6.1红外光谱（课件）《有机化学（第四版）》同步教学（大连理工版·2015）

6.1　红外光谱 上 页 下页 末页 首 页 结 束 6.1 红外光谱（IR） 6.1.1 基本原理 1 电磁波的概念 ⑴ 基本参数 波长λ——两个波峰或波谷之间的距离，单位cm,nm, μm； 频率ν——每秒中通过A点的数目，单位Hz； 波数σ——1 ㎝中波峰或波谷的数目，单位㎝－1； 光速c——3×1010 ㎝·s－1。 上 页 下页 末页 首 页 结 束 ⑵ 光的波粒二象性 h——普朗克常数，6.63×10-34 J·s； E——光或电磁波的能量，单位 J。 光的波动性 光的粒子性 波长λ越短，频率ν越高，能量E越大 上 页 下页 末页 首 页 结 束 (3) 测定物质吸收光的频率可以表征分子结构的基本原理 物质的分子中的原子、电子、原子核等是运动着的，不同的质点运动状态不同，具有不同的能量，能量差是量子化的。用电磁波辐射物质时，分子吸收电磁波，获得能量，改变运动状态。 因此，分子不同质点运动状态改变，只能吸收具有相应能量的波，即吸收一定频率的波。换句话说，分子吸收波的频率，反映了分子内质点的种类和运动状态。 上 页 下页 末页 首 页 结 束 运动质点的种类、运动状态和所吸收的电磁波频率间的粗略关系如下图所示。 上 页 下页 末页 首 页 结 束 （4）红外光谱（IR） 用具有连续波长的红外光照射物质，使物质吸收红外光，由物质分子的振动-转动能级跃迁所产生的光谱叫红外光谱，又叫振-转光谱。有振动必有转动，故又叫振-动光谱。 红外光谱仪： 用来测定红外光谱的仪器，使用的波数范围为400~4000 cm-1 。 上 页 下页 末页 首 页 结 束 2 分子振动的类型 (1)    伸缩振动 分子由原子组成，原子与原子之间由电子云形成化学键。 如HCl，建立模型： H—Cl R—OH 若力和位移符合虎克定律，即f = kΔx，则这种振动称为简谐振动，是指无阻力的周期性线性振动。 H Cl 上 页 下页 末页 首 页 结 束 红外光也是一种电磁波，常按波长分为三个区域： λ/μm σ/ ㎝-1 近红外光区 0.76～2.5 13158～4000 中红外光区 2.5～25 4000～400 远红外光区 25～1000 400～10 中红外光区能使分子的振动和转动能级发生变化，即物 质分子的振动-转动能级发生跃迁。 绝大多数有机物和无机物的化学键（基频）吸收均出现 在中红外光区，所以中红外光区是人们研究最多的区域，在 结构与组成分析中最重要。 上 页 下页 末页 首 页 结 束 m1、 m2 ——成键两原子的相对质量； k——成键两原子间键的力常数。 单键：kC—C = 4~6 N·cm－1 双键：kC═C = 8~12 N·cm－1 叁键：kC≡C = 12~18 N·cm－1 简谐振动的振动频率 上 页 下页 末页 首 页 结 束 ①对称伸缩振动(νs) ②不对称伸缩振动(νas) 特点：键角不变、键长变。 2853 cm-1 2926 cm-1 上 页 下页 末页 首 页 结 束 例1 计算C─C的σ、 C═C的σ、 C≡C的σ。 已知 kC─C=5 N/㎝，kC═C=10 N/㎝， kC≡C=15.8 N/㎝。 解 (1) C─C的σ (2) C ═ C的σ (3) C ≡ C的σ 结论：同类原子随k↑，σ↑ 上 页 下页 末页 首 页 结 束 例2 计算C═O的σ，并判断σC═O和σC—O的大小。 已知k C═O =12 N/㎝。 解 因m1、m2相同，kC═O > kC—O，故σC═O>σC—O。 例3 计算C—H的σ。已知kC—H=5 N/㎝。 虽然kC≡C是kC—H的3倍，但因H的m=1，故σC—H>σC≡C。 解 上 页 下页 末页 首 页 结 束 通过计算可得出不同的化学键振动频率(cm-1)： H—O 3590～3650 H—N 3300～3500 H—C 2853～2960 C—O 1080～1300 C—N 1180～1360 C—C 700～1200 C—C 700～1200 C═C 1620～1680 C≡C 2100～2260 C—O 1080～1300 C═O 1680～1750 同一分子中不同化学键的振动