級躍遷產(chǎn)生的吸收信號按波長范圍紅外光可分為三個區(qū)域-ppt課件

1、第九章第九章 紅外光譜紅外光譜 紅外吸收光譜是分子吸收紅外光引起的振動紅外吸收光譜是分子吸收紅外光引起的振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生的吸收信號和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生的吸收信號 。按波長范圍紅外光可分為三個區(qū)域：按波長范圍紅外光可分為三個區(qū)域： 近紅外光近紅外光 =0.733m 中紅外光中紅外光 =3.030m 遠紅外光遠紅外光 =30300m 通常所說的紅外光譜主要在中紅外區(qū)通常所說的紅外光譜主要在中紅外區(qū) =2.525m =4000400cm-1紅外光譜通常以百分透過率紅外光譜通常以百分透過率T%波數(shù)或頻率波數(shù)或頻率曲線表示曲線表示 。如：。如：甲基環(huán)己烷的紅外光譜圖甲基環(huán)己烷的紅外光譜圖一、根本原理

2、一、根本原理1、分子的振動與紅外光譜：、分子的振動與紅外光譜： 分子中的原子是靠化學(xué)鍵銜接起來的。在室溫分子中的原子是靠化學(xué)鍵銜接起來的。在室溫下，大多數(shù)分子處于最低的振動能級。當遭到光的下，大多數(shù)分子處于最低的振動能級。當遭到光的照射，且光量子的能量等于兩振動能級之差時：照射，且光量子的能量等于兩振動能級之差時：hE 分子吸收光量子的能量從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。分子吸收光量子的能量從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。A、雙原子分子：分子的振動只產(chǎn)生鍵長的變化、雙原子分子：分子的振動只產(chǎn)生鍵長的變化 B、多原子分子：分子的振動分為伸縮振動和彎曲振動、多原子分子：分子的振動分為伸縮振動和彎曲振動 1伸縮振動伸縮振動

3、 ：改動瞬間化學(xué)鍵鍵長：改動瞬間化學(xué)鍵鍵長CHH對稱伸縮振動對稱伸縮振動不對稱伸縮振動不對稱伸縮振動CHH2彎曲振動：改動瞬間化學(xué)鍵的鍵角彎曲振動：改動瞬間化學(xué)鍵的鍵角剪式彎曲剪式彎曲CHH平面搖擺平面搖擺CHH注注 每種分子能夠有幾種不同的振動方式，當入每種分子能夠有幾種不同的振動方式，當入射光的頻率與分子的振動頻率一致，且分子的射光的頻率與分子的振動頻率一致，且分子的振動能引起分子的瞬間偶極矩變化時，分子即振動能引起分子的瞬間偶極矩變化時，分子即吸收紅外光，在紅外光譜上有反映。吸收紅外光，在紅外光譜上有反映。+ +非平面搖擺非平面搖擺CHH+ -面外扭曲面外扭曲CHH2、化學(xué)鍵、化學(xué)鍵 的

4、振動頻率的振動頻率2121)(21mmmmk虎克定律：虎克定律：m 為成鍵原子的質(zhì)量為成鍵原子的質(zhì)量k 為化學(xué)鍵的力常數(shù)為化學(xué)鍵的力常數(shù)2121)(21mmmmkc闡明：闡明：1化學(xué)鍵的振動頻率或波數(shù)與其力常數(shù)化學(xué)鍵的振動頻率或波數(shù)與其力常數(shù)k的的平方根成正比，平方根成正比，k愈大，振動頻率亦愈大。而化學(xué)鍵愈大，振動頻率亦愈大。而化學(xué)鍵的鍵能越大，鍵長越短，其力常數(shù)越大。如：的鍵能越大，鍵長越短，其力常數(shù)越大。如：CC吸收出如今較低的波數(shù)區(qū)，吸收出如今較低的波數(shù)區(qū)，1200700cm-1， 而而C=C在在17001450 cm-1， CC在在23002100cm-1。鍵能大小順序：鍵能大小順序

5、： CC C=C CC2振動頻率或波數(shù)與原子的折合質(zhì)量振動頻率或波數(shù)與原子的折合質(zhì)量m1m2/(m1+m2)的平方根成反比。因此，當兩個振動原子中有一個為氫的平方根成反比。因此，當兩個振動原子中有一個為氫原子時，原子時，m1m2/(m1+m2) 很小，振動頻率或波數(shù)就大。很小，振動頻率或波數(shù)就大。如如C-H，O-H，N-H鍵的伸縮振動吸收出如今高波數(shù)區(qū)鍵的伸縮振動吸收出如今高波數(shù)區(qū) 3000cm-1 左右。左右。3、紅外光譜產(chǎn)生的條件、紅外光譜產(chǎn)生的條件 1入射光的頻率與分子中某一基團的振動頻率入射光的頻率與分子中某一基團的振動頻率一樣時，分子吸收這一頻率的紅外光從低能級躍遷一樣時，分子吸收這

6、一頻率的紅外光從低能級躍遷到較高的能級，產(chǎn)生紅外吸收光譜。到較高的能級，產(chǎn)生紅外吸收光譜。光分子hE2只需當分子的振動能引起分子的偶極矩變化時，只需當分子的振動能引起分子的偶極矩變化時，才干引起紅外吸收。才干引起紅外吸收。能吸收紅外光能吸收紅外光 的物質(zhì)，叫紅外光活性物質(zhì)。的物質(zhì)，叫紅外光活性物質(zhì)。不能吸收紅外光不能吸收紅外光 的物質(zhì)，叫紅外非光活性物質(zhì)。的物質(zhì)，叫紅外非光活性物質(zhì)。二、紅外光譜與分子構(gòu)造二、紅外光譜與分子構(gòu)造A、 40001500cm-1 為特征譜帶區(qū)官能團區(qū)為特征譜帶區(qū)官能團區(qū)其中其中 40002500cm-1，為含氫基團的伸縮振動區(qū)，通，為含氫基團的伸縮振動區(qū)，通常稱為常

7、稱為“氫鍵區(qū)。氫鍵區(qū)。OH、NH、CH、SH等基團的伸縮等基團的伸縮振動都出如今這一區(qū)域中。振動都出如今這一區(qū)域中。 25002000cm-1，叁鍵和累積雙鍵區(qū)。各種叁鍵基團，叁鍵和累積雙鍵區(qū)。各種叁鍵基團如如CC、CN以及累積雙鍵如以及累積雙鍵如C=C=C、N=C=O(異腈異腈酸酯酸酯)的伸縮振動都落在此區(qū)域中。的伸縮振動都落在此區(qū)域中。 20001500cm-1，雙鍵區(qū)。各種雙鍵基團，如，雙鍵區(qū)。各種雙鍵基團，如C=C、C=O、C=N、C=S、N=O以及苯基的伸縮振動都在這以及苯基的伸縮振動都在這一頻率范圍。一頻率范圍。B、1500400cm-1，指紋區(qū)。包括，指紋區(qū)。包括CC、CO、CN

8、等單鍵的伸縮振動和含氫基團等單鍵的伸縮振動和含氫基團OH、NH、CH等的彎曲振動都出如今這一區(qū)域內(nèi)。這一區(qū)域譜帶等的彎曲振動都出如今這一區(qū)域內(nèi)。這一區(qū)域譜帶較密集，難識別，象人的指紋。每個化合物在這一較密集，難識別，象人的指紋。每個化合物在這一區(qū)域都有不同于其他分子的特征譜帶，對鑒定化合區(qū)域都有不同于其他分子的特征譜帶，對鑒定化合物有用。物有用。C、影響基團吸收位置的要素：、影響基團吸收位置的要素： 很復(fù)雜很復(fù)雜1對同一化合物，氣態(tài)在高波數(shù)區(qū)，液態(tài)或固態(tài)在低對同一化合物，氣態(tài)在高波數(shù)區(qū)，液態(tài)或固態(tài)在低波數(shù)區(qū)。波數(shù)區(qū)。例如：丙酮的羰基伸縮振動吸收，氣態(tài)時例如：丙酮的羰基伸縮振動吸收，氣態(tài)時 17

9、38cm-1 液態(tài)時液態(tài)時 1715cm-1 2分子的內(nèi)部構(gòu)造也有影響。分子的內(nèi)部構(gòu)造也有影響。RCHRCClRCNH2OOO羰基伸縮振動羰基伸縮振動 1730cm-1 1800cm-1 17001640cm-13共軛體系：共軛體系：CH3CH2CH=CH2CH3CCH2CH3CH3CCH=CH2OOC=C C=O1647cm-1 1720cm-11627cm-1 1685cm-1 4分子內(nèi)氫鍵締合，譜帶變寬。分子內(nèi)氫鍵締合，譜帶變寬。三、各類有機化合物的特征吸收簡介見表三、各類有機化合物的特征吸收簡介見表9-21、烷烴、烷烴甲基環(huán)己烷的紅外光譜圖甲基環(huán)己烷的紅外光譜圖C-H伸縮振動伸縮振動3

10、000cm-1 C-H彎曲振動彎曲振動2、烯烴、烯烴環(huán)己烯的紅外光譜圖環(huán)己烯的紅外光譜圖=C-H伸縮振動伸縮振動3000cm-1 -C-H伸縮振動伸縮振動C=C伸縮振動伸縮振動16701640cm-1C-H彎曲振動彎曲振動3、芳烴、芳烴乙苯的紅外光譜圖乙苯的紅外光譜圖苯環(huán)的苯環(huán)的=C-H伸縮振動伸縮振動烷基烷基-C-H伸縮振動伸縮振動苯環(huán)的骨架振動苯環(huán)的骨架振動16001450cm-1C-H彎曲振動彎曲振動4、醇和酚、醇和酚1-己醇的紅外光譜己醇的紅外光譜締合締合O-H伸縮振動伸縮振動34003200cm-1 -C-H伸縮振動伸縮振動締合締合O-H伸縮振動伸縮振動苯酚的紅外光譜圖苯酚的紅外光譜圖苯環(huán)的骨架振動苯環(huán)的骨架振動苯環(huán)的苯環(huán)的=C-H伸縮振動伸縮振動5、醛和酮、醛和酮戊醛的紅外光譜圖戊醛的紅外光譜圖C=O伸縮振動伸縮振動1720cm-1醛基的醛基的C-H伸縮振