《分析化学》——红外分光光度法课件

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1、13.1 概述 红外光谱的重要性: 有机化合物的指纹 定性分析、结构分析、定量分析 第13章 红外分光光度法红外光谱的作用红外光谱的作用1确定化合物的类别炔烃、芳香类等确定化合物的类别炔烃、芳香类等2确定官能团：确定官能团：例：例：CO，CC，CC3推测简单化合物的分子结构推测简单化合物的分子结构4定量分析定量分析l齐齐哈尔第二制药厂亮菌甲素事件齐齐哈尔第二制药厂亮菌甲素事件(13名患者死亡名患者死亡)l丙二醇丙二醇 万万/吨吨 / 二甘醇二甘醇0.6 万万/吨吨 l本章重点：l 吸收曲线的描述峰数、峰位、峰强l 典型光谱芳烃、羰基化合物l 光谱解析方法。l 本章难点：光谱解析方法13.1.1

2、 红外线的区划红外线及其波长 0.76 1 000 mm 波数 s 和波长 l的关系 s(cm-1) = 10 4/ l(mm) E=h=h c/ c 光速 = c 红外光谱区 l (mm) s (cm-1) 能级跃迁近红外区 0.76 2.5 13158 4000 中红外区 2.5 50 4000 200 振动伴随转动远红外区 50 1000 200 10 13.1.2 红外吸收光谱的表示方法T-曲线：棱镜 早期 前密后疏 T-曲线：光栅 前疏后密 红外光谱图：红外光谱图：纵坐标为吸收强纵坐标为吸收强度，度，横坐标为波长横坐标为波长 mm 或波数或波数cm- 1cm- 1应用：应用：有机化合

3、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；13.1.3 红外吸收光谱红外吸收光谱IR 与紫外吸收光谱与紫外吸收光谱(UV)的比的比较较 同属分子吸收光谱同属分子吸收光谱 区别区别 起源、适用范围、特征性起源、适用范围、特征性IR与与UV的区别的区别起源不同起源不同UV 由价电子能级跃迁引起的，能阶大，光谱简单。按跃迁能级属电子光谱。IR 由 振动-转动 能级跃迁引起的，能阶小，振动形式多，光谱复杂。按跃迁能级属振动-转动光谱。适用范围不同适用范围不同 UV 不饱和化合物、溶液；主要定量。 IR 饱和及不饱和化合物、 固体、液体、气体 定性、定结构，定量特征性不同特

4、征性不同 IR特征性强；UV特征性差。 根本原理根本原理13.2.1 振动能级与振动光谱振动能级与振动光谱13 . 2 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧U =K (-e )2 /2 (13-2) K 化学键力常数化学键力常数 原子间距离原子间距离 e 平衡距离平衡距离位能曲线位能曲线 ( U- ) 力学力学: 虎克定律虎克定律L = V 或或 L = V - 分子吸收红外线的分子吸收红外线的必要条件之一必要条件之一 假设假设 L = 那么那么 V = 1 由基态跃迁到第一激发态，产生的吸收峰由基态跃迁到第一激发态，产生的吸收峰-基频峰基频峰2.2 振动形

5、式振动形式 振动类型振动类型 (多原子分子多原子分子) 亚甲基亚甲基: AX2 振动形式分为伸缩振动与弯曲振动两大类振动形式分为伸缩振动与弯曲振动两大类1. 伸缩振动伸缩振动 沿键长方向沿键长方向 s as 2. 弯曲振动弯曲振动 垂直键长方向垂直键长方向 3. 振动自由度: 根本振动的数目 (独立振动数) 振动自由度：振动自由度： 3N-6(非线性分子非线性分子,H2O) 3N-5(线性分子线性分子, CO2) N 分子中的原子数分子中的原子数振动自由度可估计基频峰的可能数目振动自由度可估计基频峰的可能数目.例例: 非线性分子非线性分子 H2O: OH 根本振动形式根本振动形式 3 3756

6、 cm-1 (as) 3652 cm- 1 (s) 1595 cm-1 () 线性分子线性分子 O=C=O: C=O 根本振动形式根本振动形式 4 2349cm-1as、 1388cm-1s 、 667 cm-1 、 667 cm-1) 13.2.3 13.2.3 基频峰和泛频峰基频峰和泛频峰l1. 基频峰基频峰l例例: O=C=O:l 2349cm-1as、 1388cm-1s 、l 667 cm-1 、 667 cm-1)l 根本振动形式根本振动形式 4: 基频峰数基频峰数 2l 影响基频峰的数目影响基频峰的数目l 基频峰数基频峰数 C =C C C C-H K 15 10 5 5 u 6

7、 6 6 1cm-1 2060 1680 1190 2910 化学键越强即键的力常数化学键越强即键的力常数K越大越大原子折合质量越小原子折合质量越小 化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。基频峰峰位基频峰峰位：l u , l u 相同相同, K , C C C =C C C C N C =N C N lu 相同相同, (K) 1302Kus2、影响因素、影响因素 吸收峰位置吸收峰位置 化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响；分子的内部结构和外部因素影响； 相同基团的特征吸收不

8、一定相同相同基团的特征吸收不一定相同 内部因素内部因素 l 吸电子基团的诱导效应吸电子基团的诱导效应: -I s s ； (1) 基团基团 的共轭效应的共轭效应: +M s s；l 氢键氢键: s s 2 2、影响因素、影响因素 内部因素：相邻基团及空间效应。内部因素：相邻基团及空间效应。 l 诱导效应诱导效应-I-I- -使吸收峰向高波数移动。使吸收峰向高波数移动。 例：例： C=OC=OWhy 吸电子基团的引入，使羰基上孤对电子间双键移吸电子基团的引入，使羰基上孤对电子间双键移动，双键性增强，动，双键性增强，KK，向高波数移动。向高波数移动。 2 2、影响吸收峰位置的因素、影响吸收峰位置的

9、因素诱导效应诱导效应使吸收峰向高波数移动。使吸收峰向高波数移动。 共轭效应：共轭效应：+M+M向低波数移动向低波数移动l 共轭效应：共轭效应：+m+m向低波数移动向低波数移动例：例：C=OC=O COH3CCH3COCH3COCH3CO1715168516851660Why: :共轭使共轭使电子离域，双键性减弱，电子离域，双键性减弱，K K ，低波数移动低波数移动。 2 2、影响因素、影响因素 l 诱导效应诱导效应使吸收峰向高波数移动。使吸收峰向高波数移动。 Note：假设诱导与共轭共存时，要看谁占主导地位？：假设诱导与共轭共存时，要看谁占主导地位？ 例：例：R-CO-ORR-CO-OR；-O

10、R-OR诱导，但诱导，但O O孤对电子又有共轭孤对电子又有共轭 但但-I+M 1735cm-I+M 1735cm-1-1 而而 R-CO-SR -I+M 1690cmR-CO-SR -I C-C 分子对称性分子对称性 对称性强对称性强 Dm 谱带强度谱带强度 1 1两原子电负性差值大，两原子电负性差值大，大，峰强。大，峰强。 CHCH3 3-C-OCH-C-OCH2 2-CH=CH-CH=CH2 2 C=OC=OC=CC=C 1745cm 1745cm-1 -1 1650cm1650cm-1-1 2 2与分子对称性有关：与分子对称性有关： 如：三氯乙烯如：三氯乙烯 有有C=C C=C 1585

11、 cm-1 四氯乙烯四氯乙烯 无无C=CC=C ( (=0)=0) 即：不对称分子，即：不对称分子，大大 乙酸丙烯酯乙酸丙烯酯谱带强度的划分谱带强度的划分: 100 VS 20 100 S 1020 M 110 W 10000) ; W(3600 cmcm-1-1) -CO伸缩振动伸缩振动(1100 cmcm-1-1) )游离醇，酚伯伯-OH 3640cmcm-1-1仲仲-OH 3630cmcm-1-1叔叔-OH 3620cmcm-1-1酚酚-OH 3610cmcm-1-1（OH） （C-OC-O） 1050 cmcm-1-11100 cmcm-1-11150 cmcm-1-11200 cmc