红外光谱和核磁共振谱PPT课件
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XH区: 4000 ~ 2500 cm1 OH, NH, CH, SH等
三键区含累积双键: 2500 ~ 1900 cm1
双键区: 1900 ~ 1350 cm1 （烯烃或芳环骨架振动）
18
不同官能团的特征吸收频区
指纹区1350 ~ 650 cm1
低频区谱带特别密集：单键强度差别不大，相对原 子质量也差不多。 单键区: 1350 ~ 650 cm1
以经典力学来处理分子中化学键的振动：将复杂分 子看成由不同质量的小球和不同倔强系数的弹簧组成 的，小球代表原子，弹簧代表化学键。化学键振动近 似为弹簧振子。
14
双原子形成化学键的波数
双原子形成的化学键，若力学常数为K，两原子质量 分别为m1, m2，由Hooke定律可求的振动频率：
1 K 2
10
分子中原子的振动方式
分子的振动分为：伸缩振动（）、弯曲振动（）。 伸缩振动：原子沿着键轴的伸长和缩短，振动时只是 键长发生变化而键角不变。伸缩振动所产生的吸收带一 般在高频区。
伸缩振动
对称伸缩振动 不对称伸缩振动
11
弯曲振动
弯曲振动：成键两原子在键轴上下或左右弯曲。弯曲 振动键长不变而键角发生变化。弯曲振动所产生的吸收 带一般在低频区。
CC CO CN CX
19
影响官能团吸收频率的因素
分子结构变化时，官能团红外吸收频率的变化。 1. 电子效应
20
1. 电子效应
1）诱导效应
C=O 1715
17851815
1869 cm1
卤原子吸电子诱导效应，使羰基双键性增强，C=O 的力常数变大，吸收向高波数移动。
21
1. 电子效应
2）共轭效应
500 107
5
电磁波谱的概念
电磁波具有能量，分子吸收电磁波获得能量：
E = h
E是获得的能量；h是Planck常数（6.626 1034 J·s）。 不同分子对能级的吸收具有选择性。
根据分子的运动形式及其对应的能级，分子吸收光谱 分为三类：转动光谱、振动光谱、电子光谱。 在磁场中原子核自旋不同取向之间的跃迁，相应吸收 在无线电波区，监测的仪器是核磁共振仪。
力常数（K） 12 .2 105
1680 ~ 1620
9.77 105
1200 ~ 700
4.5 105
键能大，键长短，K值大，振动吸收频率移向高波数； 键能小，键长长，K值小，振动吸收频率移向低波数。
17
不同官能团的特征吸收频区
官能团区 4000 ~ 1350 cm1
吸收峰对应分子中某一对键连原子间的伸缩振动，受分子整体结 构影响较小，可用于确定某种特殊键或官能团是否存在。
24
3. 成键碳原子的杂化状态
sp
CH
3300
sp2
3100
sp3
2900 cm1
25
红外吸收峰的强度
红外吸收强度取决于跃迁的几率：
跃迁几率 ab E02
ab 跃迁偶极矩；
E0 红外电磁波的电场矢量
强度决定于振动时偶极矩变化大小。偶极矩变化愈 大，吸收强度愈大；偶极矩变化愈小，吸收强度愈小； 没有偶极矩变化,则不产生红外吸收。
9
红外光的波长
近红外区： 中红外区： 远红外区：
波长（m） 0.75 ~ 2.5 2.5 ~ 15.4 15.4 ~ 830
波数（cm1） 13330 ~ 4000 4000 ~ 650 650 ~ 12
绝大多数有机化合物红外吸收波数范围：4000 ~ 665 cm1
红外光谱仪的标配检测器波长通常为4000 ~ 400 cm1。
C=O 1715
16851670
()
1695
()
1675 cm1
(p)
羰基与双键共轭，C=O键长增加，降低了羰基的双键 性， 使吸收频率移向低波数。
共轭效应、诱导效应同时存在
22
练习题
练习题：试比较下列两个化合物中哪一个羰基的振动 波数相对较高？
(a)
(b)
思路：考虑电子效应的影响；(CH3)2N给电子共轭效应。
答案：(a) > (b)
23
2. 氢键的影响
氢键的形成使基团化学键的力 常数减小，伸缩振动波数降低。
醇羟基： 游离态
二聚体
多聚体
3600~3640 cm1 3500~3600 cm1 3200~3400 cm1
羧酸及胺类化合物，分子间形成氢键后，其吸收频率相应 移向低波数。羰基是氢键受体时，其特征频率下降，向低频 移动40~60 cm1。
剪式振动
平面摇摆
面内弯曲
非平面摇摆
扭曲振动
面外弯曲
12
分子振动
伸缩振动 （键长改变）
分子振动
弯曲振动 （键角改变）
对称伸缩振动
不对称伸缩振动
面内弯曲振动
剪式振动 平面摇摆
面外弯曲振动
非平面摇摆 扭曲振动
只有那些在振动过程中有瞬时偶极变化的振动发生能 级跃迁时才吸收红外光形成红外光谱。
13
双原子形成化学键的波数
6
电磁波谱的概念
红外光谱 (IR): 官能团 核磁共振 (NMR): CH骨架的连接方式
7
红外光谱
红外光谱（IR)：简便、迅速、样品量少。 在红外光谱中以波数作为横坐标，透过率作为纵坐标。
吸收带的位置、形状和相对强度：定性、定量分析的依据。
8
透过率
透过率 T = I 100% I0
I0为入射光强度，I为透过光强度。整个吸收收曲线 反映了一个化合物在不同波长的光谱区域内吸收能力 的分布情况。
m1m2
m1 m2
1 1 K 2Fra Baidu bibliotek
1
c
双原子分子红外吸收的频率决定于折合质量和键力常数。
15
波数和力常数
力常数表示了化学键的强度，其大小与键能、 键长有关。
(cm1) 3000 1200 1100 800 550
500
1 1 K 2c
16
波数和力常数
(cm1) 2200 ~ 2100
微量样品，准确、迅速。
3
电磁波谱
电磁波：从波长只有千万分之一纳米的宇宙射线 到波长以千米计的无线电波。
频率 波长
4
电磁波谱的概念
电磁波具有相同的传播速度，3 108 m/s。
电磁波的频率：
= c
波数：在1 cm长度内波的数目。例如波长为500 nm的 光的波数为：
=
1 =
1 = 20000 cm1
B
第三章
红外光谱和核磁共振谱
1
研究有机化合物的一般步骤
提纯 分析（元素定性分析、碳氢氮的定量 分析、微量分析） 实验式计算 分子式计算
2
有机化合物的结构确定
➢ 化学方法：步骤繁杂且困难
比较复杂分子，需多种化学反应，长时间。
➢ 物理方法：
X衍射 核磁共振 光谱（红外、拉曼、紫外、荧光等） 质谱
三键区含累积双键: 2500 ~ 1900 cm1
双键区: 1900 ~ 1350 cm1 （烯烃或芳环骨架振动）
18
不同官能团的特征吸收频区
指纹区1350 ~ 650 cm1
低频区谱带特别密集：单键强度差别不大，相对原 子质量也差不多。 单键区: 1350 ~ 650 cm1
以经典力学来处理分子中化学键的振动：将复杂分 子看成由不同质量的小球和不同倔强系数的弹簧组成 的，小球代表原子，弹簧代表化学键。化学键振动近 似为弹簧振子。
14
双原子形成化学键的波数
双原子形成的化学键，若力学常数为K，两原子质量 分别为m1, m2，由Hooke定律可求的振动频率：
1 K 2
10
分子中原子的振动方式
分子的振动分为：伸缩振动（）、弯曲振动（）。 伸缩振动：原子沿着键轴的伸长和缩短，振动时只是 键长发生变化而键角不变。伸缩振动所产生的吸收带一 般在高频区。
伸缩振动
对称伸缩振动 不对称伸缩振动
11
弯曲振动
弯曲振动：成键两原子在键轴上下或左右弯曲。弯曲 振动键长不变而键角发生变化。弯曲振动所产生的吸收 带一般在低频区。
CC CO CN CX
19
影响官能团吸收频率的因素
分子结构变化时，官能团红外吸收频率的变化。 1. 电子效应
20
1. 电子效应
1）诱导效应
C=O 1715
17851815
1869 cm1
卤原子吸电子诱导效应，使羰基双键性增强，C=O 的力常数变大，吸收向高波数移动。
21
1. 电子效应
2）共轭效应
500 107
5
电磁波谱的概念
电磁波具有能量，分子吸收电磁波获得能量：
E = h
E是获得的能量；h是Planck常数（6.626 1034 J·s）。 不同分子对能级的吸收具有选择性。
根据分子的运动形式及其对应的能级，分子吸收光谱 分为三类：转动光谱、振动光谱、电子光谱。 在磁场中原子核自旋不同取向之间的跃迁，相应吸收 在无线电波区，监测的仪器是核磁共振仪。
力常数（K） 12 .2 105
1680 ~ 1620
9.77 105
1200 ~ 700
4.5 105
键能大，键长短，K值大，振动吸收频率移向高波数； 键能小，键长长，K值小，振动吸收频率移向低波数。
17
不同官能团的特征吸收频区
官能团区 4000 ~ 1350 cm1
吸收峰对应分子中某一对键连原子间的伸缩振动，受分子整体结 构影响较小，可用于确定某种特殊键或官能团是否存在。
24
3. 成键碳原子的杂化状态
sp
CH
3300
sp2
3100
sp3
2900 cm1
25
红外吸收峰的强度
红外吸收强度取决于跃迁的几率：
跃迁几率 ab E02
ab 跃迁偶极矩；
E0 红外电磁波的电场矢量
强度决定于振动时偶极矩变化大小。偶极矩变化愈 大，吸收强度愈大；偶极矩变化愈小，吸收强度愈小； 没有偶极矩变化,则不产生红外吸收。
9
红外光的波长
近红外区： 中红外区： 远红外区：
波长（m） 0.75 ~ 2.5 2.5 ~ 15.4 15.4 ~ 830
波数（cm1） 13330 ~ 4000 4000 ~ 650 650 ~ 12
绝大多数有机化合物红外吸收波数范围：4000 ~ 665 cm1
红外光谱仪的标配检测器波长通常为4000 ~ 400 cm1。
C=O 1715
16851670
()
1695
()
1675 cm1
(p)
羰基与双键共轭，C=O键长增加，降低了羰基的双键 性， 使吸收频率移向低波数。
共轭效应、诱导效应同时存在
22
练习题
练习题：试比较下列两个化合物中哪一个羰基的振动 波数相对较高？
(a)
(b)
思路：考虑电子效应的影响；(CH3)2N给电子共轭效应。
答案：(a) > (b)
23
2. 氢键的影响
氢键的形成使基团化学键的力 常数减小，伸缩振动波数降低。
醇羟基： 游离态
二聚体
多聚体
3600~3640 cm1 3500~3600 cm1 3200~3400 cm1
羧酸及胺类化合物，分子间形成氢键后，其吸收频率相应 移向低波数。羰基是氢键受体时，其特征频率下降，向低频 移动40~60 cm1。
剪式振动
平面摇摆
面内弯曲
非平面摇摆
扭曲振动
面外弯曲
12
分子振动
伸缩振动 （键长改变）
分子振动
弯曲振动 （键角改变）
对称伸缩振动
不对称伸缩振动
面内弯曲振动
剪式振动 平面摇摆
面外弯曲振动
非平面摇摆 扭曲振动
只有那些在振动过程中有瞬时偶极变化的振动发生能 级跃迁时才吸收红外光形成红外光谱。
13
双原子形成化学键的波数
6
电磁波谱的概念
红外光谱 (IR): 官能团 核磁共振 (NMR): CH骨架的连接方式
7
红外光谱
红外光谱（IR)：简便、迅速、样品量少。 在红外光谱中以波数作为横坐标，透过率作为纵坐标。
吸收带的位置、形状和相对强度：定性、定量分析的依据。
8
透过率
透过率 T = I 100% I0
I0为入射光强度，I为透过光强度。整个吸收收曲线 反映了一个化合物在不同波长的光谱区域内吸收能力 的分布情况。
m1m2
m1 m2
1 1 K 2Fra Baidu bibliotek
1
c
双原子分子红外吸收的频率决定于折合质量和键力常数。
15
波数和力常数
力常数表示了化学键的强度，其大小与键能、 键长有关。
(cm1) 3000 1200 1100 800 550
500
1 1 K 2c
16
波数和力常数
(cm1) 2200 ~ 2100
微量样品，准确、迅速。
3
电磁波谱
电磁波：从波长只有千万分之一纳米的宇宙射线 到波长以千米计的无线电波。
频率 波长
4
电磁波谱的概念
电磁波具有相同的传播速度，3 108 m/s。
电磁波的频率：
= c
波数：在1 cm长度内波的数目。例如波长为500 nm的 光的波数为：
=
1 =
1 = 20000 cm1
B
第三章
红外光谱和核磁共振谱
1
研究有机化合物的一般步骤
提纯 分析（元素定性分析、碳氢氮的定量 分析、微量分析） 实验式计算 分子式计算
2
有机化合物的结构确定
➢ 化学方法：步骤繁杂且困难
比较复杂分子，需多种化学反应，长时间。
➢ 物理方法：
X衍射 核磁共振 光谱（红外、拉曼、紫外、荧光等） 质谱