第六章红外光谱.ppt

1、第六章红外光谱,红外光谱的基本概念,红外光谱的形成 当用一束具有连续波长的红外光照射一物质时，该物质就要吸收一部分光能，并将其变为另一种能量，即分子的振动能量和转动能量。若将其透过的光用单色器进行色散，就可以得到一带暗条的谱带。如果以波长或波数为横坐标，以吸光度或透过率为纵坐标，把这谱带记录下来，就得到了该物质的红外（吸收）光谱图。,产生红外光谱的原因 分子的化学键发生(弯曲或者伸缩)振动的能量在850KJ/mol，正好处在红外光波的能量范围内。常用红外光谱仪的波长为2500nm15000nm。,产生红外光谱的特征性两种不同分子的红外光谱不可能是一样的。因此红外光谱可以象人们的指纹一样作为化合

2、物的分子指纹。,图1 红外光谱,红外光谱图,红外光谱图中的横纵坐标,红外光谱图的纵坐标，常用百分透过率（T）表示即：透射率 T=光透过后强度/入射光强度 100%,也有吸光度A作为纵坐标的,红外光谱图的横坐标，波长（）多用微米(m)表示。微米和埃()、毫微米(m或纳米nm)、厘米(cm)的关系是1 10-8cm1m10-4cmlnm10-7cm但在中红外区横坐标更常用的一种单位是波数，波数用cm-1表示，波数与波长的关系是,红外区的分类,光谱工作者常常把红外区分成三个区域，即近红外区、中红外区和远红外区。,简正振动 分子真实的振动是复杂的，但在一定条件下作为很好的近似，分子一切可能的任意复杂的

3、振动方式都可以看成是有限数量的相互独立的和比较简单的振动方式的迭加，这些比较简单的振动称为简正振动。,化学键的振动方式及能量,伸缩振动-对称伸缩振动 s-不对称伸缩振动 as 弯曲振动-面内弯曲振动 剪式振动 s 面内摇摆-面外弯曲振动 面外摇摆 扭曲振动,简正振动模式（形式）一般分为两类：,分子的简正振动数目称为振动自由度不同振动形式按能量高低为：as s s高频区 低频区,含n个原子的分子，自由度为：线性分子有 3n-5 个 非线性分子有 3n-6 个 根据它们的振动方向不同，振幅不等，可以吸收各种波长不同的光，形成复杂的红外光谱。,简正振动自由度和峰数,理论上每个自由度在IR中可产生1个

4、吸收峰，实际上IR光谱中的峰数少于基本振动自由度，原因是：1 振动过程中，伴随有偶极矩的振动才能产生吸收峰 2 频率完全相同的吸收峰，彼此发生简并（峰重叠）3 强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰 4 有些峰落在中红外区之外 5 吸收峰太弱，检测不出来,例如 线型对称的CO2分子，其简正振动模式有3n-533-54,红外活性与非活性振动,在振动过程中，分子电偶极距发生改变的振动才能吸收红外光子的能量，产生红外吸收谱带，这种振动称为红外活性振动，反之称为红外非活性振动，这就是红外跃迁的选择定则（选律）。,红外吸收光谱的产生及条件:辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相等 辐射与物质之间有耦合作用

5、 为满足这个条件，分子振动必须伴随偶极矩的变化。,1、已知CO2的结构式为O=C=O，其红外光谱中，振动自由度为（）A4 B3 C2 2、下列振动中，何种属于红外非活性振动,3H2O为非线性分子，其红外光谱中，振动自由度为（）A4 B3 C2,相关题目 一,=0.9nm=910-10m=910-8cm,对于波长为0.9纳米的光子计算其波数,频率及能量,4 计算,指纹区1500600 cm-1 吸收带多，整个分子振动转动引起的，反映整个分子的特征。可用于鉴定两个化合物是否同一化合物。,官能团区4000 1500 cm-1 吸收带不多，化学键和官能团的特征频率区。OH 36503100 cm-1

6、1700 cm-1,红外光谱的分区,4000-2500cm-1:这是X-H单键的伸缩振动区。2500-2000cm-1:此处为叁键和累积双键伸缩振动区2000-1500cm-1:此处为双键伸缩振动区1500-600cm-1:此区域主要提供C-H弯曲振动的信息,1 在有机化合物的红外吸收光谱分析中，出现在40002500cm-1频率范围的吸收峰可用于鉴定官能团，这一段频率范围称为_。A指纹区，B叁键区 C官能团区，D单键区。,相关题目二,2 能级间隔越小，分子化学键振动能级跃迁吸收光子的（)。A能量越高 B波长越长C频率越高,典型有机化合物的红外光谱及谱图解析,计算不饱和度-谱图解析 不饱和度是

7、指分子内含有环、双键和叁键（相当于两个双键）的总和。饱和烃类不饱和度为0;双键及环不饱和度为1;三键为2;芳环为4,（1）计算不饱和度,计算公式：,其中，n4为分子中四价原子的数目，n1为分子中一价原子的数目，n3为分子中三价原子的数目。,例 求分子式为C6H12O的分子的不饱和度,解：四价原子=6一价原子=12代入公式：,（2）依据谱图推出化合物碳架类型 分析 3300 2800 cm1区域 C-H 伸缩振动吸收,以 3000 cm1为界:高于 3000 cm1为不饱和碳 C-H 伸缩振动吸收 可能为烯,炔,芳香化合物 低于 3000 cm1 一般为饱和 C-H 伸缩振动吸收,(3)若在稍高

8、于 3000 cm1有吸收,则应在 2250 1450 cm1 频区 分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰,炔 2200 2100 cm1烯 1680 1640 cm1 芳环 1600,1580,1500,1450 cm1,烯或芳香化合物则应解析指纹区 1000 650 cm1频区 以确定取代基个数和位置,(5)解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在 如 2820，2720 和 17501700 cm1的三个峰 说明醛基的存在,(4)碳骨架类型确定后,再依据其他官能团,如 C=O,O-H,C-N 等特征吸收来判定 化合物的官能团,烷烃 基本结构信息 C-H 伸缩振动

9、（3000 2850 cm1）C-H 弯曲振动（1465 1340 cm1）一般饱和烃 C-H 伸缩均在 3000 cm1 以下接近 3000 cm1 的频率吸收。,CH3:2962 as 2872 s CH3(CH2):1450 1375()CH2:2926 as 2853 s,十二烷,特殊结构信息,1)1380 cm 1 只有一个峰存在甲基,则不存在异丙基和叔丁基若为异丙基 CH(CH3)2 1385 cm 1,1370 cm 1 两个等强度吸收峰且伴随有11701145 cm 1 碳骨架振动吸收峰若为叔丁基 C(CH3)31395 cm 1,1370 cm 1 一弱一强两个吸收峰且伴有1

10、250 cm 1,1210 cm 1 碳骨架振动吸收峰,烯烃 烯烃 C-H 伸缩（3100 3010 cm1）末端烯烃 3080 cm1 C=C 伸缩(1675 1640 cm1)烯烃 C-H 弯曲振动（1000 675 cm1）,基本结构信息,A 3075,B 1645,C 986 907,A,B,C,C,1-癸烯,特殊结构信息,RHC=CH2 995 cm 1,910 cm 1,2)若为,970 cm 1,3)若为,675725cm 1,A 675 顺-2-丁烯 B 970 反-2-丁烯,1）不：12）3008，1650 烯3）990，910 单取代烯烃,谱图解析,谱图解析,化合物C6H1

11、2的红外光谱如下,写出结构式,不：1 3010cm-1 烯烃 C-H 伸缩1640碳弹双键伸缩振动4）29802860cm-1,1460cm 1 CH3,CH2 的伸缩及弯曲振动5)1390cm 1,1365cm 1 异丙基 6)670cm 1 顺式双取代,炔烃 伸缩振动（2250 2100 cm1）,炔烃 C-H伸缩振动（3300 cm1附近）炔烃 C-H弯曲振动（635 cm1附近）,A 3268,B 2857-2941,C 2110,1-己炔,A,B,C,化合物C6H10的红外光谱如下,写出结构式,谱图解析,不：2 3300cm-1 分子中有2100cm-1 29802860cm-1,1

12、460cm 1 CH3,CH2 的伸缩及弯曲振动5)1395cm 1,1365cm 1(1250,1210)叔丁基 6)630cm 1 弯曲振动,芳烃 3100 3000 cm1 芳环上 C-H 伸缩振动 1600 1450 cm1 C=C 骨架振动 880 680 cm1 C-H 面外弯曲振动,芳香化合物的重要特征:一般在 1600，1580，1500 和 1450 cm1可能出现强度不等的4个峰,880 680 cm1 C-H 面外弯曲振动吸收 依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化在芳香化合物红外谱图分析中常常用此频区吸收判别异构体,单取代:770730cm-1,710690 cm-1对

13、位取代:840810cm-1间位取代:810750cm-1,710690cm-1,900cm-1邻位取代:770735cm-1,A 3008,B 1605,1495,1466,C 742,芳环,芳环,二甲苯,A,B,C,1）不：42）3050；1600，1500 760，700 单取代苯3）1380 异丙基,谱图解析,醇和酚 主要特征吸收是 O-H 和 C-O 的伸缩振动吸收,O-H 的伸缩振动：3700 3100 cm1 馒头峰C-O 伸缩振动 1300 1000 cm1O-H 面外弯曲 769 659 cm1,A 3300,B 3100 3000,C 2980 2840,D 1497,14

14、53,E 1017,F 735,芳,面外弯曲,苯甲醇,A,B,C,D,E,F,A 3333,B 3045,芳,C 1580,1495,1468,D 1223,A,B,C,D,苯酚,1）不饱和度2 可能为烯，炔及含有羰基的化合物2）3300 cm1 处宽带，羟基 结合 1040 cm1 处的吸收，可推测含有O-H,由此可排除含有羰基的可能性3）2110 cm1 处的吸收，可知此化合物有碳碳三键吸收 结合化合物的分子式可知此化合物为 2-丙炔醇,谱图解析,化合物C3H4O的红外光谱如下,写出结构式,谱图解析,化合物C9H12O的红外光谱如下，写出结构式,不饱和度：4 可能含有苯环2）3000 cm

15、1 以上，以及 1600 cm1，1580 cm1 1500 cm1，1460cm1表明含有苯环 830 cm1 表明苯环对位取代3）3350 cm1 氢氧的伸缩振动，证明由OH存在 4)1230 cm1 碳氧的伸缩振动 证明是酚 5）1380 cm1，1365 cm1 异丙基,醛和酮 醛的主要特征吸收:1750 1700 cm1（C=O 伸缩）2820，2720 cm1（醛基 C-H 伸缩）,A 3077,3040,芳,B 2985,2941,饱和,E 1600,1497,1453,F 760 700,面外弯,D 1730,C 2825,2717,醛,苯基丙醛,A,B,C,D,E,F,A B

16、 C 2955,2930,2866,饱和,D 1725,2-戊酮,B 1683,共轭,苯乙酮,有一物质分子式为C5H10O，其IR光谱表明在1725cm-1处有强吸收，请判断它可能属于下列何种物质（）,D,C,B,A,相关题目三,1)不：12）2820，2720；1730 醛3）C3H7-;1380 异丙基4)NMR Check,谱图解析,醚 特征吸收 C-O-C 1300 1000 cm1 的伸缩振动,脂肪醚 1150 1060 cm1,940cm-1 强的吸收峰 芳香醚 两个 C-O 伸缩振动吸收 1270 1230 cm1（为 Ar-O 伸缩）1050 1000 cm1（为 R-O 伸缩

17、）*-OCH3 2830cm-1*,A 3060,3030,3000 2950,B 2830-OCH3,C 1590,1480,D 1245,E 1030,F 800740,面外弯,苯甲醚,A,B,C,D,E,F,羧酸 3300 2500 cm1 宽,强的 O-H 伸缩吸收 1720 1706 cm1 C=O 吸收,1320 1210 cm1 C-O 伸缩,920 cm1 成键的 O-H 键的面外弯曲振动,A 3300-2500,B 2950,2920,2850,D 1280,E 930,面外弯,C 1730,庚酸,D,E,A,B,C,CH3CH2COOH,1）不：12）3000，O-H；酸

18、930，O-H,3)1700,C=O 4)1230，C-O,谱图解析,胺 3500 3300 cm1 N-H 伸缩振动吸收伯胺两个峰,仲胺一个峰*1650 1500 cm1 H-N 的弯曲振动吸收 900 650 cm1 H-N 的面外弯曲振动吸收(宽峰并且常在850),谱图解析,某化合物分子式为C8H11N,试根据红外光谱推测结构.,1)不饱和度=4 可能含有苯环2)33003400cm1 两个峰,伯胺(N-H 伸缩振动)3)3000 cm1 以上，以及 1600，1500,1460 cm1,表明含有苯环（-C6H5）740，表明苯环邻位取代3)850 cm1(N-H),酰胺 3500 31

19、00 cm1 N-H伸缩振动 1680 1630 cm1 C=O 伸缩振动（酰胺I谱带）1655 1590 cm1 N-H 弯曲振动（酰胺II谱带）1420 1400 cm1 C-N 伸缩,A 3350,3170,B 1640,伸缩 I 谱,弯曲 II谱,C 1425,异丁酰胺,C,B,A,1)不：12）3350，3180，-NH2 1680,1580,伯酰胺,谱图解析,腈 腈类的光谱特征:三键伸缩振动区域,脂肪族腈 2260 2240 cm1 芳香族腈 2240 2222 cm1,A 3070,3025,芳,B 2910,2860,脂肪,C 2210,C,A,B,1)不：32）2240，CN

20、3)3100,1620,C=C4)975,900 单取代烯,谱图解析,练习,典型无机化合物的红外光谱及谱图解析,水的红外光谱,碳酸盐的基团振动的红外光谱,硫酸盐化合物的红外光谱,常见无机物中阴离子红外吸收峰位置/cm-1,续表,IR-(1)-1,红外光谱仪,测量和记录红外光谱的仪器称为红外光谱仪。按分光原理，红外光谱仪可分为两大类：色散型和干涉型。色散型仪器，按分光元件不同，又分为棱镜式和光栅式红外分光光度计；按光束可为分单光束和双光束红外分光光度计。干涉型红外光谱仪又称为傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）。,色散型与傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）比较,干涉仪,光源,样品室,检测器,显示器,绘

21、图仪,计算机,干涉图,光谱图,FTS,傅里叶变换红外光谱仪,IR-(1)-2,傅立叶变换红外光谱仪的优点,1.具有很高的分辨率 一般光栅型 达到0.2cm-1 FT-IR光谱仪 可达0.1-0.005 cm-1的分辨率,2.具有极高的波数准确度 光谱波数的计算可准确至0.01 cm-1,3.具有极快的扫描速度 通常 1秒钟内 色散型至少需要两分钟,红外光谱在一般情况下只适合应用在纯化合物的分析中,样品制备,1.气体对气体样品应采用气体槽来进行测量,2.液体液体样品常采用液体槽来进行测定 液体池法 液膜法 稀溶液法,红外光谱的测量,3.固体 溶液法 糊状法 石蜡油调糊压片法 KBr 晶体析出薄膜法,聚合物的鉴定,红外光谱在材料研究中的应用,POLYMER 1,POLYMER 2,刚玉结构无水氧化物鉴定,材料的老化,在紫外光辐照下,特别是有氧和水汽存在的情况下,容易被氧化生成新的基团,从而使红外光谱发生变化.紫外光辐照后的谱图如虚线所示,可以明显观察到辐照后的羰基区有明显的吸收峰形成.,