第六章红外光谱.ppt

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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110-8cm1m10-4cmlnm10-7cm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：

asss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（）A4B3C22、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（）A4B3C2,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1500600cm-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40001500cm-1吸收带不多，化学键和官能团的特征频率区。

OH36503100cm-11700cm-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33002800cm1区域C-H伸缩振动吸收,以3000cm1为界:

高于3000cm1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3000cm1一般为饱和C-H伸缩振动吸收,（3）若在稍高于3000cm1有吸收,则应在22501450cm1频区分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰,炔22002100cm1烯16801640cm1芳环1600,1580,1500,1450cm1,烯或芳香化合物则应解析指纹区1000650cm1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17501700cm1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（30002850cm1）C-H弯曲振动（14651340cm1）一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm1以下接近3000cm1的频率吸收。

CH3:

2962as2872sCH3（CH2）:

14501375（）CH2:

2926as2853s,十二烷,特殊结构信息,1）1380cm1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）21385cm1,1370cm1两个等强度吸收峰且伴随有11701145cm1碳骨架振动吸收峰若为叔丁基C（CH3）31395cm1,1370cm1一弱一强两个吸收峰且伴有1250cm1,1210cm1碳骨架振动吸收峰,烯烃烯烃C-H伸缩（31003010cm1）末端烯烃3080cm1C=C伸缩（16751640cm1）烯烃C-H弯曲振动（1000675cm1）,基本结构信息,A3075,B1645,C986907,A,B,C,C,1-癸烯,特殊结构信息,RHC=CH2995cm1,910cm1,2）若为,970cm1,3）若为,675725cm1,A675顺-2-丁烯B970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C6H12的红外光谱如下,写出结构式,不：

13010cm-1烯烃C-H伸缩1640碳弹双键伸缩振动4）29802860cm-1,1460cm1CH3,CH2的伸缩及弯曲振动5）1390cm1,1365cm1异丙基6）670cm1顺式双取代,炔烃伸缩振动（22502100cm1）,炔烃C-H伸缩振动（3300cm1附近）炔烃C-H弯曲振动（635cm1附近）,A3268,B2857-2941,C2110,1-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：

23300cm-1分子中有2100cm-129802860cm-1,1460cm1CH3,CH2的伸缩及弯曲振动5）1395cm1,1365cm1（1250,1210）叔丁基6）630cm1弯曲振动,芳烃31003000cm1芳环上C-H伸缩振动16001450cm1C=C骨架振动880680cm1C-H面外弯曲振动,芳香化合物的重要特征:

一般在1600，1580，1500和1450cm1可能出现强度不等的4个峰,880680cm1C-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-1,710690cm-1对位取代:

840810cm-1间位取代:

810750cm-1,710690cm-1,900cm-1邻位取代:

770735cm-1,A3008,B1605,1495,1466,C742,芳环,芳环,二甲苯,A,B,C,1）不：

42）3050；1600，1500760，700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：

37003100cm1馒头峰C-O伸缩振动13001000cm1O-H面外弯曲769659cm1,A3300,B31003000,C29802840,D1497,1453,E1017,F735,芳,面外弯曲,苯甲醇,A,B,C,D,E,F,A3333,B3045,芳,C1580,1495,1468,D1223,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）3300cm1处宽带，羟基结合1040cm1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）2110cm1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）3000cm1以上，以及1600cm1，1580cm11500cm1，1460cm1表明含有苯环830cm1表明苯环对位取代3）3350cm1氢氧的伸缩振动，证明由OH存在4）1230cm1碳氧的伸缩振动证明是酚5）1380cm1，1365cm1异丙基,醛和酮醛的主要特征吸收:

17501700cm1（C=O伸缩）2820，2720cm1（醛基C-H伸缩）,A3077,3040,芳,B2985,2941,饱和,E1600,1497,1453,F760700,面外弯,D1730,C2825,2717,醛,苯基丙醛,A,B,C,D,E,F,ABC2955,2930,2866,饱和,D1725,2-戊酮,B1683,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）NMRCheck,谱图解析,醚特征吸收C-O-C13001000cm1的伸缩振动,脂肪醚11501060cm1,940cm-1强的吸收峰芳香醚两个C-O伸缩振动吸收12701230cm1（为Ar-O伸缩）10501000cm1（为R-O伸缩）*-OCH32830cm-1*,A3060,3030,30002950,B2830-OCH3,C1590,1480,D1245,E1030,F800740,面外弯,苯甲醚,A,B,C,D,E,F,羧酸33002500cm1宽,强的O-H伸缩吸收17201706cm1C=O吸收,13201210cm1C-O伸缩,920cm1成键的O-H键的面外弯曲振动,A3300-2500,B2950,2920,2850,D1280,E930,面外弯,C1730,庚酸,D,E,A,B,C,CH3CH2COOH,1）不：

12）3000，O-H；酸930，O-H,3）1700,C=O4）1230，C-O,谱图解析,胺35003300cm1N-H伸缩振动吸收伯胺两个峰,仲胺一个峰*16501500cm1H-N的弯曲振动吸收900650cm1H-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）3000cm1以上，以及1600，1500,1460cm1,表明含有苯环（-C6H5）740，表明苯环邻位取代3）850cm1（N-H）,酰胺35003100cm1N-H伸缩振动16801630cm1C=O伸缩振动（酰胺I谱带）16551590cm1N-H弯曲振动（酰胺II谱带）14201400cm1C-N伸缩,A3350,3170,B1640,伸缩I谱,弯曲II谱,C1425,异丁酰胺,C,B,A,1）不：

12）3350，3180，-NH21680,1580,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22602240cm1芳香族腈22402222cm1,A3070,3025,芳,B2910,2860,脂肪,C2210,C,A,B,1）不：

32）2240，CN3）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-1FT-IR光谱仪可达0.1-0.005cm-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0.01cm-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,POLYMER1,POLYMER2,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.,