第八章红外光谱和核磁共振氢谱IRandHNMR

E = hυ ， υ ＝ c / λ
光区 紫外光 区4～4 00 nm 可见 光区 红外 光区 800nm ～ 200 μ m 近紫外 远紫外 近红外 中红外 远红外
波长 λ 4 ～ 200 n m 200 ～ 400 nm 400 ～ 800 nm 800 ～ 2500 nm 2.5 ～ 25μ m 25 ～ 200μ m
25μm ～ 1240 nm 红外 红外
△E 转动： 0.0035 ～ 0.05 eV 354 ～ 25μm
8.1
一 、
红外光谱 （ IR ）
基本原理
红外光谱是指波长为 2.5 ～ 25μm （ 2500 ～ 25000 n m ），波数 400 ～ 4000 cm － 1 区域内的分子吸收光谱。 特点：鉴别化合物的特征键及其官能团，能提供大量的 关于化合物的结构信息。样品用量少、易回收，气、液 、固态样品均适用、灵敏度高
4 、红外光谱仪和红外光谱图
红外光谱仪组成：光源、单色器、检测器、放大器和记录器 横坐标： 数（） 纵坐标： 度（ A ） 吸收图谱： cm-1 ） 透
过 率 %
上线：波长（） 右側：透过率（ T% ）
波长 λ/μm -1 指纹区（ 1400-400cm ）
下线：波 左侧：吸光 官能团区（ 4000-1400
波数 cm-1 2.5×106 ～ 5×10
4
5×104 ～ 2.5×10
4
2.5×104 ～ 1.25 ×104 1.25×104 ～ 400 0 4000 ～ 400 400 ～ 50
化合物的分子也具有各种不同能量的能级： 平移能，振动能，转动能，电子跃迁能 等。 能级差的大小为△ E 电子 >△E 振动 >△E 转动 能量 △E 电子： 1 ～ 20 eV △E 振动： 0.05 ～ 1 eV λ 1240 ～ 62 nm 光区 紫外－可见——电子能谱 振转光谱
面外
H
对称伸缩 υs 弯曲 不对称伸缩 υas
Hook 定律，谐振体系的谐振频率为： υ ＝ 1/2π 的力常数 g.s － 2 ， μ 为折合质量 m1m2/m1+m2
k / ， k 为键
~ ＝
~ ＝ υ/c ， ~
＝ 1/λ ＝ 1302 k / λ＝c/υ
1/2πc k /
波数 /cm-1
二、有机基团的特征吸收频率
X－H伸 缩振动区 υ ＞ 3000c m－1 O-H 3600~3200 N-H 3500~3100 C-H 3300~2700 三键或累积 双键吸收区 2400 ～ 1950 cm － 1 C=C 2260~2100 C=N 2400~2100 C=Y=Z ~1950 C=X 双键振动 区 1800 ～ 1300 cm － 1 C=O 1800~1650 C=C 1690~1600 芳环 1600 ～ 1 450 C=N 1960~1460 δN-H 1650~150 0 δC-H 1475~130 0 指纹区 C － X 伸缩或弯曲振动 区 1300 ～ 600 c m－1 C-O 1300~1000 C-N 1360~1030 C-C 1200~600 δ=C-H 1000~650
－ 1
， RCOCl/~1800 cm － 1 ，因氯有强的吸电子诱导效应。
③ 减弱键强度的共轭效应能使吸收向低频移动。如： CH3COCH =CH2 中 C=O 的吸收峰 1720 cm － 1 移至 ~1685 cm － 1 ， C=C 的吸 收峰由 1647 cm － 1 移至 1623 cm － 1 。
第八章 红外光谱和核磁共振氢谱 IR and HNMR
吗啡（ C15H15O3N ）从 1803 年第一次被提纯，至 1952 年弄清楚其结构，其间经过了 150 年。 胆固醇（ C27H47O ）结构的测定经历了 40 年。 紫外光谱（ UV ， Ultraviolet Spectrum ） 红外光谱（ IR ， Infrared Spectrum ） 核磁共振谱（ NMR ， Nuclear Magnetic Resonance ） 质谱（ MS ， Mass Spectrum ）
~
1
/cm －
测定值
3 、分子的振动自由度
由 n 个原子组成的分子有 3n 个自由度。对线性分子，有三个平 移自由度，两个转动自由度，则有 3n － 5 个振动自由度；对非线 性分子，有三个平移自由度，三个转动自由度，则有 3n － 6 个振 动自由度 当 n=2 ，如 HCl ，只有一种振动方式， fv ＝ 1 ； n=3 时，线性分子 fv ＝ 4 ，如 CO2 。非线性分子 fv ＝ 3 ，如 H2 O 红外吸收带的数目常少于振动自由度的数目 的原因： （ 1 ）分子的振动频率＝红外辐射频率；分子振动时必须伴 有瞬时偶极矩的变化。（ 2 ）振动频率相同的不同的振动形 式可以发生简并。（ 3 ）仪器的分辨率不高，灵敏度不够
影响化学键和基团特征吸收频率的因素 ① 键的力常数 k 越大，红外吸收频率越大。如：炔键 /2150 cm －
1
， C=C /1650 cm － 1 ， C － C /1200cm － 1 。
② 诱导效应可以改变吸收频率。如羰基上连有吸电子基可增强 C=O 双键，加大力常数 k ，吸收向高频位移。如 RCOR/1715 cm
常见原子对的 k 和 μ 值 原子对 k /105 μ/g C-C C-O C-N C-H C=C C=O C=C O-H 4.5 6 5.77 4.8 5.07 9.77 12.06 12.2 7.6 6.85 1728 1600 ～ 1900 6 0.941
6.85 6.46 0.623 6 3052 2850 ～ 3300
1 、红外光谱的产生
红外光谱引起的是分子的振动和转动能级的跃迁，又称为振转光谱
2 、分子的振动形式与红外吸收频率
伸缩振动 υ ：原子沿着键轴伸长或缩短，Leabharlann Baidu起键长的变化 弯曲振动 δ ：组成化学键的原子离开键轴上下、左右振动，引 起键角的变化
+
O O
C C
O O
H C
H H C
面内弯曲
H
H C
H H C