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1、工程三工程三 红外光谱红外光谱 红外吸收光谱是分子吸收红外光引起的振动红外吸收光谱是分子吸收红外光引起的振动和转动能级跃迁产生的吸收信号和转动能级跃迁产生的吸收信号。按波长范围红外光可分为三个区域：按波长范围红外光可分为三个区域：近红外光近红外光 =0.733m 中红外光中红外光 =3.030m 远红外光远红外光 =30300m 通常所说的红外光谱主要在中红外区通常所说的红外光谱主要在中红外区 =2.525m =4000400cm-1红外光谱通常以百分透过率红外光谱通常以百分透过率T%波数或频率波数或频率曲线表示曲线表示。如：。如：甲基环己烷的红外光谱图甲基环己烷的红外光谱图一、根本原理一、根
2、本原理1、分子的振动与红外光谱：、分子的振动与红外光谱：分子中的原子是靠化学键衔接起来的。在室温分子中的原子是靠化学键衔接起来的。在室温下，大多数分子处于最低的振动能级。当遭到光的下，大多数分子处于最低的振动能级。当遭到光的照射，且光量子的能量等于两振动能级之差时：照射，且光量子的能量等于两振动能级之差时：hE 分子吸收光量子的能量从基态跃迁到激发态。分子吸收光量子的能量从基态跃迁到激发态。A、双原子分子：分子的振动只产生键长的变化、双原子分子：分子的振动只产生键长的变化 B、多原子分子：分子的振动分为伸缩振动和弯曲振动、多原子分子：分子的振动分为伸缩振动和弯曲振动 1伸缩振动伸缩振动：改动瞬
3、间化学键键长：改动瞬间化学键键长CHH对称伸缩振动对称伸缩振动不对称伸缩振动不对称伸缩振动CHH2弯曲振动：改动瞬间化学键的键角弯曲振动：改动瞬间化学键的键角剪式弯曲剪式弯曲CHH平面摇摆平面摇摆CHH注注 每种分子能够有几种不同的振动方式，当入每种分子能够有几种不同的振动方式，当入射光的频率与分子的振动频率一致，且分子的射光的频率与分子的振动频率一致，且分子的振动能引起分子的瞬间偶极矩变化时，分子即振动能引起分子的瞬间偶极矩变化时，分子即吸收红外光，在红外光谱上有反映。吸收红外光，在红外光谱上有反映。+非平面摇摆非平面摇摆CHH+-面外扭曲面外扭曲CHH2、化学键、化学键 的振动频率的振动频
4、率2121)(21mmmmk虎克定律：虎克定律：m 为成键原子的质量为成键原子的质量k 为化学键的力常数为化学键的力常数2121)(21mmmmkc阐明：阐明：1化学键的振动频率或波数与其力常数化学键的振动频率或波数与其力常数k的的平方根成正比，平方根成正比，k愈大，振动频率亦愈大。而化学键愈大，振动频率亦愈大。而化学键的键能越大，键长越短，其力常数越大。如：的键能越大，键长越短，其力常数越大。如：CC吸收出如今较低的波数区，吸收出如今较低的波数区，1200700cm-1，而而C=C在在17001450 cm-1，CC在在23002100cm-1。键能大小顺序：键能大小顺序：CC C=C CC
5、2振动频率或波数与原子的折合质量振动频率或波数与原子的折合质量m1m2/(m1+m2)的平方根成反比。因此，当两个振动原子中有一个为氢的平方根成反比。因此，当两个振动原子中有一个为氢原子时，原子时，m1m2/(m1+m2)很小，振动频率或波数就大。很小，振动频率或波数就大。如如C-H，O-H，N-H键的伸缩振动吸收出如今高波数区键的伸缩振动吸收出如今高波数区 3000cm-1 左右。左右。3、红外光谱产生的条件、红外光谱产生的条件 1入射光的频率与分子中某一基团的振动频率入射光的频率与分子中某一基团的振动频率一样时，分子吸收这一频率的红外光从低能级跃迁一样时，分子吸收这一频率的红外光从低能级跃
6、迁到较高的能级，产生红外吸收光谱。到较高的能级，产生红外吸收光谱。光分子hE2只需当分子的振动能引起分子的偶极矩变化时，只需当分子的振动能引起分子的偶极矩变化时，才干引起红外吸收。才干引起红外吸收。能吸收红外光能吸收红外光 的物质，叫红外光活性物质。的物质，叫红外光活性物质。不能吸收红外光不能吸收红外光 的物质，叫红外非光活性物质。的物质，叫红外非光活性物质。二、红外光谱与分子构造二、红外光谱与分子构造A、40001500cm-1 为特征谱带区官能团区为特征谱带区官能团区其中其中 40002500cm-1，为含氢基团的伸缩振动区，通，为含氢基团的伸缩振动区，通常称为常称为“氢键区。氢键区。OH
7、、NH、CH、SH等基团的伸等基团的伸缩振动都出如今这一区域中。缩振动都出如今这一区域中。25002000cm-1，叁键和累积双键区。各种叁键基团，叁键和累积双键区。各种叁键基团如如CC、CN以及累积双键如以及累积双键如C=C=C、N=C=O(异腈异腈酸酯酸酯)的伸缩振动都落在此区域中。的伸缩振动都落在此区域中。20001500cm-1，双键区。各种双键基团，如，双键区。各种双键基团，如C=C、C=O、C=N、C=S、N=O以及苯基的伸缩振动都在这以及苯基的伸缩振动都在这一频率范围。一频率范围。B、1500400cm-1，指纹区。包括，指纹区。包括CC、CO、CN等单键的伸缩振动和含氢基团等单
8、键的伸缩振动和含氢基团OH、NH、CH等的弯曲振动都出如今这一区域内。这一区域谱带等的弯曲振动都出如今这一区域内。这一区域谱带较密集，难识别，象人的指纹。每个化合物在这一较密集，难识别，象人的指纹。每个化合物在这一区域都有不同于其他分子的特征谱带，对鉴定化合区域都有不同于其他分子的特征谱带，对鉴定化合物有用。物有用。C、影响基团吸收位置的要素：、影响基团吸收位置的要素：很复杂很复杂1对同一化合物，气态在高波数区，液态或固态在低对同一化合物，气态在高波数区，液态或固态在低波数区。波数区。例如：丙酮的羰基伸缩振动吸收，气态时例如：丙酮的羰基伸缩振动吸收，气态时 1738cm-1 液态时液态时 17
9、15cm-1 2分子的内部构造也有影响。分子的内部构造也有影响。RCHRCClRCNH2OOO羰基伸缩振动羰基伸缩振动 1730cm-1 1800cm-1 17001640cm-13共轭体系：共轭体系：CH3CH2CH=CH2CH3CCH2CH3CH3CCH=CH2OOC=C C=O1647cm-1 1720cm-11627cm-1 1685cm-1 4分子内氢键缔合，谱带变宽。分子内氢键缔合，谱带变宽。三、各类有机化合物的特征吸收简介见表三、各类有机化合物的特征吸收简介见表9-21、烷烃、烷烃甲基环己烷的红外光谱图甲基环己烷的红外光谱图C-H伸缩振动伸缩振动3000cm-1 C-H弯曲振动弯
10、曲振动2、烯烃、烯烃环己烯的红外光谱图环己烯的红外光谱图=C-H伸缩振动伸缩振动3000cm-1-C-H伸缩振动伸缩振动C=C伸缩振动伸缩振动16701640cm-1C-H弯曲振动弯曲振动3、芳烃、芳烃乙苯的红外光谱图乙苯的红外光谱图苯环的苯环的=C-H伸缩振动伸缩振动烷基烷基-C-H伸缩振动伸缩振动苯环的骨架振动苯环的骨架振动16001450cm-1C-H弯曲振动弯曲振动4、醇和酚、醇和酚1-己醇的红外光谱己醇的红外光谱缔合缔合O-H伸缩振动伸缩振动34003200cm-1-C-H伸缩振动伸缩振动缔合缔合O-H伸缩振动伸缩振动苯酚的红外光谱图苯酚的红外光谱图苯环的骨架振动苯环的骨架振动苯环的苯环的=C-H伸缩振动伸缩振动5、醛和酮、醛和酮戊醛的红外光谱图戊醛的红外光谱图C=O伸缩振动伸缩振动1720cm-1醛基的醛基的C-H伸缩振动伸缩振动2820cm-1 2720cm-1-C-H伸缩振动伸缩振动6、羧酸、羧酸戊酸的红外光谱图戊酸的红外光谱图C=O伸缩振动伸缩振动缔合缔合O-H伸缩振动伸缩振动33002500cm-17、酯、酯C=O伸缩振动伸缩振动C-O伸缩振动伸缩振动丁酸乙酯的红外光谱丁酸乙酯的红外光谱-C-H伸缩振动伸缩振动
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