强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学的结构组成或确定其化学(huxu)(huxu)基团；基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行

10、定或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定量分析和纯度鉴定。第十六页，共一百零八页。由于红外光谱分析特征性强，气体、由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特量少，分析速度快，不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅与其它许点。因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进行定性和定量多分析方法一样，能进行定性和定量分析分析(dnglingfnx)(dnglingfnx)，而且是鉴定化合物和测，而且是鉴定化合物和测定分子结构的用效方法之一。定分子结构的用效方法之一。第十七页，共一百零八页。红外光谱图

11、红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长(bchng)（m）和波数1/单位：cm-1可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：应用：有机化合物的结构解析。定性：定性：基团的特征吸收频率(pnl)；定量：定量：特征峰的强度；第十八页，共一百零八页。满足两个条件：满足两个条件：1辐射应具有(jyu)能满足物质产生振动跃迁所需的能量；2辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子对称分子：没有(mi yu)偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非对称分子非对称分子：有偶极矩，红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图一第十九页，共一百零八页。分子分子(fnz)的振动能级（量子化）

12、：的振动能级（量子化）：E振振=（V+1/2）h V：化学键的化学键的 振动频率；振动频率；：振动量子数。振动量子数。1双原子分子的简谐振动及其频率双原子分子的简谐振动及其频率(pnl)化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧第二十页，共一百零八页。任意两个相邻任意两个相邻(xin ln)的能级间的能量差为：的能级间的能量差为：kkckhhE13702112K化学键的力常数，与键能和键长有关，化学键的力常数，与键能和键长有关，为双原子的折合质量为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）发生发生(fshng)振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的振动能级

13、跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。分子分子(fnz)振动方程式振动方程式第二十一页，共一百零八页。表表 某些某些(mu xi)键的伸缩力常数（毫达因键的伸缩力常数（毫达因/埃）埃）键类型键类型 C C C=C C C 力常数力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位 4.5 m 6.0 m 7.0 m 化学键键强越强（即键的力常数化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子越大）原子(yunz)折合质折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。量越小，化学键的振动频率越大，

14、吸收峰将出现在高波数区。第二十二页，共一百零八页。例题例题:由表中查知由表中查知C=C键的键的K=9.5 9.9,令其为令其为9.6,计算计算(j sun)波数值波数值正己烯中C=C键伸缩(shn su)振动频率实测值为1652 cm-1116502126913071307211cm/.kkcv第二十三页，共一百零八页。一、产生红外吸收的条件一、产生红外吸收的条件 红外吸收光谱是分子振动能级跃迁产生的。红外吸收光谱是分子振动能级跃迁产生的。因为分子振动能级差为因为分子振动能级差为0.05 1.00.05 1.0eVeV，比转动能级比转动能级差（差（0.0001 0.0001 0.05 0.05

15、eVeV）大，因此大，因此(ync)(ync)分子发生振动分子发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动能级的跃迁，因而能级跃迁时，不可避免地伴随转动能级的跃迁，因而无法测得纯振动光谱，但为讨论方便，以双原子分子无法测得纯振动光谱，但为讨论方便，以双原子分子振动光谱为例，说明红外光谱产生的条件。振动光谱为例，说明红外光谱产生的条件。第二节第二节 基本原理基本原理第二十四页，共一百零八页。若把双原子分子（若把双原子分子（A-BA-B）的两个原子看作的两个原子看作两个小球，把连结它们两个小球，把连结它们(t men)(t men)的化学键看成的化学键看成质量可以忽略不计的弹簧，则两个原子间质量可以忽略

16、不计的弹簧，则两个原子间的伸缩振动，可近似地看成沿键轴方向的的伸缩振动，可近似地看成沿键轴方向的间谐振动。间谐振动。第二十五页，共一百零八页。由量子力学可以由量子力学可以(ky)(ky)证明，该证明，该分子的振动分子的振动总能量总能量(E E)为：为：E E =（+1/2 +1/2）h h （=0=0，1 1，2 2，）式中式中 为振动量子数（为振动量子数（=0=0，1 1，2 2，）；）；E E 是与振动量子数是与振动量子数 相应的体相应的体系能量；系能量；为分子振动的频率。为分子振动的频率。第二十六页，共一百零八页。在室温时，分子处于基态（在室温时，分子处于基态（=0 0），），E E=1

17、/2=1/2 h h ，此时，伸缩振动此时，伸缩振动的频率很小。当有红外辐射照射到分的频率很小。当有红外辐射照射到分子时，若红外辐射的光子（子时，若红外辐射的光子（L L）所具有所具有的能量（的能量（E EL L）恰好等于恰好等于(dngy)(dngy)分子振动能分子振动能级的能量差（级的能量差（E Ev v）时，则分子将吸收时，则分子将吸收红外辐射而跃迁至激发态，导致振幅增红外辐射而跃迁至激发态，导致振幅增大。大。第二十七页，共一百零八页。分子振动能级的能量差为分子振动能级的能量差为 E Ev v=h h 又光子能量为又光子能量为 E EL L=h=h L L 于是可得产生于是可得产生红外吸

18、收光谱的第一红外吸收光谱的第一(dy)(dy)条件条件为：为：E EL L=E Ev v 即即 L L=第二十八页，共一百零八页。因此，因此，只有当红外辐射频率等于振只有当红外辐射频率等于振动量子数的差值与分子振动频率的乘积动量子数的差值与分子振动频率的乘积时，分子才能时，分子才能(cinng)(cinng)吸收红外辐射，产生吸收红外辐射，产生红外吸收光谱。红外吸收光谱。分子吸收红外辐射后，由基态振动分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（能级（=0=0）跃迁至第一振动激发态）跃迁至第一振动激发态（=1=1）时，所产生的吸收峰称为基）时，所产生的吸收峰称为基频频峰峰。因为。因为=1=1时，时，L

19、L=，所以所以 基频峰基频峰的位置的位置（L L）等于分子的振动频率。等于分子的振动频率。第二十九页，共一百零八页。在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动动(zhndng)(zhndng)能级由基态（能级由基态（=0=0）跃迁至第二）跃迁至第二激发态（激发态（=2=2）、第三激发态（）、第三激发态（=3=3），所产生的吸收峰称为所产生的吸收峰称为倍频峰倍频峰。=0=0跃迁至跃迁至 =2=2时，时，（振动量子数振动量子数的差值的差值）=2=2，则，则 L L=2=2，即吸收的即吸收的红外线谱线（红外线谱线（L L ）是分子振动频率的二）是分子振动频率的二倍，产生的

20、吸收峰倍，产生的吸收峰称为二倍频峰。称为二倍频峰。第三十页，共一百零八页。由由 =0=0跃迁至跃迁至 =3=3时，时，（振动量振动量子数的差值子数的差值）=3=3，则，则 L L=3=3，即即吸收的红外线吸收的红外线 谱线（谱线（L L ）是分子振动）是分子振动频率的三倍，产生的吸收峰频率的三倍，产生的吸收峰称为三倍频称为三倍频峰。其它峰。其它(qt)(qt)类推。在倍频峰中，二倍频类推。在倍频峰中，二倍频峰还比较强。三倍频峰以上，因跃迁几峰还比较强。三倍频峰以上，因跃迁几率很小，一般都很弱，常常不能测到。率很小，一般都很弱，常常不能测到。第三十一页，共一百零八页。基频基频(j pn)峰（峰（

21、01）2885.9 cm-1 最强最强二倍频峰（二倍频峰（022）5668.0 cm-1 较弱较弱三倍频峰（三倍频峰（033）8346.9 cm-1 很弱很弱四倍频峰（四倍频峰（044）10923.1 cm-1 极弱极弱五倍频峰（五倍频峰（055）13396.5 cm-1 极弱极弱 由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基频好是基频(j pn)峰的整数倍，而是略小一些。以峰的整数倍，而是略小一些。以HCl为例：为例：第三十二页，共一百零八页。除此之外，还有除此之外，还有合频峰合频峰（1 1+2 2，2 2 1 1+2 2，），），差频峰差频峰（1 1-2 2，

22、2 2 1 1-2 2，）等，这）等，这些峰多数很弱，一般不容易些峰多数很弱，一般不容易(rngy)(rngy)辨辨认。认。倍频峰、合频峰和差频峰统倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰称为泛频峰。第三十三页，共一百零八页。为满足这个条件，分子振动必须伴随偶极矩的变为满足这个条件，分子振动必须伴随偶极矩的变化。化。红外跃迁是偶极矩诱导红外跃迁是偶极矩诱导(yudo)(yudo)的，即能量转移的机制的，即能量转移的机制是通过振动过程所导致的偶极矩的变化和交变的电磁场是通过振动过程所导致的偶极矩的变化和交变的电磁场（红外线）相互作用发生的。（红外线）相互作用发生的。分子由于构成它的各原子的电负性的不同

23、，也分子由于构成它的各原子的电负性的不同，也显示不同的极性，称为显示不同的极性，称为偶极子偶极子。通常用分子的偶极。通常用分子的偶极矩（矩（）来描述分子极性的大小）来描述分子极性的大小。第三十四页，共一百零八页。当偶极子处在电磁辐射电场时，该电当偶极子处在电磁辐射电场时，该电场作周期性反转，偶极子将经受交替的作场作周期性反转，偶极子将经受交替的作用力而使偶极矩增加或减少。由于偶极子用力而使偶极矩增加或减少。由于偶极子具有一定具有一定(ydng)的原有振动频率，显然，只的原有振动频率，显然，只有当辐射频率与偶极子频率相匹时，分子有当辐射频率与偶极子频率相匹时，分子才与辐射相互作用（振动耦合）而增

24、加它才与辐射相互作用（振动耦合）而增加它的振动能，使振幅增大，即分子由原来的的振动能，使振幅增大，即分子由原来的基态振动跃迁到较高振动能级。基态振动跃迁到较高振动能级。第三十五页，共一百零八页。因此，并非所有的振动都会产生因此，并非所有的振动都会产生红外吸收，红外吸收，只有发生偶极矩变化只有发生偶极矩变化（00）的振动才能引起可观测的）的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该分子红外吸收光谱，该分子(fnz)(fnz)称之为称之为红红外活性的；外活性的；=0=0的分子振动不能产的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红外活性的。生红外振动吸收，称为非红外活性的。第三十六页，共一百零八页。当一定频率

25、的红外光照射分子当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个时，如果分子中某个(mu)基团的振基团的振动频率和它一致，二者就会产生共动频率和它一致，二者就会产生共振，此时光的能量通过分子偶极矩振，此时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基团就的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。跃迁。第三十七页，共一百零八页。如果用连续改变频率的红外光照射某如果用连续改变频率的红外光照射某样品，由于样品，由于(yuy)试样对不同频率的红外光试样对不同频率的红外光吸收程度不同，使通过试样后的红外光在吸收程度不同，使通过试样后的红外光在一些波数范

26、围减弱，在另一些波数范围内一些波数范围减弱，在另一些波数范围内仍然较强，用仪器记录该试样的红外吸收仍然较强，用仪器记录该试样的红外吸收光谱，进行样品的定性和定量分析。光谱，进行样品的定性和定量分析。第三十八页，共一百零八页。二、双原子分子的振动二、双原子分子的振动 分子中的原子以平衡点为中心，以非分子中的原子以平衡点为中心，以非常常(fichng)(fichng)小的振幅（与原子核之间的距离小的振幅（与原子核之间的距离相比）作周期性的振动，可近似的看作相比）作周期性的振动，可近似的看作简谐振动。这种分子振动的模型，以经简谐振动。这种分子振动的模型，以经典力学的方法可把两个质量为典力学的方法可把

27、两个质量为m m1 1和和m m2 2的的原子看成钢体小球，连接两原子的化学原子看成钢体小球，连接两原子的化学键设想成无质量的弹簧，弹簧的长度键设想成无质量的弹簧，弹簧的长度r r就就是分子化学键的长度。是分子化学键的长度。第三十九页，共一百零八页。由由经典力学经典力学(jn din l xu)可导出该可导出该体系的基本振动频率计算体系的基本振动频率计算公式公式 式中式中k为化学键的力常数，为化学键的力常数，定义为定义为将两原子由平衡位将两原子由平衡位置伸长单位长度时的恢复置伸长单位长度时的恢复力（单位为力（单位为N cm-1）。）。第四十页，共一百零八页。单键、双键单键、双键(shun ji

28、n)和三键的力常数分别近似为和三键的力常数分别近似为5、10和和15 N cm-1；c为光速（为光速（2.998 1010cm s-1），），为为折合质量，单位为折合质量，单位为g，且且 根据小球的质量和相对原子质量之间的关系，上根据小球的质量和相对原子质量之间的关系，上式可写成：式可写成：Ar 为折合相对为折合相对原子质量原子质量。第四十一页，共一百零八页。影响基本振动频率的直接原因是影响基本振动频率的直接原因是相对原子质量相对原子质量和化学键的力常数。和化学键的力常数。化学键的力常数化学键的力常数k k越大，折合越大，折合(zhh)(zhh)相相对原子质量对原子质量A Ar r 越小，则化

29、学键的振动越小，则化学键的振动频率越高，吸收峰将出现在高波数频率越高，吸收峰将出现在高波数区；反之，则出现在低数区。区；反之，则出现在低数区。第四十二页，共一百零八页。例如例如 C CC C、C C C C、C C C C 三种碳碳键的质量相同，键三种碳碳键的质量相同，键力常数的顺序是三键力常数的顺序是三键 双键双键 单单键。因此键。因此(ync)(ync)在红外光谱中，在红外光谱中，C C C C 的吸收峰出现在的吸收峰出现在2222 2222 cmcm-1-1，而而 C C C C 约在约在1667 1667 cmcm-1-1 ，C-CC-C 在在1429 1429 cmcm-1-1。第四

30、十三页，共一百零八页。对于相同对于相同(xin tn)(xin tn)化学键的基团，波化学键的基团，波数与相对原子质量平方根成反比。例数与相对原子质量平方根成反比。例如如C-CC-C、C-OC-O、C-NC-N键的力常数相近，键的力常数相近，但相对折合质量不同，其大小顺序但相对折合质量不同，其大小顺序为为C-C C-N C-OC-C C-N 100 100 非常强峰非常强峰（vsvs）20 20 100 100 强峰强峰（s s）10 10 20 20 中强峰中强峰（m m）1 1 10 10 弱峰弱峰（w w）第六十五页，共一百零八页。1两类基本振动两类基本振动(zhndng)形式形式伸缩振

31、动伸缩振动 亚甲基：亚甲基：第六十六页，共一百零八页。变形变形(bin xng)振动振动 亚甲亚甲基基第六十七页，共一百零八页。例水分子例水分子峰位、峰数与峰强峰位、峰数与峰强（1 1）峰位）峰位 化学键的力常数化学键的力常数K K越大，原子折合质量越小，键的越大，原子折合质量越小，键的振动振动(zhndng)(zhndng)频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。出现在低波数区（高波长区）。（）峰数（）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间峰数与分子自由度有关。无瞬间(shn(shn jin)jin)偶基

32、距变化时，无红外吸收。偶基距变化时，无红外吸收。第六十八页，共一百零八页。峰位、峰数与峰强峰位、峰数与峰强例例CO2分子分子(fnz)（）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；（）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；（）由基态直接跃迁到第二（）由基态直接跃迁到第二(d r)激发态，产生一个弱的吸收峰，倍激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；频峰；（）瞬间（）瞬间(shn jin)偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；越大（极性越大），吸收峰越强；第六十九页，共一百零八页。1内部因素内部因

33、素（1 1）电子效应）电子效应 a a诱导效应诱导效应(xioyng)(xioyng)：吸电子基团使吸收峰向高频：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（兰移）方向移动（兰移）化学键的振动频率(pnl)不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率(pnl)上。第七十页，共一百零八页。COH3CCH3COCH3COCH3CO1715168516851660cm-1cm-1cm-1cm-1b.b.共轭效应共轭效应(xioyng)(xioyng)：R-COR C=0 1715cm-1 ;R-COH C=0 1730cm-1；R-COCl C=0 1800cm-

34、1 ;R-COF C=0 1920cm-1 ;F-COF C=0 1928cm-1 ;R-CONH2 C=0 1920cm-1 ;第七十一页，共一百零八页。C HC HC HC H1576cm-11611cm-11644cm-11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-12222C H3060-3030 cm-12900-2800 cm-1（2）空间）空间(kngjin)效应效应第七十二页，共一百零八页。（）空间效应：场效应；空间位阻；环张力（）空间效应：场效应；空间位阻；环张力（）氢键效应（）氢键效应 (分子内氢键；分子间氢键分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产生极明

35、显：对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率影响，使伸缩振动频率(pnl)(pnl)向低波数方向移动。向低波数方向移动。OCH3OCOH3CHHO3705-31252835O-H伸 缩RHNORNHOHHC=ON-HN-H伸缩伸缩变形游离氢键16903500165034001620-15901650-1620影响影响(yngxing)峰位变化的因素峰位变化的因素第七十三页，共一百零八页。w一、红外光谱的特征性一、红外光谱的特征性w二、有机化合物分子中二、有机化合物分子中常见常见(chn jin)基团吸收峰基团吸收峰w三、基团吸收带数据三、基团吸收带数据w四、分子的不饱和度四、分子的不饱和度第

36、三节第三节 红外光谱红外光谱(gungp)(gungp)与分子结构与分子结构第七十四页，共一百零八页。与一定结构单元相联系的、在一定范围与一定结构单元相联系的、在一定范围(fnwi)内出现的化学内出现的化学键振动频率键振动频率基团特征频率（特征峰）基团特征频率（特征峰）；例：例：2800 3000 cm-1 CH3 特征峰特征峰；1600 1850 cm-1 C=O 特征峰特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：CH2COCH2 1715 cm-1 酮酮CH2COO 1735 cm-1 酯酯CH2CONH 1680 cm-1 酰胺酰胺第七十五

37、页，共一百零八页。常见的有机常见的有机(yuj)化合物基团频率出现的范围：化合物基团频率出现的范围：4000 670 cm-1依据基团的振动形式，分为四个区：依据基团的振动形式，分为四个区：14000 2500 cm-1 XH伸缩振动区（伸缩振动区（X=O，N，C，S）22500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区三键，累积双键伸缩振动区31900 1200 cm-1 双键伸缩振动双键伸缩振动(zhndng)区区41200 670 cm-1 XY伸缩，伸缩，XH变形振动区变形振动区红外光谱红外光谱(gungp)与分子结构与分子结构第七十六页，共一百零八页。二、有机化合物分子中常见二、

38、有机化合物分子中常见(chn jin)基团吸收基团吸收峰峰1 XH伸缩伸缩(shn su)振动区（振动区（4000 2500 cm-1）（1）OH 3650 3200 cm-1 确定确定 醇，酚，酸醇，酚，酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。第七十七页，共一百零八页。（3）不饱和碳原子上的）不饱和碳原子上的=CH（CH）苯环(bn hun)上的CH 3030 cm-1 =CH 3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1（2）饱和）饱和(boh)碳原子上的碳原子上的CH3000 cm-1 以上(yshng)CH3 2960

39、 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动 CH2 2930 cm-1 反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动 CH 2890 cm-1 弱吸收3000 cm-1 以下第七十八页，共一百零八页。2 双键伸缩双键伸缩(shn su)振动区（振动区（1200 1900 cm-1）苯衍生物在苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出现出现 C-H和和C=C键的面内变键的面内变形振动的泛频吸收形振动的泛频吸收(xshu)（强度弱），（强度弱），可用来判断取代基可用来判断取代基位置。位置。（1）RC=CR 1620 1680 cm-1 强度弱，强度弱，R=R（对称对称(du

40、chn)）时，时，无红外活性。无红外活性。（2）单核芳烃）单核芳烃 的的C=C键伸缩振动（键伸缩振动（1626 1650 cm-1）第七十九页，共一百零八页。（3）C=O（1850 1600 cm-1）碳氧双键的特征碳氧双键的特征(tzhng)峰，强度大，峰尖锐。峰，强度大，峰尖锐。醛，酮的区分醛，酮的区分(qfn)？第八十页，共一百零八页。3 叁键（叁键（C C）伸缩伸缩(shn su)振动区（振动区（2500 1900 cm-1）4.XY，XH 变形振动区变形振动区 1650 cm-1 指纹区指纹区(1350 650 cm-1),较复杂。较复杂。C-H，N-H的变形振动；的变形振动；C-O

41、，C-X的伸缩振动；的伸缩振动；C-C骨架骨架(gji)振动等。精细结构的区分。振动等。精细结构的区分。（1）RC CH （2100 2140 cm-1）RC CR （2190 2260 cm-1）R=R 时，无红外活性时，无红外活性（2）RC N （2100 2140 cm-1）非共轭非共轭 2240 2260 cm-1 共轭共轭 2220 2230 cm-1 第八十一页，共一百零八页。三、基团三、基团(j tun)吸吸收带数据收带数据基团吸收带数据基团吸收带数据r，（反）（反）r r活泼氢不饱和氢饱和氢三键双键活泼氢不饱和氢饱和氢三键双键伸缩振动变形振动伸缩振动变形振动含氢化学键含氢化学键

42、特征吸收带特征吸收带（伸缩振动）（伸缩振动）指纹吸收带指纹吸收带伸缩振动伸缩振动变形振动变形振动第八十二页，共一百零八页。常见基团常见基团(j tun)(j tun)的红外吸收带的红外吸收带特征区特征区指纹区指纹区500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HC NC=NS-H P-HN-O N-NC-FC-XO-HO-H（氢键）氢键）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HC CC=C第八十三页，共一百零八页。四、分子四、分子(fnz)的不饱和度的不饱和度定义：定义：不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的

43、“对对”数。如：乙烯数。如：乙烯(y x)变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1。计算：计算：若分子中仅含一，二，三，四价元素（若分子中仅含一，二，三，四价元素（H，O，N，C），），则则可按下式进行不饱和度的计算：可按下式进行不饱和度的计算：=（2+2n4+n3 n1）/2 n4，n3 ，n1 分别为分子中四价，三价，一价元素数目。分别为分子中四价，三价，一价元素数目。作用：作用：由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。数目，验证谱图解析的正确性。例：例

44、：C9H8O2 =（2+2 9 8）/2=6第八十四页，共一百零八页。w一一、仪器类型、仪器类型(lixng)与结与结构构w二、制样方法二、制样方法w三、联用技术三、联用技术第四节第四节 红外分光红外分光(fn un)光度计光度计第八十五页，共一百零八页。一、仪器类型一、仪器类型(lixng)与结构与结构两种类型：色散(ssn)型 干涉型（付立叶变换红外光谱仪）第八十六页，共一百零八页。内部结构内部结构Nicolet公司(n s)的AVATAR 360 FT-IR第八十七页，共一百零八页。傅里叶变换红外光谱仪结构傅里叶变换红外光谱仪结构(jigu)框图框图干涉仪干涉仪光源光源(gungyun)

45、样品样品(yngpn)室室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTS第八十八页，共一百零八页。傅里叶变换傅里叶变换(binhun)红外光谱仪工作原理图红外光谱仪工作原理图 第八十九页，共一百零八页。迈克尔干涉仪工作迈克尔干涉仪工作(gngzu)原理图原理图 第九十页，共一百零八页。二、制样方法二、制样方法(fngf)1）气体）气体(qt)气体气体(qt)池池2）液体）液体(yt)：液膜法液膜法难挥发液体（难挥发液体（BP80 C）溶液法溶液法液体池液体池溶剂：溶剂：CCl4，CS2常用。常用。3)固体固体:研糊法（液体石腊法）研糊法（液体石腊法）KBR压片法

46、压片法薄膜法薄膜法第九十一页，共一百零八页。三、联用技术三、联用技术(jsh)GC/FTIR（气相色谱红外光谱气相色谱红外光谱(gungp)联用）联用）LC/FTIR（液相色谱液相色谱(s p)红外光谱联用）红外光谱联用）PAS/FTIR（光声红外光谱）光声红外光谱）MIC/FTIR（显微红外光谱）显微红外光谱）微量及微区分析微量及微区分析第九十二页，共一百零八页。w一、红外谱图解析一、红外谱图解析(ji x)示例示例w二、未知物结构确定二、未知物结构确定第五节第五节 红外谱图解析红外谱图解析(ji x)(ji x)示示例例 第九十三页，共一百零八页。一一、红外谱图解析、红外谱图解析(ji x

47、)示例示例1.烷烃烷烃第九十四页，共一百零八页。2.烯烃烯烃(xtng)第九十五页，共一百零八页。对比对比(dub)烯烃烯烃(xtng)顺反异构体顺反异构体第九十六页，共一百零八页。3.醇醇 氢键氢键(qn jin)缔缔合合第九十七页，共一百零八页。4.醛、酮醛、酮第九十八页，共一百零八页。5羧酸羧酸(su sun)及其衍生物及其衍生物第九十九页，共一百零八页。二、未知物结构二、未知物结构(jigu)确定确定未知物未知物1第一百页，共一百零八页。红外光谱法应用红外光谱法应用(yngyng)(yngyng)1 1有机化合物结构分析有机化合物结构分析 1 1目标化合物验证目标化合物验证第一百零一页

48、，共一百零八页。萨特勒红外标准萨特勒红外标准(biozhn)谱谱the Sadteler standard spectrathe Sadteler standard spectra，IR IR索引：分子组成索引：分子组成(z chn(z chn)式式C C，H H，O O，N N 化合物名称化合物名称第一百零二页，共一百零八页。2.2.未知物定性分析未知物定性分析(dngxngfnx)(dngxngfnx)谱图解析方法谱图解析方法第一百零三页，共一百零八页。谱图解析谱图解析(ji x)(ji x)例例1 1某化合物分子式为某化合物分子式为C C4 4H H8 8O O2 2谱图如下谱图如下(r

49、xi)求结构求结构(jigu)第一百零四页，共一百零八页。3 0 0 0c m-1 C H2,C H3 1 7 4 0 c m-1 C=0 1 4 7 0 C H21375 CH3 1 2 3 9 C-O-C解释解释(jish)第一百零五页，共一百零八页。C C2 2H H5 5 CHCH3 3 C C O O O O HCHC O O O O C C3 3H H7 7 C C2 2H H5 5 C C CHCH3 3 O O O O 第一百零六页，共一百零八页。查标准谱图查标准谱图sadtlersadtler标准谱图标准谱图用标准样品用标准样品进一步分析进一步分析(fnx)(fnx)谱图或借助其他信息谱图或借助其他信息第一百零七页，共一百零八页。内容(nirng)总结化学键的振动频率。红外吸收光谱是一种分子吸收光谱。（一）红外光谱产生的条件一。倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。无瞬间偶基距变化(binhu)时，无红外吸收。例CO2分子。键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强。R=R 时，无红外活性。进一步分析谱图或借助其他信息第一百零八页，共一百零八页。