第二章--红外光谱.ppt
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1、第二章第二章 红外吸收光谱红外吸收光谱分析法分析法一、特征区、指纹区和相一、特征区、指纹区和相关峰的概念关峰的概念二、分子结构与吸收峰二、分子结构与吸收峰三、影响峰位、峰强的因三、影响峰位、峰强的因素素四、不饱和度四、不饱和度第二节第二节 红外光谱与分子结构红外光谱与分子结构infrared absorption spec-troscopy,IRinfrared spectroscopy and molecular structure 2024/5/9 周四.一、特征区、指纹区和相关峰一、特征区、指纹区和相关峰 1、特征区:、特征区:40001300 cm-1,有机化合物主要官能团的,有机化合
2、物主要官能团的特征吸收区。特点:比较稀疏,容易辨认。特征吸收区。特点:比较稀疏,容易辨认。与一定结构单元与一定结构单元相联系的、在该范围内出现的吸收峰叫特征吸收或特征峰相联系的、在该范围内出现的吸收峰叫特征吸收或特征峰;例:例:2800 2800 3000 3000 cmcm-1 -1 CHCH3 3 特征峰特征峰;1600 1600 1850 1850 cmcm-1 -1 C=O C=O 特征峰特征峰;特征区主要是特征区主要是O-H、N-H、C-H、C=O、C=C、C=N、CC、CN等的伸缩振动吸收峰,还包括部分含单键基团的等的伸缩振动吸收峰,还包括部分含单键基团的面内弯曲振动的基频峰。面内
3、弯曲振动的基频峰。2024/5/9 周四.2 2、指纹区、指纹区 1300-400 1300-400 cmcm-1-1的低频区通常称为指纹区。没有鲜明的特征的低频区通常称为指纹区。没有鲜明的特征性,主要出现性,主要出现C-XC-X(X=CX=C,N N,O O)单键的伸缩振动及各种弯曲振)单键的伸缩振动及各种弯曲振动吸收峰。谱带密集,犹如指纹,故称指纹区。分子结构的微动吸收峰。谱带密集,犹如指纹,故称指纹区。分子结构的微小变化都会引起指纹区光谱的明显变化,有助于确定有机化合小变化都会引起指纹区光谱的明显变化,有助于确定有机化合物的结构。物的结构。3 3、相关峰、相关峰 一个基团除特征峰以外,还
4、有其它振动形式的吸收峰,把一个基团除特征峰以外,还有其它振动形式的吸收峰,把这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰叫相关峰。这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰叫相关峰。相关峰的数目与基团的活性振动及光谱的波数范围有关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用一组相关峰才可以确定确定一个官能团的存在2024/5/9 周四.红外光谱信息区红外光谱信息区常见的有机化合物基团频率出现的范围:常见的有机化合物基团频率出现的范围:37503750 670 cm670 cm-1-1依据基团的振动形式,分为八个区:依据基团的振动形式,分为八个区:(1)(1)
5、37003700 3000 cm3000 cm-1 -1 O OH H、N NH伸缩振动区(伸缩振动区(OH,NH)(2)(2)33003300 3000 cm3000 cm-1 -1 不饱和不饱和C-HC-H伸缩振动区(伸缩振动区(CH)(3)3000 2700 cm-1 饱和及醛基饱和及醛基C-HC-H伸缩振动区(伸缩振动区(CH)(4)(4)24002400 2100 cm2100 cm-1-1 三键伸缩振动区(三键伸缩振动区(CC,CN)(5)19005)1900 1650 cm1650 cm-1-1 羰基伸缩振动区(羰基伸缩振动区(CO)(6)16806)1680 1500 cm15
6、00 cm-1-1 碳碳双键伸缩振动区(碳碳双键伸缩振动区(CC)(7)14757)1475 1300 cm 1300 cm-1-1 碳氢面内弯曲振动和单键伸缩振动区碳氢面内弯曲振动和单键伸缩振动区(8)12008)1200 670 cm670 cm-1-1 碳氢面外弯曲振动区碳氢面外弯曲振动区2024/5/9 周四.二、分子结构与吸收峰二、分子结构与吸收峰1 1、0 0H H、N NH伸缩振动区(伸缩振动区(40004000 3000 cm3000 cm-1-1)基团类型基团类型 波数(波数(cmcm-1-1 )峰强度峰强度 注注 OH 3700-3200 强(特征)游离O-H 3700-3
7、500 较强、尖锐 缔合O-H 3450-3200 强、宽(特征)NH 游离N-H 3500-3300 弱而稍尖 缔合N-H 3450-3200 弱而尖 3500-3300 可变 OH -COOH 3000-2500 强而宽(特征)可超出3000cmcm-1-1 的范围的范围2024/5/9 周四.讨论:讨论:(1 1)O-HO-H伸缩振动在伸缩振动在3700-3200cm3700-3200cm-1-1区出现一强锋,它是区出现一强锋,它是判断分子中有无判断分子中有无-OH-OH的重要依据。的重要依据。(2 2)游离酚中的)游离酚中的O-HO-H伸缩振动位于伸缩振动位于3700-3500cm37
8、00-3500cm-1-1区段的低区段的低频一端,该锋锋形尖锐,且没有其他吸收的干扰(溶剂中微量频一端,该锋锋形尖锐,且没有其他吸收的干扰(溶剂中微量水吸收位于水吸收位于3710cm3710cm-1-1),因此很容易识别。),因此很容易识别。(3 3)-OH-OH基在形成氢键缔合后,偶极矩增大,因此在基在形成氢键缔合后,偶极矩增大,因此在3450-3200cm-1之间表现为一个强而宽的锋。之间表现为一个强而宽的锋。2024/5/9 周四.若形成分子内氢键,酚羟基伸缩振动谱带向低频移动更为若形成分子内氢键,酚羟基伸缩振动谱带向低频移动更为明显。例如:明显。例如:OH(cm-1)3610(游离)3
9、243 3077 (4 4)羧酸()羧酸(-COOH-COOH)中的羟基比较特殊,由于氢键缔合,通)中的羟基比较特殊,由于氢键缔合,通常以二聚体或多聚体的形式存在。吸收峰向低波数方向移动,常以二聚体或多聚体的形式存在。吸收峰向低波数方向移动,在在3000-2500cm3000-2500cm-1-1区出现一个强而宽的峰。这个峰通常和脂肪区出现一个强而宽的峰。这个峰通常和脂肪烃的烃的C-HC-H生缩振动峰重叠,只有在测定气态或非极性溶剂的稀生缩振动峰重叠,只有在测定气态或非极性溶剂的稀溶液时,方可看到游离的溶液时,方可看到游离的-OH-OH峰,在峰,在3540cm3540cm-1-1附近出现。附近
10、出现。2024/5/9 周四.(5 5)无论游离的与缔合的)无论游离的与缔合的N-HN-H,其峰强都比形成氢键缔合的,其峰强都比形成氢键缔合的-OHOH峰弱,且峰稍尖锐些。峰弱,且峰稍尖锐些。N-HN-H吸收峰的数目与氮原子上取代吸收峰的数目与氮原子上取代基的多少有关,伯胺、伯酰胺显双峰,且两峰强度近视相等;基的多少有关,伯胺、伯酰胺显双峰,且两峰强度近视相等;仲胺、仲酰胺、酰亚胺只出现一个吸收峰;叔胺、叔酰胺不仲胺、仲酰胺、酰亚胺只出现一个吸收峰;叔胺、叔酰胺不显峰。显峰。当胺成盐时,氨基转化为铵离子,当胺成盐时,氨基转化为铵离子,N-HN-H键的伸缩振动频率键的伸缩振动频率大幅度向低频位移
11、,在大幅度向低频位移,在3200-2200cm3200-2200cm-1-1范围内形成宽的谱带。范围内形成宽的谱带。伯胺盐:伯胺盐:3000-2500cm3000-2500cm-1-1,非常强,往往分裂成多重峰,非常强,往往分裂成多重峰,中心在中心在30003000cm-1,在,在20002000cm-1左右有一中等强度的尖峰。左右有一中等强度的尖峰。仲胺盐:仲胺盐:2700-2500cm-1,非常强,多重峰,非常强,多重峰 叔胺盐:叔胺盐:2700-2500cm-1,非常强,多重峰,非常强,多重峰2024/5/9 周四.2024/5/9 周四.2024/5/9 周四.2024/5/9 周四.
12、2、不饱和烃和芳烃不饱和烃和芳烃CH伸缩振动区(伸缩振动区(3300 3000 cm-1)C CH H键的类型键的类型 波数(波数(cmcm-1-1)峰强度峰强度 CC CCH H 3300 强强 Ar ArH H 3030 弱弱中中 C CC CH H 30403010 弱弱中强中强讨论:讨论:(1 1)此区是区别饱和及不饱和烃的重要区域,不饱和烃和)此区是区别饱和及不饱和烃的重要区域,不饱和烃和芳烃芳烃C-HC-H伸缩振动均在伸缩振动均在3000 cm3000 cm-1-1 以上,饱和烷烃均在以上,饱和烷烃均在3000cm3000cm-1-1以下。但也有例外,张力较大的三元环系的饱和以下。
13、但也有例外,张力较大的三元环系的饱和C-HC-H伸缩振动伸缩振动(不对称(不对称 C-HC-H)也在此区域,如环丙烷和环氧乙烷的衍生物。)也在此区域,如环丙烷和环氧乙烷的衍生物。饱和卤代烃中与卤素直接相连的饱和卤代烃中与卤素直接相连的 C-H谱带也落在该范围内。谱带也落在该范围内。2024/5/9 周四.(2 2)CCCCH H比缔合的比缔合的 O-HO-H吸收弱,比吸收弱,比 N-HN-H吸收强的尖锐谱吸收强的尖锐谱带,易与带,易与 OH、NH区分开来。区分开来。(3)芳烃)芳烃 Ar-H的特点为吸收强度比饱和烃稍弱,谱带比较的特点为吸收强度比饱和烃稍弱,谱带比较尖锐,烯烃中末端尖锐,烯烃中
14、末端 C-H的吸收出现在的吸收出现在3085cm-1附近,谱带较锐。附近,谱带较锐。2024/5/9 周四.2024/5/9 周四.3、饱和的饱和的CH和醛基的和醛基的CH伸缩振动区(伸缩振动区(3000 2700 cm-1)C CH H键的类型键的类型 波数(波数(cmcm-1-1)峰强度峰强度 -CH -CH3 3 2960 2960及及2870 2870 高强高强 -CH -CH2 2 29302930及及2850 2850 强强 -C-H 2890 -C-H 2890 中强中强 -OCH -OCH3 3 2830-2810 2830-2810 中强中强 -O-CH -O-CH2 2-O
15、-2720-2750 -O-2720-2750 中强中强 醛基醛基C-H 2780-2765 C-H 2780-2765 弱弱中中讨论:讨论:(1)-CH3、-CH2均有均有 as 及及 s,故均出现两个峰,高频峰为故均出现两个峰,高频峰为 as,低频峰为,低频峰为 s。2024/5/9 周四.2024/5/9 周四.(2)醛基上的)醛基上的C-H在在2820cm-1、2720-1处有两个吸收锋,它处有两个吸收锋,它是由是由C-H弯曲振动的倍频与弯曲振动的倍频与C-H伸缩振动之间相互作用的结果伸缩振动之间相互作用的结果(费米共振),其中(费米共振),其中2720cm-1吸收峰很尖锐,且低于其他
16、的吸收峰很尖锐,且低于其他的C-H伸缩振动吸收,易于识别,是醛基的特征吸收峰,可作为伸缩振动吸收,易于识别,是醛基的特征吸收峰,可作为分子中有醛基存在的一个依据。分子中有醛基存在的一个依据。2024/5/9 周四.(3)氧甲基()氧甲基(-OCH3)、氮甲基()、氮甲基(-NCH3)和不与芳环相)和不与芳环相连的仲胺、叔胺中的亚甲基(连的仲胺、叔胺中的亚甲基(-N-CH2-),可在),可在2850-2720cm-1范围内产生中等强度的吸收峰。范围内产生中等强度的吸收峰。(4)亚甲二氧基()亚甲二氧基(-O-CH2-O-)还有一个在)还有一个在930cm-1附近的附近的 C-O伸缩振动伸缩振动(
17、ms),所以),所以2780cm-1与与930cm-1为相关峰,为相关峰,是鉴定此基团的重要依据。是鉴定此基团的重要依据。4、三键对称伸缩振动区(三键对称伸缩振动区(2400 2100 cm-1)三键类型三键类型 波数(波数(cm-1)cm-1)峰强度峰强度 H-C H-CC-R 2140-2100 强强 R-CC-R 2260-2190 可变可变 R-CC-R 无吸收无吸收 R-CN 2260-2240 强强 R-CC-CC-R 2400-2100(出现(出现2-3个峰)个峰)弱弱中中 强强2024/5/9 周四.讨论:讨论:(1)共轭效应将使上述各峰频率略向低波数方向移动。)共轭效应将使上
18、述各峰频率略向低波数方向移动。(2)结构对称的乙炔及其他全对称的二取代物在红外光谱)结构对称的乙炔及其他全对称的二取代物在红外光谱不出现不出现 CC谱带,其振动状况只能在谱带,其振动状况只能在Raman光谱中观察。实际光谱中观察。实际上,除末端炔烃外,大多数非对称的二取代乙炔的吸收也都是上,除末端炔烃外,大多数非对称的二取代乙炔的吸收也都是很弱的。很弱的。(3)空气中的空气中的CO2对谱图会发生干扰,所以有时能看到对谱图会发生干扰,所以有时能看到2390cm-1峰,因此,在解析图谱时如有此峰须注意是否存在操峰,因此,在解析图谱时如有此峰须注意是否存在操作和调仪器的问题。作和调仪器的问题。202
19、4/5/9 周四.2024/5/9 周四.5、羰基的伸缩振动区(羰基的伸缩振动区(1900 1650 cm-1)羰基类型羰基类型 波数(波数(cm-1)cm-1)峰强度峰强度 醛(饱和)醛(饱和)1740-1720 1740-1720 强强 酸(饱和)酸(饱和)1705-1725 1705-1725 强强 酮(饱和)酮(饱和)1705-1725 1705-1725 强强 六(七)元内酯六(七)元内酯 1750-1730 1750-1730 强强 五元内酯五元内酯 1780-1760 1780-1760 强强 酯(非环状)酯(非环状)1740-1710 1740-1710 强强 酰卤酰卤 181
20、5-1720 1815-1720 强强 酸酐酸酐 1850-1800 1850-1800 强强 1780-1740 1780-1740(两峰间隔约(两峰间隔约60cm60cm-1-1)强强 酰胺(游离)酰胺(游离)1700-1680 1700-1680 强强 (缔合)(缔合)1660-1640 2024/5/9 周四.讨论:讨论:(1)共轭效应将使上述各峰频率略向低波数方向移动,吸)共轭效应将使上述各峰频率略向低波数方向移动,吸电子的诱导效应将使上述吸收峰向高波数方向移动。电子的诱导效应将使上述吸收峰向高波数方向移动。CO(cm-1)1685-1665 1725-1705 1745-1725
21、(2)羰基化合物形成氢键,不管是分子间或分子内氢键,)羰基化合物形成氢键,不管是分子间或分子内氢键,均使均使 CO吸收峰移向低波数一端。吸收峰移向低波数一端。CO(cm-1)1691 1639-16102024/5/9 周四.(3)在环酮、内酯环或内酰胺环中,随着张力的增强,吸)在环酮、内酯环或内酰胺环中,随着张力的增强,吸收峰向高频方向移动。收峰向高频方向移动。CO(cm-1)166010 1700 17456、双键的伸缩振动区(双键的伸缩振动区(1680 1500 cm-1)双键类型双键类型 波数(波数(cm-1)峰强度峰强度 C=C 1680-1620 不定不定 苯环骨架苯环骨架 162
22、0-1450 C=N 1690-1640 不定不定 N=N 1630-1575 不定不定 硝基硝基 1590-1510 强强 1390-1350 强(稍弱)强(稍弱)2024/5/9 周四.讨论:讨论:(1)分子比较对称时,)分子比较对称时,C=C峰很弱,当个相邻基团相差比峰很弱,当个相邻基团相差比较大时,则峰增强,相差越大,峰愈强。顺式异构体独有较强较大时,则峰增强,相差越大,峰愈强。顺式异构体独有较强的的C=C峰,而反式异构体的峰,而反式异构体的C=C峰较弱或无吸收。峰较弱或无吸收。(2)C=C吸收的频率区段虽与吸收的频率区段虽与C=O吸收重叠,但因吸收重叠,但因C=O偶偶极矩大,吸收峰特
23、强,可以与之区别。但当双键与氧联接成烯极矩大,吸收峰特强,可以与之区别。但当双键与氧联接成烯醚醚-C=C-OR、烯醇、烯醇-C=C-OH或烯醇酯或烯醇酯-C=C-OCOR等结构时,等结构时,则则 CC的吸收强度大大加强。的吸收强度大大加强。(3)共轭多烯可以发生)共轭多烯可以发生C=C键的振动偶合,如异戊二烯的键的振动偶合,如异戊二烯的IR光谱在光谱在1640cm-1出现一个很弱的谱带为对称振动偶合,在出现一个很弱的谱带为对称振动偶合,在1598cm-1出现一个强的谱带为不对称的振动偶合,后者为鉴定出现一个强的谱带为不对称的振动偶合,后者为鉴定共轭二烯的特征峰。共轭二烯的特征峰。2024/5/
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