第十章红外吸收光谱分析法(Infrared Absorption Spectroscopy, IR ).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章 红外吸收光谱分析法,(Infrared Absorption Spectroscopy,IR),10-1,红外吸收光谱分析,概述,红外吸收光谱法：,利用物质对红外光区电磁辐射的,选择性吸收特性来分析分子中有关基团结构的定性、,定量信息的分析方法。,一、红外光的区划,二、红外吸收过程,三、红外光谱的作用,四、红外光谱的表示方法,五、,IR,与,UV,的区别,一、红外光的分区,红外线,：波长在,0.76500m(1000m),范围内的电磁波称为红外线。,近红外区：,0.782.5m,（,12820-4000cm,-1,）,OH,和,NH,倍频吸收区,中红外区：,2.525m,（,4000-400cm,-1,）,基团的基频振动、伴随转动光谱,远红外区：,25500m,（,400-20cm,-1,）,纯转动光谱,二、红外光谱的作用,1,可以确定化合物的类别（芳香类）,2,确定官能团：,例：,CO,，,C,C,，,CC,3,推测分子结构（简单化合物）,4,定量分析,三、红外光谱图表示形式的意义,T,曲线,前疏后密,T,曲线,前密后疏,一、红外吸收光谱的产生的条件,红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生,分子的振动能级差远大于转动能级差,分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁,1,振动能级,102,红外分光光度法基本原理,2,振动光谱,双原子分子,A-B,近似看作谐振子,两原子间的伸缩振动,近似看作简谐振动,3,基频峰与泛频峰,a,）,基频峰：,分子吸收一定频率红外线，振动能级从,基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰,（即,=0,1,产生的峰）,基频峰的峰位等于分子的振动频率,基频峰强度大,红外主要吸收峰,泛 倍频峰 二倍频峰（,=0,=2,）,频 三倍频峰（,=0,=3,）,峰 合频峰,差频峰（即,=1,=2,，,3-,产生的峰）,b,）泛频峰,倍频峰：,分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激,发态、第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰,（即,=1,=2,，,3-,产生的峰）,注泛频峰强度较弱，难辨认,却增加了光谱特征性,4,红外光谱产生条件：,红外活性振动：,分子振动产生偶极矩的变化，,从而产生红外吸收的性质,红外非活性振动：,分子振动不产生偶极矩的变化，,不产生红外吸收的性质,分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率整数倍,分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为,0,，,即分子产生红外活性振动，且辐射与分子振动发生,能量耦合。,一、,伸缩振动,指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动,1,对称伸缩振动,：,键长沿键轴方向的运动同时发生,2,反称伸缩振动,：,键长沿键轴方向的运动交替发生,10-3,分子振动的形式（多原子分子）,二、,弯曲振动,（变形振动，变角振动）：指键角发生周期性变化、而键长不变的振动,1,面内弯曲振动,：,弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内,1,）,剪式振动,：,振动中键角的变化类似剪刀的开闭,2,）面内摇摆,：,基团作为一个整体在平面内摇动,2,面外弯曲,：,弯曲振动垂直几个原子构成的平面,1,）,面外摇摆,：,两个,X,原子同时向面下或面上的振动,2,）蜷曲,：,一个,X,原子在面上，一个,X,原子在面下的,振动,3,变形振动：,1,）,对称的变形振动,s,：,三个,AX,键与轴线的夹角同时,变大,2,）不对称的变形振动,as,：,三个,AX,键与轴线的夹角不,同时变大或减小,注：,振动自由度反映吸收峰数量,并非每个振动都产生基频峰,吸收峰数常少于振动自由度数,三、振动的自由度,指分子独立的振动数目，或基本的振动数目,N,个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度,示例,水分子,非线性分子,示例,CO,2,分子,线性分子,吸收峰数少于振动自由度的原因：,发生了简并,即振动频率相同的峰重叠,红外非活性振动,四、特征峰与相关峰,（一）特征峰：,可用于鉴别官能团存在的吸收峰。,（二）相关峰：,由一个官能团引起的一组具有相互依存关系的,特征峰。,注：,相关峰的数目与基团的活性振动及光谱的波数范围,有关,用一组相关峰才可以确定确定一个官能团的存在,10-4,红外光谱的吸收强度,一、吸收峰强的表示方法,二、影响峰强度的因素,强峰,=20100,中强峰,=1020,弱峰,=110,极弱峰,反式,取代基完全对称时，峰消失,3,发生,-,共轭或,n-,共轭,共轭效应将使,吸收峰位移向低波数区,10,30cm,-1,炔烃,1,C-H,振动,2,CC,骨架振动,取代基完全对称时，峰消失,（二）芳香族化合物,1,芳氢伸缩振动,2,芳环骨架伸缩振动,确定苯环存在,3,芳氢弯曲振动,判断苯的取代形式,单取代,双取代,邻取代,对取代,间取代,多取代,1.,单取代,(,含,5,个相邻,H),2.,双取代,邻取代,（,4,个相邻,H,）,间取代,（,3,个相邻,H,，,1,个孤立,H,）,对取代,（,2,个相邻,H,）,3.,多取代,（三）醇、酚、醚,1,O-H,伸缩振动：,2,C-O,伸缩振动：,醇、酚,注：酚还具有苯环特征,醚,1,链醚和环醚,2,芳醚和烯醚,（四）羰基化合物,1,酮,2,醛,3,酰氯,酮、醛、酰氯,共轭效应使吸收峰,低波数区,环酮：环张力,，吸收峰,高波数区,共轭效应使吸收峰,低波数区,双峰原因,费米共振,诱导效应使吸收峰,高波数区,峰位排序：酸酐,酰卤,羧酸,（游离）,酯类,醛,酮,酰胺,1,羧酸,2,酯,3,酸酐,羧酸、酯、酸酐,（五）含氮化合物,胺,特征区分,酰胺,特征区分,注,:,共轭,诱导,波数,示例,硝基,腈,10-6,影响基团频率位移的因素,1,基本振动频率,一、吸收峰的位置（峰位）,即振动能级跃迁所吸收的红外线的波长或波数,例：,例：,讨论：,2,基频峰分布图,二、影响吸收峰位的因素,1,内部因素：,（,1,）诱导效应（吸电效应）：,使振动频率移向高波数区,（,2,）共轭效应：,使振动频率移向低波数区,（,3,）氢键效应：使伸缩频率降低,分子内氢键：对峰位的影响大,不受浓度影响,分子间氢键：受浓度影响较大,浓度稀释，吸收峰位发生变化,（,4,）杂化的影响：,杂化轨道中,s,轨道成分,，键能,，键长,，,（,5,）分子互变结构,（,6,）振动偶合,费米共振,2,外部因素：,受溶剂的极性和仪器色散元件性能影响,溶剂极性,，极性基团的伸缩,振动频率,色散元件性能,优劣,影响相邻,峰的分辨率,