紅外光譜分析中山大學(xué)ppt課件

1、 II 紅外光譜紅外光譜IR一一.概述概述 波長波長m 波數(shù)波數(shù)cm-1近紅外區(qū)：近紅外區(qū)： 0.75 2.5 13330 4000中紅外區(qū)：中紅外區(qū)： 2.5 15.4 4000 650遠(yuǎn)紅外區(qū)：遠(yuǎn)紅外區(qū)： 15.4 830 650 12 絕大多數(shù)有機(jī)化合物紅外吸收波數(shù)范圍：絕大多數(shù)有機(jī)化合物紅外吸收波數(shù)范圍：4000 665cm-1 紅外譜圖中紅外譜圖中, 橫坐標(biāo)橫坐標(biāo):吸收波長吸收波長( )或波數(shù)或波數(shù)( ). 吸收峰位置。吸收峰位置。 縱坐標(biāo)縱坐標(biāo):透過率透過率(T%)或吸光度或吸光度(A). 吸收峰強(qiáng)度。吸收峰強(qiáng)度。 二. 根本原理 用一定頻率的紅外光照射分子, 分子發(fā)生振動能級的躍

2、遷。 分子的振動分為：伸縮振動、彎曲振動。 = 2 C1KMm1 m2m1 + m2M = 雙原子分子紅外吸收的頻率決議于折合質(zhì)量和鍵力常數(shù)。雙原子分子紅外吸收的頻率決議于折合質(zhì)量和鍵力常數(shù)。C-H C-C C-O C-Cl C-Br C-I3000 1200 1100 800 550 500 cm-1v分子振動伸縮振動(鍵長改變)彎曲振動對稱伸縮振動不對稱伸縮振動面內(nèi)彎曲振動面外彎曲振動（變形振動）cm-1vCCC=CCC22002100 16801620 1200700 力常數(shù)力常數(shù)/g.s-2 1218105 812105 46105 力常數(shù)表示了化學(xué)鍵的強(qiáng)度，其大小與鍵能、鍵長有關(guān)。力

3、常數(shù)表示了化學(xué)鍵的強(qiáng)度，其大小與鍵能、鍵長有關(guān)。鍵能大，鍵長短，鍵能大，鍵長短，K值大，振動吸收頻率移向高波數(shù)；值大，振動吸收頻率移向高波數(shù)；鍵能小，鍵長長，鍵能小，鍵長長，K值小，振動吸收頻率移向低波數(shù)。值小，振動吸收頻率移向低波數(shù)。三三. 不同官能團(tuán)的特征吸收頻區(qū)不同官能團(tuán)的特征吸收頻區(qū)紅外光譜可分為兩個區(qū)域官能團(tuán)區(qū) 40001350cm-1指紋區(qū) 1350650cm-1官能團(tuán)區(qū)分為：官能團(tuán)區(qū)分為：X-H區(qū)、三鍵區(qū)和雙鍵區(qū)。區(qū)、三鍵區(qū)和雙鍵區(qū)。官能團(tuán)區(qū)40002500cm-1(X-H區(qū)) O-H N-H C-H S-H .25001900cm-1（三鍵區(qū)含累積雙鍵）CC CN C=C=C

4、C=C=O19001350cm-1 （雙鍵區(qū)）C=O C=N N=O C=C(烯或芳環(huán)骨架振動) 指紋區(qū) 1350650cm-1（單鍵區(qū)） C-C C-O C-N C-X 四四. 影響官能團(tuán)吸收頻率的要素影響官能團(tuán)吸收頻率的要素 主要討論分子構(gòu)造變化時主要討論分子構(gòu)造變化時, 官能團(tuán)紅外吸收頻率的變化。官能團(tuán)紅外吸收頻率的變化。 1. 電子效應(yīng)電子效應(yīng)1誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)RCR ROCCl OVC=O 1715 1800 1869cm-1 RCFO 鹵原子吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)鹵原子吸電子誘導(dǎo)效應(yīng), 使羰基雙鍵性加強(qiáng)使羰基雙鍵性加強(qiáng), C=O的力常數(shù)的力常數(shù) 變大變大, 吸收向高波數(shù)挪動。吸收向高波數(shù)挪

5、動。CH3CH2CClOOCCH3O 2共軛效應(yīng)共軛效應(yīng) 鍵長平均化。雙鍵鍵長增長，力常數(shù)減小。吸收頻率移向鍵長平均化。雙鍵鍵長增長，力常數(shù)減小。吸收頻率移向 低波數(shù)。低波數(shù)。 RCORCNH2ORCRORCOC=CVC=O 1715 16851670 1695 1675cm-1C6H5COCH2CH3試比較以下兩組化合物中哪一個羰基的振動波數(shù)相對較高？試比較以下兩組化合物中哪一個羰基的振動波數(shù)相對較高？COCH2CH3CH2COCH3CHO(CH3)2NCHOA BA B 1.2.試判別丁烯酮中碳氧、碳碳雙鍵與試判別丁烯酮中碳氧、碳碳雙鍵與1-丁烯、丁烯、2-丁酮中雙鍵的丁酮中雙鍵的紅外吸收

6、頻率的高低。紅外吸收頻率的高低。CH3CCH2CH3 CH3CCH=CH2 CH3CH2CH=CH2OO 1720 1685 1623 1647 2. 氫鍵的影響氫鍵的影響 使基團(tuán)化學(xué)鍵的力常數(shù)減小使基團(tuán)化學(xué)鍵的力常數(shù)減小, 伸縮振動波數(shù)降低、峰形變寬。伸縮振動波數(shù)降低、峰形變寬。 醇羥基：醇羥基： 游離態(tài)游離態(tài) 二聚體二聚體 多聚體多聚體 36003640cm-1 35003600cm-1 32003400cm-1(a) 1.4%(b) 3.4%(c) 7.1%(d) 14.3% 正丁醇羥基的伸縮振動吸收正丁醇羥基的伸縮振動吸收位置氯苯中位置氯苯中羧酸及胺類等化合物羧酸及胺類等化合物, 分子

7、間構(gòu)成氫鍵后分子間構(gòu)成氫鍵后, 其相應(yīng)吸收頻率其相應(yīng)吸收頻率均移向低波數(shù)均移向低波數(shù). 當(dāng)羰基是氫鍵受體時當(dāng)羰基是氫鍵受體時, 其羰基特征吸收頻率其羰基特征吸收頻率向低頻挪動向低頻挪動 4060cm-1 3. 環(huán)的張力環(huán)的張力 普通而言普通而言, 環(huán)的張力增大時環(huán)的張力增大時, 環(huán)上有關(guān)官能團(tuán)的吸收頻率環(huán)上有關(guān)官能團(tuán)的吸收頻率 逐漸升高。逐漸升高。CH2CH2CH2CH2VC=C1651 1657 1690 1750OOOOVC=O1715 1745 1780 1815 環(huán)內(nèi)雙鍵的環(huán)內(nèi)雙鍵的C=C伸縮振動吸收頻率隨環(huán)的減小而降低。伸縮振動吸收頻率隨環(huán)的減小而降低。VC=C 1645 1610

8、15604. 成鍵碳原子的雜化形狀成鍵碳原子的雜化形狀CHCHCHVC-H 3300 3100 2900 5. 振動的巧合振動的巧合分子內(nèi)兩基團(tuán)位置很近并且振動頻率一樣或相近時分子內(nèi)兩基團(tuán)位置很近并且振動頻率一樣或相近時, 它們它們之間發(fā)生強(qiáng)相互作用之間發(fā)生強(qiáng)相互作用, 結(jié)果產(chǎn)生兩個吸收峰結(jié)果產(chǎn)生兩個吸收峰, 一個向高頻移一個向高頻移動動, 一個向低頻挪動。一個向低頻挪動。五五. 紅外吸收峰的強(qiáng)度紅外吸收峰的強(qiáng)度 紅外吸收強(qiáng)度取決于躍遷的幾率：紅外吸收強(qiáng)度取決于躍遷的幾率：躍遷幾率躍遷幾率 ab2 E2o ab ab 躍遷偶躍遷偶極矩極矩紅外電磁波的電場矢量紅外電磁波的電場矢量 Eo強(qiáng)度決議于

9、振動時偶極矩變化大小。偶極矩變化愈大，強(qiáng)度決議于振動時偶極矩變化大小。偶極矩變化愈大，吸收強(qiáng)度愈大；偶極矩變化愈小，吸收強(qiáng)度愈小；沒有吸收強(qiáng)度愈大；偶極矩變化愈小，吸收強(qiáng)度愈??；沒有偶極矩變化偶極矩變化, 那么不產(chǎn)生紅外吸收。那么不產(chǎn)生紅外吸收。例：例：VC=O 吸收強(qiáng)度大于吸收強(qiáng)度大于 VC=C 。 對稱烯、炔等無吸收峰對稱烯、炔等無吸收峰 或吸收峰很弱?；蛭辗搴苋?。吸收強(qiáng)度的表示：吸收強(qiáng)度的表示： vs (200)、s(=75200)、 m(= 2575)、w(= 525)、vw(5)。 六六. 各類有機(jī)化合物的特征基團(tuán)頻率各類有機(jī)化合物的特征基團(tuán)頻率1. 烷烴烷烴 C-H 290028

10、50cm-1 (S) C-H 1470cm-1 、0cm-1 2. 烯烴烯烴 C=C 16801600cm-1 (m-w) =CH 31003010cm-1 =CH 1000800cm-1 C=C 吸收峰的強(qiáng)度受分子對稱性影響吸收峰的強(qiáng)度受分子對稱性影響3. 炔烴炔烴VCC 2250cm-1 VC-H 3340-3300cm-1 VCC 2250cm-1 VC-H 3340-3300cm-1 C-H 680-C-H 680-610cm-1610cm-1CCH2CH3t-BuCCCH3t-BuCH3CH3CCHt-BuCH3CH3Cl2C=CCl21 0.35 0.14 0相對強(qiáng)度比 CH3 0

11、cm-1 孤立甲基孤立甲基 CH(CH3)21385 1365 4. 芳烴芳烴 C=C 16601450cm-1 芳環(huán)碳碳骨架伸縮振動芳環(huán)碳碳骨架伸縮振動 24個中強(qiáng)峰：個中強(qiáng)峰：1500(強(qiáng)強(qiáng))、1600(中中) =CH 31103010cm-1 =CH 900690cm-1 “定位峰定位峰 倍頻區(qū)倍頻區(qū) 20001650cm-1 5. 醇、酚類化合物醇、酚類化合物V-OH 36503600cm-1 (游離游離) 尖峰尖峰V-OH 35503200cm-1 (締合締合) 寬峰寬峰VC-O 12601000cm-16. 含羰基化合物含羰基化合物 1) 酮酮脂肪酮脂肪酮 VC=O 1715cm-

12、1 芳香酮芳香酮 VC=O 1695cm-1 不飽和酮不飽和酮 VC=O 1675cm-1 2) 醛醛 VC=O 1725cm-1 VC-H 2720cm-1 鑒別鑒別-CHO 3) 酯酯 VC=O 1740cm-1 VC-O-C 13001150鑒定酯鑒定酯 4) 羧酸羧酸 VC=O 17701750cm-1單體單體 ， 1710cm-1 二聚二聚體體VO-H 30002500 二聚體二聚體 O-H 1400 ， 920cm-1 5) 酸酐酸酐 VC=O 18601800cm-1 ， 18001750cm-1 VC-O-C 11701050 (開鏈酸酐開鏈酸酐) , 13101210cm-1

13、 (環(huán)狀酸酐環(huán)狀酸酐) 6) 酰胺酰胺VN-H 35003035 VC=O 16901620cm-1 N-H 16201590(伯伯) 15501510(仲仲) 7) 酰鹵酰鹵 脂肪族酰鹵脂肪族酰鹵 VC=O 1800cm-1 芳香族酰鹵芳香族酰鹵 VC=O 17851765cm-1 7. 醚類醚類VC-O-C 12751020cm-1 8. 胺類胺類 一級胺一級胺 VN-H 34903400 N-H 16501590， 900650 二級胺二級胺 VN-H 35003300 N-H 750700 三級胺三級胺 無無VN-H 吸收峰吸收峰 無無N-H 吸收峰吸收峰 運(yùn)用運(yùn)用 IR、1HNMR

14、譜中的哪一種可快速有效鑒別以下化譜中的哪一種可快速有效鑒別以下化 合物？合物？1 CH3CH2CH2CH2CHO CH3COCH2CH32 OHO 七七. 紅外譜圖解析紅外譜圖解析1. 根據(jù)給出的分子式根據(jù)給出的分子式 IR NMR數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), 推測化合物的構(gòu)造式。推測化合物的構(gòu)造式。分子式：分子式：C3H8O ； IR：36003200cm-1(寬寬)NMR H/ppm : 1.1(d,6H)，3.8(m,1H)，4.4(s,1H)CH3CHCH3OHCH3CH2CHCH3 OHOCH2CH2CH2BrCCH3BrCH3 3 4 2. 根據(jù)給出的分子式及根據(jù)給出的分子式及IR NMR主要數(shù)據(jù)主

15、要數(shù)據(jù), 推測化合物的構(gòu)造。推測化合物的構(gòu)造。分子式：分子式： C10H12O2 IR： 3010，2900，1735，1600，1500cm-1 NMR: 1.3 (t, 3H)，2.4 (q, 2H)，5.1 (s, 2H)，7.3 (s, 5H)CH2OCCH2CH3O 3. 一化合物分子式為一化合物分子式為 C9H10O, 其其 IR 及及 1H NMR譜如以下圖。譜如以下圖。 寫出化合物的構(gòu)造式寫出化合物的構(gòu)造式, 并指出并指出1H NMR譜中各峰及譜中各峰及IR譜中譜中 主要峰的歸屬。主要峰的歸屬。 C9H10OCH2CCH3O 1H NMR : /ppm 7.1H ( s, 5H ) 3.5CH2CO ( s, 2H ) 2.0C CH3O ( s, 3H ) IR: 3050cm-1 苯苯 =C-H 2900cm-1 烷烷 C-H 1700cm-1 C=O 1600, 1500cm-1 苯苯 C=C 思索題：思索題： (1) 根據(jù)下面所給的分子式、根據(jù)下面所給的分子式、IR、NMR主要數(shù)據(jù)主要數(shù)據(jù), 推測相應(yīng)推測相應(yīng) 化