第1页：第七章 红外吸收光谱法第一节概述红外分光
第七章 红外吸收光谱法第一节概述红外分光
- 第七章 红外吸收光谱法第一节概述红外分光光度法：利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收的特性来进行结构分析、定性和定量的分析方法，又称红外吸收光谱法
- 一、红外光的区划
- 二、红外吸收过程
- 三、红外光谱的作用
- 四、红外光谱的表示方法
- 五、IR与UV的区别
第2页：一、 红外光的区划红外线：波长在
一、 红外光的区划红外线：波长在
- 一、 红外光的区划红外线：波长在0.76~500μm(1000μm)范围内的电磁波
- 二、红外吸收过程近红外区：0.76~2.5μm—OH和—NH倍频吸收区中红外区：2.5~25μm振动、伴随转动光谱远红外区：25~500μm纯转动光谱UV——分子外层价电子能级的跃迁（电子光谱）IR——分子振动和转动能级的跃迁（振转光谱）
第3页：三、 红外光谱的作用
三、 红外光谱的作用
- 1.可以确定化合物的类别（芳香类）
- 2.确定官能团：例：—CO—，—C＝C—，—C≡C
- 3.推测分子结构（简单化合物）
- 4.定量分析
第4页：四、 红外光谱的表示方法T~σ曲线
四、 红外光谱的表示方法T~σ曲线→前疏后密T~λ曲线→前密后疏
第5页：五、 IR与UV的区别
五、 IR与UV的区别IRUV起源分子振动能级伴随转动能级跃迁分子外层价电子能级跃迁适用所有红外吸收的有机化合物具n-π*跃迁有机化合物具π-π*跃迁有机化合物特征性特征性强简单、特征性不强用途鉴定化合物类别定量鉴定官能团推测有机化合物共轭骨架推测结构
第6页：第二节 红外分光光度法基本原理红外分光光
第二节 红外分光光度法基本原理红外分光光
- 第二节 红外分光光度法基本原理红外分光光度法——研究物质结构与红外光谱之间关系红外光谱——由吸收峰位置和吸收峰强度共同描述
- 一、红外吸收光谱的产生
- 二、振动形式
- 三、振动的自由度
- 四、特征峰与相关峰
- 五、吸收峰位置
- 六、吸收峰强度
第7页：一、 红外吸收光谱的产生
一、 红外吸收光谱的产生
- 红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生
- 分子的振动能级差远大于转动能级差
- 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁
- 1.振动能级
第8页：续前2.振动光谱双原子分子
续前2.振动光谱双原子分子A-B→近似看作谐振子两原子间的伸缩振动→近似看作简谐振动
第9页：续前2.振动光谱双原子分子（续）
续前
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第10页：续前2.振动光谱双原子分子（续）（续）
续前
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第11页：续前3.基频峰与泛频峰1）基频峰
续前3.基频峰与泛频峰1）基频峰
- 3.基频峰与泛频峰1）基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰（即V=0→1产生的峰）
- 基频峰的峰位等于分子的振动频率
- 基频峰强度大——红外主要吸收峰
第12页：泛倍频峰二倍频峰
泛倍频峰二倍频峰（V=0→V=2）频三倍频峰（V=0→V=3）峰合频峰差频峰（即V=1→V=2，3---产生的峰）续前2）泛频峰倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰（即V=1→V=2，3---产生的峰）注：泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性
第13页：4.红外光谱产生条件：·红外活性振动
4.红外光谱产生条件：·红外活性振动
- 4.红外光谱产生条件：
- 红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性质
- 红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化，不产生红外吸收的性质
- 分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率整数倍
- 分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为0，即分子产生红外活性振动
第14页：二、 振动形式（多原子分子）
二、 振动形式（多原子分子）
- 二、 振动形式（多原子分子）（一）伸缩振动指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动
- 1.对称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动同时发生
- 2.反称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动交替发生
第15页：续前（二）弯曲振动
续前（二）弯曲振动
- 续前（二）弯曲振动（变形振动，变角振动）：指键角发生周期性变化、而键长不变的振动
- 1.面内弯曲振动β：弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内1）剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭2）面内摇摆ρ：基团作为一个整体在平面内摇动
第16页：续前2.面外弯曲
- 续前2.面外弯曲γ
- 弯曲振动垂直几个原子构成的平面1）面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振动2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的振动
第17页：续前3.变形振动：1）对称的变形振动
- 续前3.变形振动
- 1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时变大2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不同时变大或减小
第18页：续前3.变形振动：1）对称的变形振（续）
图示
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第19页：注：•振动自由度反映吸收峰数量
注：•振动自由度反映吸收峰数量
- •振动自由度反映吸收峰数量
- •并非每个振动都产生基频峰
- •吸收峰数常少于振动自由度数
- 三、振动的自由度指分子独立的振动数目，或基本的振动数目
- N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度
第20页：示例水分子——非线性分子
示例水分子——非线性分子
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第21页：示例CO2分子——线性分子
示例CO2分子——线性分子
- 吸收峰数少于振动自由度的原因：
- •发生了简并——即振动频率相同的峰重叠
- •红外非活性振动
第22页：五、 特征峰与相关峰（一）特征峰
五、 特征峰与相关峰（一）特征峰
- 五、 特征峰与相关峰（一）特征峰：next可用于鉴别官能团存在的吸收峰，称~（二）相关峰：next由一个官能团引起的一组具有相互依存关系的特征峰，称~注：
- •相关峰的数目与基团的活性振动及光谱的波数范围有关
- •用一组相关峰才可以确定确定一个官能团的存在
第23页：back
图示back
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第24页：五、 吸收峰位置1.基本振动频率
五、 吸收峰位置1.基本振动频率
- 五、 吸收峰位置
- 1.基本振动频率（一）吸收峰的位置（峰位）即振动能级跃迁所吸收的红外线的波长或波数续第二节
第25页：讨论：1）2）例：例：例：3）例
- 讨论
- 1）2）例：例：例：3）例：
第26页：续前2.基频峰分布
续前2.基频峰分布图
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第27页：（二）影响吸收峰位的因素1.内部因素
（二）影响吸收峰位的因素1.内部因素
- （二）影响吸收峰位的因素
- 1.内部因素：
- （1）诱导效应（吸电效应）：使振动频率移向高波数区
第28页：续前（2）共轭效应
- 续前（2）共轭效应
- 使振动频率移向低波数区
第29页：续前（3）氢键效应：使伸缩频率降低
续前（3）氢键效应：使伸缩频率降低
- （3）氢键效应：使伸缩频率降低
- 分子内氢键：对峰位的影响大不受浓度影响
第30页：续前·分子间氢键：受浓度影响较大浓度稀释
- 续前·分子间氢键
- 受浓度影响较大浓度稀释，吸收峰位发生变化
第31页：续前（4）杂化的影响：·杂化轨道中
续前（4）杂化的影响：·杂化轨道中
- （4）杂化的影响：
- 杂化轨道中s轨道成分↑，键能↑，键长↓，υ↑
第32页：续前（5）分子互变结构
续前（5）分子互变结构
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第33页：（6）振动偶合
（6）振动偶合
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第34页：费米共振
费米共振
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第35页：续前2.外部因素
续前2.外部因素
- 2.外部因素：受溶剂的极性和仪器色散元件性能影响
- 溶剂极性↑，极性基团的伸缩振动频率↓
- 色散元件性能优劣影响相邻峰的分辨率
第36页：（三）特征区与指纹区1.特征区
（三）特征区与指纹区1.特征区
- （三）特征区与指纹区
- 1.特征区（特征频谱区）：4000~1250cm-1的高频区
- 包含H的各种单键、双键和三键的伸缩振动及面内弯曲振动特点：吸收峰稀疏、较强，易辨认注：特征峰常出现在特征区
- 2.指纹区：1250~400cm-1的低频区
- 包含C—X（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
第37页：六、 吸收峰强度（一）吸收峰强的表示方法
六、 吸收峰强度（一）吸收峰强的表示方法
- 六、 吸收峰强度（一）吸收峰强的表示方法（二）影响峰强度的因素
- •强峰ε=20~100
- •中强峰ε=10~20
- •弱峰ε=1~10
- •极弱峰ε<1
- 振动过程中偶极矩的变化
- 跃迁几率：激发态分子占所有分子的百分数注：Δμ↑，跃迁几率↑，ε ↑
第38页：六、 吸收峰强度（一）吸收峰强的表（续）
图示
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第39页：续前注：影响偶极矩大小的因素
续前注：影响偶极矩大小的因素
- 续前注：影响偶极矩大小的因素1）化学键连有原子电负性的大小电负性差别↑，Δμ↑，峰↑2）分子的对称性
- 完全对称的结构，Δμ=0，产生红外非活性振动
- 不对称的结构，Δμ≠0，产生红外活性振动
第40页：第四节 各种化合物的典型光谱一
第四节 各种化合物的典型光谱一
- 第四节 各种化合物的典型光谱
- 一、脂肪烃类化合物
- 二、芳香族化合物
- 三、醇、酚、醚
- 四、羰基化合物
- 五、含氮化合物
第41页：一、 脂肪烃类化合物（一）烷烃
一、 脂肪烃类化合物（一）烷烃
- 1.C-H伸缩振动
- 2.C-H弯曲振动
- 3.C-C骨架振动
第42页：续前4）甲基与芳环或杂原子相连
续前4）甲基与芳环或杂原子相连
- 续前4）甲基与芳环或杂原子相连：
- 诱导效应：吸电子的诱导效应使吸收峰位移向高波数区斥电子的诱导效应使吸收峰位移向低波数区
第43页：续前（二）烯烃1.C-H振动
续前（二）烯烃1.C-H振动
- 续前（二）烯烃
- 1.C-H振动
- 2.C=C骨架振动
- •顺式>反式
- •取代基完全对称时，峰消失
- 3.发生π-π共轭或n-π共轭——共轭效应将使吸收峰位移向低波数区10~30cm-1
第44页：续前（三）炔烃1.C-H振动
续前（三）炔烃1.C-H振动
- 续前（三）炔烃
- 1.C-H振动
- 2.C≡C骨架振动
- •取代基完全对称时，峰消失
第45页：续前（三）炔烃1.C-H振动（续）
示例
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第46页：二、 芳香族化合物1.芳氢伸缩振动
二、 芳香族化合物1.芳氢伸缩振动
- 二、 芳香族化合物
- 1.芳氢伸缩振动
- 2.芳环骨架伸缩振动——确定苯环存在
第47页：续前3.芳氢弯曲振动——判断苯的取代形式
续前3.芳氢弯曲振动——判断苯的取代形式
- 3.芳氢弯曲振动——判断苯的取代形式
- 单取代
- 双取代
- •邻取代
- •对取代
- •间取代
- 多取代
第48页：续前1.单取代(含5个相邻H)
续前1.单取代(含5个相邻H)
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第49页：续前2.双取代•邻取代
续前2.双取代•邻取代
- 2.双取代
- •邻取代（4个相邻H）
- •间取代（3个相邻H，1个孤立H）
- •对取代（2个相邻H）
第50页：3.多取代
图示3.多取代
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第51页：3.多取代（续）
示例
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第52页：第四节 各种化合物的典型光谱一
第四节 各种化合物的典型光谱一
- 第四节 各种化合物的典型光谱
- 一、脂肪烃类化合物
- 二、芳香族化合物
- 三、醇、酚、醚
- 四、羰基化合物
- 五、含氮化合物续
第53页：三、 醇、酚、醚1.O-H伸缩振动
三、 醇、酚、醚1.O-H伸缩振动
- 三、 醇、酚、醚
- 1.O-H伸缩振动：
- 2.C-O伸缩振动：（一）醇、酚注：酚还具有苯环特征
第54页：续前（二）醚1.链醚和环醚2.芳醚和烯醚
续前（二）醚1.链醚和环醚2.芳醚和烯醚
第55页：续前（二）醚1.链醚和环醚2.芳醚（续）
示例
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第56页：四、 羰基化合物1.酮2.醛3.酰氯
四、 羰基化合物1.酮2.醛3.酰氯
- 四、 羰基化合物
- 1.酮
- 2.醛
- 3.酰氯（一）酮、醛、酰氯
- •共轭效应使吸收峰→低波数区
- •环酮：环张力↑，吸收峰→高波数区
- •共轭效应使吸收峰→低波数区
- •双峰原因→费米共振
- •诱导效应使吸收峰→高波数区峰位排序：酸酐>酰卤>羧酸（游离）>酯类>醛>酮>酰胺
第57页：四、 羰基化合物1.酮2.醛3.酰（续）
示例
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第58页：续前1.羧酸2.酯3.酸酐（二）羧酸、酯
续前1.羧酸2.酯3.酸酐（二）羧酸、酯
第59页：续前1.羧酸2.酯3.酸酐（二）羧（续）
示例
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第60页：五、 含氮化合物（一）胺·特征区分→
五、 含氮化合物（一）胺·特征区分→
第61页：五、 含氮化合物（一）胺·特征区分（续）
示例
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第62页：续前（二）酰胺·特征区分→注:共轭>诱导
续前（二）酰胺·特征区分→注:共轭>诱导
第63页：续前（二）酰胺·特征区分→注:共轭（续）
示例
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第64页：续前（三）硝基（四）腈
续前（三）硝基（四）腈
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第65页：第五节 红外光谱解析方法一
第五节 红外光谱解析方法一
- 第五节 红外光谱解析方法
- 一、IR光谱解析方法
- 二、IR光谱解析实例
第66页：一、 IR光谱解析方法
一、 IR光谱解析方法
第67页：续前例1：苯甲醛
- 续前例1
- 苯甲醛（C7H6O）不饱和度的计算
第68页：续前2.红外光谱解析程序•先特征、后指纹
续前2.红外光谱解析程序•先特征、后指纹
- 2.红外光谱解析程序
- •先特征、后指纹；先强峰，后次强峰；先粗查，后细找；先否定，后肯定;寻找有关一组相关峰→佐证
- •先识别特征区的第一强峰，找出其相关峰，并进行峰归属
- •再识别特征区的第二强峰，找出其相关峰，并进行峰归属
第69页：续前2.红外光谱解析程序•先特征、（续）
图示
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第70页：续前2.红外光谱解析程序•先特征、（续）
图示
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第71页：二、 IR光谱解析实例练习:某化合物
- 二、 IR光谱解析实例练习
- 某化合物C9H10O，其IR光谱主要吸收峰位为3080，3040，2980，2920，1690（s），1600，1580，1500，1370，1230，750，690cm-1，试推断分子结构·解:
第72页：二、 IR光谱解析实例练习:某化合（续）
示例
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第73页：续前·解
续前·解：
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第74页：续前峰归属如下
续前峰归属如下：
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第75页：续前峰归属如下（续）
续前
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第76页：续前峰归属如下（续）（续）
示例
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第77页：续前·解:
续前·解:
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第78页：续前·解:（续）
续前
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第79页：续前·解:（续）（续）
续前
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第80页：练习（书后P276题14）
练习（书后P276题14）
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第81页：续前·解
续前·解：
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第82页：练习（书后P276题15）
练习（书后P276题15）
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第83页：续前·解
续前·解：
说明：本页源文件提取到的文字较少，内容为标题或图示要点，建议对照原课件图片补充。
第84页：续前故峰的归属如下
续前故峰的归属如下：
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第85页：续前故峰的归属如下（续）
续前
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