第六章 红外吸收光谱法2

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二、分子结构与吸收峰
molecular structure and absorption peaks
1． X—H伸缩振动区（4000 ∼ 2500 cm-1 ） 伸缩振动区（ 伸缩振动区
（1）—O—H ） 3650 ∼ 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强 吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。 注意区分 —NH伸缩振动： 3500 ∼ 3100 cm-1
h ∆E = hν = 2π 1
k
µ
1 k k ν= = = 1307 λ 2πc µ µ
K化学键的力常数，与键能和键长有关， 化学键的力常数，与键能和键长有关， 化学键的力常数
µ为双原子的折合质量 µ =m1m2/（m1+m2） 为双原子的折合质量 （
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的 折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。 折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
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不对称 υas(CH3) 2960㎝ 2960㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1 对称δ )1460㎝
２．峰位、峰数与峰强 峰位、
（1）峰位 ） 化学键的力常数K越大，原子折合质量越小， 键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）； 反之，出现在低波数区（高波长区）。 例１ 水分子 非对称分子） （非对称分子）
苯环上的C—H =C—H ≡ C—H 3030 cm-1 3010 ∼ 2260 cm-1 3300 cm-1
3000 cm-1 以上
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2． 叁键（C ≡C）伸缩振动区 叁键（ ）
（2500 ∼ 1900 cm-1 ）
在该区域出现的峰较少； 在该区域出现的峰较少； （1）RC ≡ CH ） （2100 ∼ 2140 cm-1 ） RC ≡ CR’ （2190 ∼ 2260 cm-1 ） R=R’ 时，无红外活性 （2）RC ≡N （2100 ∼ 2140 cm-1 ） ） 非共轭 2240 ∼ 2260 cm-1 共轭 2220 ∼ 2230 cm-1 仅含C、 、 时 峰较强、尖锐； 仅含 、H、N时：峰较强、尖锐； 原子存在时； 越靠近 越靠近C 有O原子存在时；O越靠近 ≡ N，峰越弱； 原子存在时 ，峰越弱；
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三、分子中基团的基本振动形式
basic vibration of the group in molecular
1．两类基本振动形式
伸缩振动 亚甲基： 亚甲基：
(动画) 动画)
变形振动 亚甲基
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甲基的振动形式
伸缩振动 甲基： 甲基： 对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1 变形振动 甲基 对称δs(CH3)1380㎝-1 对称δ )1380㎝
(动画) 动画)
分子振动方程式
双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）： 分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）hν （ V ：化学键的 振动频率； 振动频率；
ν：振动量子数。 振动量子数。
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任意两个相邻的能级间的能量差为： 任意两个相邻的能级间的能量差为：
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例题: 由表中查知C=C键的 键的K=9.5 ∼ 9.9 ,令其为 例题 由表中查知 键的 令其为 9.6, 计算波数值。 计算波数值。
1 k k 9.6 v= = =1307 =1307 =1650cm−1 λ 2πc µ µ 12 / 2
1
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
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基团吸收带数据
基团吸收 带数据
特 征 吸 收 带 （伸 缩 动 ） 指 纹 吸 收 带 振
含 氢 化 学 键
（3）C=O （1850 ∼ 1600 cm-1 ） ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。
饱和醛(酮 不饱和向低波移动； 饱和醛 酮)1740-1720 cm-1 ；强、尖；不饱和向低波移动； 醛，酮的区分？ 酮的区分？
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酸酐的C=O 酸酐的
双吸收峰：1820～1750 cm-1 ，两个羰基振动偶合裂分； 线性酸酐：两吸收峰高度接近，高波数峰稍强； 环形结构：低波数峰强；
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第六章 红外吸收光谱 分析法
infrared absorption spectroscopy，IR
第二节 红外光谱与分子结构
infrared spectroscopy and molecular structure
一、红外光谱的基团频率 group frequency in IR 二、分子结构与吸收峰 molecular structure and absorption peaks 三、影响峰位移的因素 factors influenced peak shift 四、不饱和度 degree of unsaturation
(动画) 动画)
（2）峰数 ） 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变
化时，无红外吸收。
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峰位、 峰位、峰数与峰强
（3）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相 ）瞬间偶基距变化大，吸收峰强； 差越大（极性越大），吸收峰越强； 差越大（极性越大），吸收峰越强； ），吸收峰越强 例2 CO2分子
C2H4O
O
H
1730cm-1
1165cm-1
H H H
C
2720cm-1
C
δ（CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。 ν（CH3）2930 cm-1，2850cm-1。
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四、红外吸收峰强度
intensity of Infrared absorption bend
问题： 为什么？ 问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？ 吸收峰强度→跃迁几率→ 吸收峰强度→跃迁几率→偶极矩变化 吸收峰强度 ∝ 偶极矩的平方 偶极矩变化——结构对称性； 结构对称性； 偶极矩变化 结构对称性 对称性差→偶极矩变化大→ 对称性差→偶极矩变化大→吸收峰强度大 符号： 强 ； 中 ； 弱 符号：s(强)；m(中)；w(弱) 红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～ 个数量级 个数量级； 红外吸收峰强度比紫外吸收峰小 ～3个数量级；
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3． 双键伸缩振动区（ 1900 ∼ 1200 cmHale Waihona Puke Baidu1 ） 双键伸缩振动区（
（1） RC=CR’ ） 1620 ∼ 1680 cm-1 强度弱， 无红外活性。 强度弱， R=R’（对称）时，无红外活性。 （对称） 键伸缩振动（ （2）单核芳烃 的C=C键伸缩振动（1626 ∼ 1650 cm-1 ） ） 键伸缩振动
第六章 红外吸收光谱 分析法
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一、概述
introduction
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生： 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构 近红外区 中红外区 远红外区
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红外光谱与有机化合物结构
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1715 cm-1 1735 cm-1 1680 cm-1
酮 酯 酰胺
红外光谱信息区
常见的有机化合物基团频率出现的范围： 常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 ∼ 670 cm-1 依据基团的振动形式，分为四个区： 依据基团的振动形式，分为四个区： (1)4000 ∼ 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S） 伸缩振动区（ 伸缩振动区 ， ， ， ） (2)2500 ∼ 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区 三键， (3)1900 ∼ 1200 cm-1 双键伸缩振动区 (4)1200 ∼ 670 cm-1 X—Y伸缩， 伸缩， 伸缩 X—H变形振动区 变形振动区
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一、红外吸收光谱的特征性
group frequency in IR
与一定结构单元相联系的、 与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键 振动频率——基团特征频率（特征峰）； 基团特征频率（ 振动频率 基团特征频率 特征峰） 特征峰； 例： 2800 ∼ 3000 cm-1 —CH3 特征峰； 1600 ∼ 1850 cm1 —C=O 特征峰； 特征峰； 基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化： 基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化： —CH2—CO—CH2— —CH2—CO—O— —CH2—CO—NH—
一、概述 概述 introduction 二、红外吸收光谱产生的 条件 Infrared infrared absorption spec- condition ofspectroscopy absorption troscopy，IR 三、分子中基团的基本振 动形式 第一节 basic vibration of the group 红外光谱分析基本原理 in molecular 四、红外吸收峰强度 principle of IR intensity of infrared absorption bend
满足两个条件： 满足两个条件： (1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)辐射与物质间有相互偶合作用。 对称分子：没有偶极矩，辐 对称分子 射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩，红 非对称分子 外活性。 偶极子在交变电场中的作用示 意图
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红外光谱图： 红外光谱图 纵坐标为吸收强度， 横坐标为波长λ （ µm ） 和波数1/λ 单位：cm-1 可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。 应用： 应用：有机化合物的结构解析。 定性： 定性：基团的特征吸收频率； 定量： 定量：特征峰的强度；
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二、红外吸收光谱产生的条件
condition of Infrared absorption spectroscopy
羧酸的C=O 羧酸的
1820～1750 cm-1 ， 氢键，二分子缔合体；
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4. X—Y，X—H 变形振动区 < 1650 cm-1 ，
指纹区(1350 ∼ 650 cm-1 ) ,较复杂。 较复杂。 指纹区 较复杂 C-H，N-H的变形振动； ， 的变形振动； 的变形振动 C-O，C-X的伸缩振动； ， 的伸缩振动； 的伸缩振动 C-C骨架振动等。精细结构的区分。 骨架振动等。精细结构的区分。 骨架振动等 顺、反结构区分； 反结构区分；
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（2）饱和碳原子上的—C—H
—CH3 —CH2— —C—H 2960 cm-1 2870 cm-1 2850 cm-1 2890 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动
3000 cm-1 以下
2930 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动 弱吸收
（3）不饱和碳原子上的 ）不饱和碳原子上的=C—H（≡ C—H ） （
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苯衍生物的C=C 苯衍生物的
苯衍生物在 1650 ∼ 2000 cm-1 出现 C-H和C=C键的面内 和 键的面内 变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。 ），可用来判断取代基位置 变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。
2000 1600
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某些键的伸缩力常数（毫达因/埃 表 某些键的伸缩力常数（毫达因 埃）
键类型 力常数 峰位
—C≡C — > —C =C — > —C — C — ≡ 15 ∼ 17 9.5 ∼ 9.9 4.5 ∼ 5.6 4.5µm 6.0 µm 7.0 µm µ
化学键键强越强（即键的力常数 越大 越大） 化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量 越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。 越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
（有一种振动无红外 活性） 活性）
(动画) 动画)
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基 ）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰， 频峰； 频峰； （5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰， ）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰， 倍频峰； 倍频峰；
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