紅外光譜最全最詳細明了

1、紅外光譜最全最詳細明了第1頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 分子振動光譜-紅外光譜與拉曼光譜-Infrared spectroscopy and Raman spectroscopy( IR and Raman )Vibration spectroscopy第2頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 一、紅外光譜1.1 紅外光譜概述1.2 紅外光譜儀及實驗方法1.3 影響振動頻率的因素1.4 有機化合物基團的特征吸收第3頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 1.1紅外光譜概述第4頁，共107頁，2022年，5月20日，1

2、7點34分，星期二第5頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第6頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二（1）紅外光譜圖（表示方法一）縱坐標為吸收強度，橫坐標為波長（m）和波數(shù)1/，單位：cm-1 ?？梢杂梅鍞?shù)，峰位，峰形，峰強來描述。 縱坐標是：吸光度A應(yīng)用：有機化合物的結(jié)構(gòu)解析定性：基團的特征吸收頻率；定量：特征峰的強度；第7頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 （表示方法二） 縱坐標是百分透過率T%。百分透過率的定義是輔射光透過樣品物質(zhì)的百分率，即 T%= I/I0100%， I是透過強度，Io為入射強度。 橫坐標：上方的

3、橫坐標是波長，單位m;下方的橫坐標是波數(shù)（用 表示，波數(shù)大，頻率也大），單位是cm-1。第8頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二在2.5m處，對應(yīng)的波數(shù)值為： = 104/2.5 (cm-1)=4000cm-1 ( cm-1)=1/(cm)=104/(m) 波數(shù)即波長的倒數(shù)，表示單位(cm)長度光中所含光波的數(shù)目。波長或波數(shù)可以按下式互換：一般掃描范圍在4000400cm-1。第9頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第10頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第11頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二

4、4.紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件 滿足兩個條件：(1)輻射應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動躍遷所需的能量(2)輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。 對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。如：N2、O2、Cl2 等。 非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。第12頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 分子的振動分為伸縮振動和變形振動兩類。 伸縮振動是沿原子核之間的軸線作振動，鍵長有變化而鍵角不變，用字母來表示。 變形振動是鍵長不變而鍵角改變的振動方式，用字母表示。 伸縮振動分為不對稱伸縮振動as和對稱伸縮振動s。第13頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 第14頁

5、，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二5峰位、峰數(shù)與峰強（1）峰位 化學鍵的力常數(shù)K越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)(短波長區(qū));反之,出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)(高波長區(qū))（2）峰數(shù) 峰數(shù)與分子自由度有關(guān)。無瞬間偶基距變化時，無紅外吸收。第15頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二（3）瞬間偶極矩大，吸收峰強；鍵兩端原子電負性相差越大（極性越大），吸收峰越強；（4）由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個強的吸收峰，基頻峰；（5）由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個弱的吸收峰，倍頻峰.第16頁，共107頁，2022年，5月20日，17點3

6、4分，星期二問題：C=O 強；C=C 弱；為什么？吸收峰強度躍遷幾率偶極矩變化吸收峰強度 偶極矩的平方偶極矩變化結(jié)構(gòu)對稱性；對稱性差偶極矩變化大吸收峰強度大符號：S (strong) M (medium) W (weak) B (broad) Sh (sharp)紅外吸收峰強度比紫外吸收峰小23個數(shù)量級；第17頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第18頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二1.2 紅外光譜儀及實驗方法（1）儀器類型與結(jié)構(gòu)兩種類型：色散型 干涉型（傅立葉變換紅外光譜儀）第19頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二

7、1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)05:16:05日本島津公司的 DT-40 FT-IR第20頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二2. 傅里葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)框圖05:16:05干涉儀光源樣品室檢測器顯示器繪圖儀計算機干涉圖光譜圖FTS第21頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二3. 傅立葉變換紅外光譜儀的原理與特點05:16:05 光源發(fā)出的輻射經(jīng)干涉儀轉(zhuǎn)變?yōu)楦缮婀猓ㄟ^試樣后，包含的光信息需要經(jīng)過數(shù)學上的傅立葉變換解析成普通的譜圖。特點：(1) 掃描速度極快(1s)；適合儀器聯(lián)用； (2)不需要分光，信號強，靈敏度很高； (3)儀器小巧。第22頁，共107頁，2

8、022年，5月20日，17點34分，星期二傅里葉變換紅外光譜儀工作原理圖 05:16:05第23頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二4. 色散型紅外光譜儀主要部件05:16:05(1) 光源 能斯特燈：氧化鋯、氧化釔和氧化釷燒結(jié)制成的中空或?qū)嵭膱A棒，直徑1-3 mm，長20-50mm； 室溫下，非導體，使用前預熱到800 C； 特點：發(fā)光強度大；壽命0.5-1年； 硅碳棒：兩端粗，中間細；直徑5 mm，長20-50mm；不需預熱；兩端需用水冷卻；(2) 單色器 光柵；傅立葉變換紅外光譜儀不需要分光；第24頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二05:

9、16:05(3) 檢測器 真空熱電偶；不同導體構(gòu)成回路時的溫差電現(xiàn)象涂黑金箔接受紅外輻射； 傅立葉變換紅外光譜儀采用熱釋電(TGS)和碲鎘汞(MCT)檢測器； TGS：硫酸三苷肽單晶為熱檢測元件；極化效應(yīng)與溫度有關(guān)，溫度高表面電荷減少(熱釋電)； 響應(yīng)速度快；高速掃描；第25頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二（2）試樣的制備第26頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第27頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第28頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二1.3 影響振動頻率的因素1.3.1 外部條件對吸

10、收位置的影響1.3.2 分子結(jié)構(gòu)對基團吸收譜帶位置的影響第29頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 某一基團的特征吸收頻率，同時還要受到分子結(jié)構(gòu)和外界條件的影響。 同一種基團，由于其周圍的化學環(huán)境不同，其特征吸收頻率會有所位移，不是在同一個位置出峰。 基團的吸收不是固定在某一個頻率上，而是在一個范圍內(nèi)波動。第30頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二1.3.1 外部條件對吸收位置的影響(1)物態(tài)效應(yīng)：同一個化合物固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的紅外光譜會有較大的差異。如丙酮的C=O,汽態(tài)時在1742cm-1，液態(tài)時1718cm-1，而且強度也有變化。（3）溶劑效

11、應(yīng)： 用溶液法測定光譜時，使用的溶劑種類、濃度不同對圖譜會有影響。 (2)晶體狀態(tài)的影響：固體樣品如果晶形不同或粒子大小不同都會產(chǎn)生譜圖的差異。 第31頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二1.3.2 分子結(jié)構(gòu)對基團吸收譜帶位置的影響（1）誘導效應(yīng)（I效應(yīng)）：基團鄰近有不同電負性的取代基時，由于誘導效應(yīng)引起分子中電子云分布的變化，從而引起鍵力常數(shù)的改變，使基團吸收頻率變化。 吸電子基團（-I效應(yīng)）使鄰近基團吸收波數(shù)升高，給電子基團（I效應(yīng)）使波數(shù)降低。 CH3-CO-CH3 CH2Cl-CO-CH3 CI-CO-CH3 Cl-COCl F-CO-F C=O 1715 17

12、24 1806 1828 1928第32頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二(2)共軛效應(yīng)（C效應(yīng)）： 共軛效應(yīng)要求共軛體系有共平面性。 共軛效應(yīng)使共軛體系的電子云密度平均化，鍵長也平均化，雙鍵略有伸長，單鍵略有縮短。 共軛體系容易傳遞靜電效應(yīng)，常顯著地影響基團的吸收位置及強度。 共軛體系有“-”共軛和“P-”共軛。 基團與吸電子基團共軛（受到-C效應(yīng)），使吸收頻率升高；與給電子基團共軛（受到+C效應(yīng)）使基團吸收頻率降低。 共軛的結(jié)果總是使吸收強度增加。第33頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 當一個基團鄰近同時存在誘導效應(yīng)和共軛效應(yīng)的基團或存

13、在一個既有誘導效應(yīng)又有共軛效應(yīng)的基團時，若兩種作用一致，則兩個作用互相加強；若兩個作用不一致，則總的影響取決于作用強的作用。第34頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 例1：如羰基的伸縮振動頻率受苯環(huán)和烯鍵兩種給電子共軛基團的影響而下降。 化合物 CH3-CO-CH3 CH3-CH=CH-CO-CH3 Ph-CO-Ph C=O ( cm-1) 1715 1677 1665例2：化合物 R-CO-CR R-CO-O-R R-CO-NRR” C=O ( cm-1) 1715 1735 16301690 -I +C -I +C第35頁，共107頁，2022年，5月20日，17

14、點34分，星期二（3）偶極場效應(yīng)：偶極場效應(yīng)是互相靠近的基團之間通過空間起作用的。例如：13-二氯丙酮有三種異構(gòu)形式存在，其液態(tài)時光譜中出現(xiàn)了三個C=O吸收。其原因是氯原子空間位置不同，對羰基的影響也不同。 C=O ( cm-1) 1755 1742 1728 羰基的位上有鹵素 ，因鹵素相對位置(空間構(gòu)型)不同而引起C=O的位移作用叫“鹵代酮”規(guī)律。第36頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二（4）張力效應(yīng)：環(huán)外雙鍵(烯鍵、羰基)的伸縮振動頻率，環(huán)越小張力越大，其頻率越高。 環(huán)內(nèi)雙鍵，張力越大，伸縮振動頻率越低，但是環(huán)丙烯例外。環(huán)外雙鍵，張力越大，伸縮振動頻率越高。第37

15、頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 環(huán)內(nèi)雙鍵的吸收頻率, 對環(huán)的大小很敏感, 吸收頻率隨環(huán)內(nèi)角的變小而降低,環(huán)丁烯(內(nèi)角90 o) 達最小值, 繼續(xù)變小至環(huán)丙烯(內(nèi)角60 o)吸收頻率反而升高.C=C 1650 1646 1611 1566 1641 cm-1C=C 1780 1678 1657 1651 cm-1第38頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二（5）氫鍵的影響：氫鍵的形成，往往使伸縮振動頻率移向低波數(shù)，吸收強度增強，并變寬；形成分子內(nèi)氫鍵時影響很顯著。 C=O ( cm-1) 1676，1673； 1675，1622 第39頁，共1

16、07頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二05:16:05 (分子內(nèi)氫鍵；分子間氫鍵)：對峰位，峰強產(chǎn)生極明顯影響，使伸縮振動頻率向低波數(shù)方向移動 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1第40頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二羥基為游離態(tài)OH3600cm-1；當濃度增加時，羥基逐漸形成聚合狀態(tài)，游離態(tài)羥基逐漸減少甚至消失，OH逐漸移向低波數(shù)。這些締合態(tài)羥基OH 3000 cm-1) 3080 cm-1 3030 cm-1 3080 cm-1 3030 cm-1 3300 cm-1 （C-H）3080-3030 cm-1 2900-2800

17、 cm-1 3000 cm-1 第56頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二b)C=C 伸縮振動(1680-1630 cm-1 )1660cm-1 分界線（C=C）反式烯三取代烯四取代烯1680-1665 cm-1 弱，尖順式烯乙烯基烯亞乙烯基烯1660-1630cm-1 中強，尖第57頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 分界線1660cm-1 順強，反弱 四取代（不與O，N等相連）無（C=C）峰 端烯的強度強 共軛使（C=C）下降20-30 cm-1 2140-2100cm-1 （弱） 2260-2190 cm-1 （弱）總結(jié)第58頁，共107

18、頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二c)C-H 變形振動(1000-700 cm-1 )面內(nèi)變形（=C-H）1400-1420 cm-1 （弱）面外變形（=C-H） 1000-700 cm-1 （有價值）（=C-H）970 cm-1（強） 790-840 cm-1 （820 cm-1） 610-700 cm-1（強） 2：1375-1225 cm-1（弱） （=C-H）800-650 cm-1（690 cm-1）990 cm-1910 cm-1 （強） 2：1850-1780 cm-1 890 cm-1（強） 2：1800-1780 cm-1 第59頁，共107頁，2022年，5月

19、20日，17點34分，星期二譜圖第60頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第61頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二對比烯烴順反異構(gòu)體第62頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二3.醇與酚（OH） OH，COa)-OH 伸縮振動(3600 cm-1) b)碳氧伸縮振動(1100 cm-1)游離醇，酚伯-OH 3640cm-1仲-OH 3630cm-1叔-OH 3620cm-1酚-OH 3610cm-1（OH） （C-O） 1050 cm-11100 cm-11150 cm-11200 cm-1支化：-15 cm-1不飽和：-

20、30 cm-1第63頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 苯酚的紅外光譜圖 OH在3229cm-1，是一寬峰；OH在1372cm-1，C-O在1234cm-1 第64頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二OH基團特性 雙分子締合（二聚體）3550-3450 cm-1多分子締合（多聚體）3400-3200 cm-1分子內(nèi)氫鍵：分子間氫鍵：多元醇（如1，2-二醇 ） 3600-3500 cm-1螯合鍵（和C=O，NO2等）3200-3500 cm-1多分子締合（多聚體）3400-3200 cm-1 分子間氫鍵隨濃度而變，而分子內(nèi)氫鍵不隨濃度而變。水（溶

21、液）3710 cm-1水（固體）3300cm-1結(jié)晶水 3600-3450 cm-1第65頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二3515cm-1001M01M025M10M3640cm-13350cm-1 乙醇在四氯化碳中不同濃度的IR圖2950cm-12895 cm-1第66頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第67頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第68頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二脂族和環(huán)的C-O-C as 1150-1070cm-1 芳族和乙烯基的=C-O-Cas 1275-1200c

22、m-1 （1250cm-1 ）s 1075-1020cm-14. 醚（COC）脂族 R-OCH3 s (CH3) 2830-2815cm-1 芳族 Ar-OCH3 s (CH3) 2850cm-1 第69頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二5、醛、酮、羧酸及其衍生物C=O （1850 1600 cm-1 ）碳氧雙鍵的特征峰，強度大，峰尖銳。 飽和脂肪酮的C=O在17251705cm-1。 環(huán)酮中C=O隨張力的增大波數(shù)？ 飽和脂肪醛(R-CHO) C=O ： 17401715cm-1 醛基的CH在28802650cm-1出現(xiàn)兩個強度相近的中強吸收峰， 一般這兩個峰在282

23、0cm-1和27402720cm-1出現(xiàn)，后者較尖。 這兩個吸收是由于醛基質(zhì)子的 CH與 CH的倍頻的費米共振產(chǎn)生。第70頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二酸酐的C=O 雙吸收峰：18201750 cm-1 ，兩個羰基振動偶合裂分；兩個C=O分別在18601800cm-1和18001750cm-1。 線性酸酐：兩吸收峰高度接近，高波數(shù)峰稍強； 環(huán)形結(jié)構(gòu)：低波數(shù)峰強；羧酸的C=O 18201750 cm-1 ， 氫鍵，二分子締合體；酯的C=O 17501735cm-1(S)酰氯C=O18101795cm-1有一強吸收帶酰胺C=O在35403180cm-1有兩個尖的吸收帶

24、。第71頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二醛、酮第72頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二醛第73頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第74頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二羧酸的紅外光譜圖第75頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二 乙酸乙酯的紅外光譜圖 1743為C=O， 1243為 是第一強峰。第76頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二酸酐和酰氯的紅外光譜圖第77頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二酰胺的紅外光譜圖第78

25、頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二不同酰胺吸收峰數(shù)據(jù)第79頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二氰基化合物的紅外光譜圖CN=2275-2220cm-1第80頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二硝基化合物的紅外光譜圖AS （N=O）=1565-1545cm-1S （N=O）=1385-1350cm-1脂肪族芳香族S （N=O）=1365-1290cm-1AS （N=O）=1550-1500cm-1第81頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二基團吸收帶數(shù)據(jù)05:16:05第82頁，共107頁，2022年，

26、5月20日，17點34分，星期二常見基團的紅外吸收帶特征區(qū)指紋區(qū)500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HCNC=NS-HP-HN-ON-NC-FC-XO-HO-H（氫鍵）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HCCC=C第83頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二二、未知物結(jié)構(gòu)確定structure determination of compounds 不飽和度 degree of unsaturation 定義： 不飽和度是指分子結(jié)構(gòu)中達到飽和所缺一價元素的“對”數(shù)。如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個氫原子，不飽和度為1。 計算：

27、若分子中僅含一，二，三，四價元素（H，O，N，C），則可按下式進行不飽和度的計算： = 1 + n4 + (n3 n1 ）/ 2 n4 ， n3 ， n1 分別為分子中四價，三價，一價元素數(shù)目。 作用： 由分子的不飽和度可以推斷分子中含有雙鍵，三鍵，環(huán)，芳環(huán)的數(shù)目，驗證譜圖解析的正確性。第84頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二05:16:05例： C9H8O2 = 1 +9 + （0 8 ）/ 2 = 6第85頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二1.推測C8H8純液體第86頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二例 2：C4

28、H6O2 兩種異構(gòu)體的IR譜如下，推導其結(jié)構(gòu)。(p237) 第87頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第88頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二例 3：C10H14S 的IR譜如下，推導其結(jié)構(gòu) (p238)。 第89頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二因此C10H14S 結(jié)構(gòu)圖為第90頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二例 4： C8H7N 的IR譜如下，推導其結(jié)構(gòu)(p237)第91頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二二、 Raman光譜第92頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二Raman光譜第93頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第94頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第95頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二3.2 方法原理0123e電子基態(tài)振動能級eeRayleigh 散射eeeRaman 散射Stocks線Anti-Stocks線溫度升高概率大！第96頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第97頁，共107頁，2022年，5月20日，17點34分，星期二第98頁，共107頁，2022