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N2、O2、Cl2等。
非对称分子:
有偶极矩变化,红外活性。
2.分子振动方程(经典力学),化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧,K化学键的力常数,为双原子的折合质量=m1m2/(m1+m2),根据小球质量与相对原子质量间的关系:
某些键的伸缩力常数(毫达因/埃),键类型:
CCC=CCC力常数:
15179.59.94.55.6峰位:
2062cm-11683cm-11190cm-1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。
3.分子振动的形式,分子简正振动数目:
直线形分子:
3n-5非直线形分子:
3n-6,3n-6=33-63,水分子的简正振动的数量:
CO2的简正振动:
33-54,伸缩振动(stretchingvibration):
Changeinbondlengths,Symmetricstretching(sym),Asymmetricstretching(asym),弯曲振动(bendingvibration):
Changeinbondangles,Scissoring(),wagging(),rocking(),twisting/torsion(),亚甲基的振动:
每种简正振动都有其特定的振动频率,似乎都应有相应的红外吸收带。
实际上,绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数,这是由如下原因引起的:
(1)没有偶极矩变化的振动,不产生红外吸收;
(2)相同频率的振动吸收重叠,即简并;
(3)仪器不能区别频率十分接近的振动,或吸收带很弱,仪器无法检测;
(4)有些吸收带落在仪器检测范围之外。
4.红外光谱的吸收强度,红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化,而偶极矩与分子结构的对称性有关。
振动的对称性越高,振动中分子偶极矩变化越小,谱带强度也就越弱。
一般地,极性较强的基团(如C=O,C-X等)振动,吸收强度较大;
极性较弱的基团(如C=C、C-C、N=N等)振动,吸收较弱。
红外光谱的吸收强度一般定性地用很强(vs)、强(s)、中(m)、弱(w)和很弱(vw)等表示。
按摩尔吸光系数的大小划分吸收峰的强弱等级,具体如下:
100非常强峰(vs)20100强峰(s)1020中强峰(m)110弱峰(w),二、红外光谱的特征性和基团吸收,物质的红外光谱是其分子结构的反映,谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。
多原子分子的红外光谱与其结构的关系,一般是通过实验手段获得。
即通过比较大量已知化合物的红外光谱,从中总结出各种基团的吸收规律。
实验表明,组成分子的各种基团,如O-H、N-H、C-H、C=C、C=O和CC等,都有自己的特定的红外吸收区域,分子的其它部分对其吸收位置影响较小。
通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率,其所在的位置一般又称为特征吸收峰。
常见的化学基团在4000-670cm-1范围内有特征基团频率。
通常将该区域分为四个部分:
1.X-H伸缩振动区:
4000-2500cm-1X=O,C,S,N2.叁键和累积双键区:
2500-1900cm-1-CC-,-CN,-C=C=C-,-C=C=O,-N=C=O等反对称伸缩3.双键伸缩区:
1900-1200cm-1,-C=C-,C=O,C=N,-NO2等伸缩振动和芳香环的骨架振动。
4.X-Y伸缩振动及X-H变形振动1650cm-1主要包括C-H,N-H变形振动,C-O,C-X伸缩振动以及C-C单键骨架振动。
X-H伸缩振动区4000-2500cm-1,(O-H)3650-3200cm-1醇,酚,有机酸当醇和酚溶于非极性溶剂(如CCl4),浓度小于0.01mol.dm-3时,在36503580cm-1处出现游离O-H基的伸缩振动吸收,峰形尖锐,且没有其它吸收峰干扰,易于识别。
当试样浓度增加时,羟基化合物产生缔合现象,O-H基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移,在34003200cm-1出现一个宽而强的吸收峰。
N-H伸缩振动吸收3500-3100cm-1,S-Hstretchingvibration,C-Hstretchingvibration,Asymmetricstretching,Symmetricstretching,-CH3,2960cm-1,2870cm-1,-CH2-,2920cm-1,2850cm-1,CH,2890cm-1(VW),SaturatedC-H,环烷烃,UnsaturatedC-H3000cm-1,C-H,苯环,3030cm-1(比饱和C-H弱,但尖锐),CH-,3040-3010cm-1,=CH2,3085cm-1,CH,3300cm-1,C-Hstretchingvibration:
3300cm-1,2.叁键和累积双键(2500-1900cm-1),R-CC-R,该区域的谱带较少,主要有,Bands,2100-2140cm-1,R-CCH,2190-2260cm-1,R-CN,2240-2260cm-1(强且尖锐与O相毗邻,则变弱),与苯核或不饱和键共轭,2220-2230cm-1,3.双键伸缩区(1900-1200cm-1),链烯(C=C-)的伸缩振动出现在1680-1620cm-1,其强度与R1,R2,R3,R4的差异性和分子的对称性有关。
单核芳烃,单核芳烃的C=C伸缩振动主要有四个吸收谱带,出现在1620-1450cm-1范围,是苯环的骨架振动,其中1450cm-1,常常观察不到。
其余三个峰分别出现在1620-1590cm-1,1580cm-1,1520-1480cm-1;
其中,1500cm-1最强,1580cm-1最弱,常被1600cm-1峰所掩盖或变成其肩峰。
1600,1500cm-1两个谱带是鉴定芳核很价值。
苯衍生物在2000-1650cm-1范围出现C-H面外和C=C面内变形振动的泛频吸收,虽然很弱,但它们的吸收面貌在表征芳核取代类型上很有用。
C=O的伸缩振动,C=O的伸缩振动出现在1850-1600cm-1,其吸收非常强烈,为红外光谱中的最强吸收峰。
含C=O基团的化合物有酮类,醛类,酯类以及酸酐等。
酸酐的C=O吸收峰有两个,分别出现在1820和1750cm-1,它们是由于两个羰基的振动耦合所产生。
可根据这两个峰的相对强弱来判断酸酐是环状的还是线型的。
线型酸酐的两个峰强度接近,高波数稍强于低波数,环状酸酐的低波数强于高波数峰。
酯类中的C=O基的吸收出现在1750-1725cm-1,为一强峰,且不受氢键的影响。
当羰基和不饱和的键共轭时,吸收向低波数移动,吸收强度不变。
醛和酮的羰基吸收峰出现在1740-1720cm-1,其中,醛比酮略高10-15cm-1,但这不是鉴别二者的依据。
醛的C-H伸缩振动出现在2820和2720cm-1,为中等强峰,后者较尖锐,易于辨别。
因此可将C=O伸缩振动以及2720cm-1峰判定醛的存在。
羧酸由于氢键作用,通常以二聚体形式存在,其吸收峰出现在1725-1700cm-1.在CCl4溶剂中,单,二聚体同时存在,单体的吸收峰在1760cm-1.,4X-Y伸缩振动及X-H变形振动(1650cm-1),该区域光谱比较复杂,主要有C-H,N-H变形振动;
C-O,C-X伸缩振动;
C-C单键振动等。
其中1350-650cm-1区域又称为指纹区,在指纹区,由于各单键的伸缩振动和C-H变形振动之间的偶合作用,使得该区域的光谱非常复杂,并且对于结构上的微小变化非常敏感,因此对于鉴定化合物很有价值。
900-650区域的某些吸收峰可用作确定顺反构型或苯环的取代情况。
例如:
(C-H)690cm-1,(CH)990-970cm-1,苯环取代类型在900-650cm-1的面外变形振动,苯环上的H原子面外变形的吸收峰的位置取决于环上的取代位置,而与取代基无关。
结合2000-1650cm-1泛频吸收,为决定取代类型提供了依据。
CH3的对称变形振动出现在1370-1380cm-1,为甲基的特征峰。
当C上连有两个CH3时,在1370cm-1处分裂为两个峰。
C-O伸缩在红外中有很强吸收,通常出现在1300-1000cm-1,1、烷烃,(a)CH的伸缩振动:
基本在29752845cm-1之间,包括甲基、亚甲基和次甲基的对称及不对称伸缩振动。
(b)CH的变形振动:
在1460附近、1380附近及720810cm-1会出现有关吸收。
(c)C-C环的骨架振动,在7201250cm-1。
主要官能团的特征谱带,
(1)甲基(CH3):
(a)甲基主要具有下列吸收2960士15cm-1(s),2870士l0cm-1(sm)1465士l0cm-1(m),1380cm-1左右,(b)当CH3连接于不同基团上后,其吸收带发生位移,强度也会有变化。
(c)CH3的随着结构变化也有变化。
(d)当甲基与杂原子相连时,的吸收位置为:
P-CH31300cm-1,Si-CH31255cm-1,S-CH31312cm-1。
C(CH3)3:
1380cm-1左右分裂成强度不等的两个峰:
1395cm-1(m),1365cm-1(S)。
CH(CH3)2(即偕二甲基):
1380cm-1左右分裂成二个强度大体相等的吸收,一个在1385cm-1附近,一个在1375cm-1附近。
(2)亚甲基(CH2),(a)亚甲基主要有如下吸收2925士10cm-1(s),2850士10cm-1(s),CH1465士20cm-1,(b)-(CH2)n-结构中,CH2的面内摇摆在720810cm-1之间变化,其数值与n的数值有关。
(c)无1380的峰。
(3)次甲基(CH)次甲基在两处有弱的吸收,并常被其他吸收所掩盖。
2890士l0cm-1(CH)(w),1340cm-1CH(w),表3-4(CH2)n结构中亚甲基面内摇摆振动(CH2)结构谱带(cm-1)结构谱带(cm-1)C-CH2-CH3770C-CH2-C810C-(CH2)2-CH3750-740C-(CH2)2-C754C-(CH2)3-CH3740-730C-(CH2)3-C740C-(CH2)4-CH3730-725C-(CH2)4-C725C-(CH2)n-CH3(n4)722C-(CH2)n-C(n4)722,庚烷CH3(CH2)5CH3的红外光谱图,的红外光谱,3.5.2烯烃,
(1)烯烃有三个特征吸区(a)31003000cm-1,=CH,(b)16801620cm-1,C=C(a)、(b)用于判断烯键的存在与否。
(c)l000650cm-1,烯碳上质子的面外摇摆振动=CH,用于判断烯碳上取代类型及顺反异构。
=CH3000cm-1,这是不饱和碳上质子与饱和碳上质子的重要区别,饱和碳上质子CH3000cm-1。
在6501000cm-1区域,根据烯氢被取代的个数、取代位置及顺反异构的不同,出峰个数、吸收峰