红外与拉曼光谱.PPT

1红外与拉曼光谱红外与拉曼光谱Infrared Absorption spectroscopyRaman spectroscopy2学时安排学时安排l9学时l基本原理，谱仪与实验技术l特征官能团的特征谱带l谱图解析与应用3红外光谱概述红外光谱概述l分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱4红外光谱与有机化合物结构红外光谱与有机化合物结构红外光谱图红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长（m）和波数1/单位：cm-1应用：应用：有机化合物的结构解析。定性：定性：基团的特征吸收频率；定量：定量：特征峰的强度；5红外光谱产生的条件红外光谱产生的条件 (1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非对称分子非对称分子：有偶极矩，红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图6分子振动方程式分子振动方程式化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧任意两个相邻的能级间的能量差为：kkkhhE13072112K化学键的力常数,为双原子的折合质量为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）7表表 某些键的伸缩力常数（毫达因某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）埃）键类型键类型:C C C=C C C 力常数力常数:15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位:4.5 m 6.0 m 7.0 m 化学键键强越强（即键的力常数化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越越大）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。小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。8 例题例题:由表中查知由表中查知C=C键的键的k=9.5 9.9,令其令其为为9.6,计算波数值计算波数值正己烯中正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为键伸缩振动频率实测值为1652 cm-11cm16502/126.913071307211kkv9分子中基团的基本振动形式分子中基团的基本振动形式1两类基本振动形式伸缩振动伸缩振动 亚甲基：亚甲基：变形振动变形振动 亚甲基亚甲基10伸缩振动伸缩振动 甲基：甲基：变形振动变形振动 甲基甲基对称对称s s(CH(CH3 3)1380)1380-1-1 不不对称对称asas(CH(CH3 3)1460)1460-1-1对称对称 不对称不对称s s(CH(CH3 3)2870-1 asas(CH(CH3 3)2960)2960-1-1甲基的振动形式甲基的振动形式11分子中基团的基本振动形式分子中基团的基本振动形式例水分子例水分子（1）峰位）峰位 化学键的力常数化学键的力常数k 越大，原子折合质量越小，键越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波反之，出现在低波数区（高波长区）。长区）。（2）峰数）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。无红外吸收。12CO2分子分子（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；频峰；（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；倍频峰；（3）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；差越大（极性越大），吸收峰越强；13红外吸收峰强度红外吸收峰强度l问题问题：C=O 强；强；C=C 弱；为什么？弱；为什么？l吸收峰强度吸收峰强度跃迁几率跃迁几率偶极矩变化偶极矩变化l吸收峰强度吸收峰强度 偶极矩的平方偶极矩的平方l偶极矩变化偶极矩变化结构对称性；结构对称性；l对称性差对称性差偶极矩变化大偶极矩变化大吸收峰强度大吸收峰强度大l符号：符号：s(强强)；m(中中)；w(弱弱)l红外吸收峰强度比紫外吸收峰小红外吸收峰强度比紫外吸收峰小23个数量个数量级；级；14影响峰位变化的因素影响峰位变化的因素l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。各种化合物中相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。15 1 1内部因素内部因素 （1）电子效应）电子效应a诱导效应诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（兰移）R-COR C=0 1715cm-1 ;R-COH C=0 1730cm-1；R-COCl C=0 1800cm-1 ;R-COF C=0 1920cm-1 ;F-COF C=0 1920cm-1 ;R-CONH2 C=0 1928cm-1 ;影响峰位变化的因素影响峰位变化的因素-电子效应电子效应16影响峰位变化的因素影响峰位变化的因素-电子效应电子效应COH3CCH3COCH3COCH3CO1715168516851660cm-1cm-1cm-1cm-1共轭效应17l场效应；空间位阻；环张力影响峰位变化的因素影响峰位变化的因素-空间效应空间效应C HC HC HC H1576cm-11611cm-11644cm-11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-1C H3060-3030 cm-12900-2800 cm-12222182外部因素：氢键效应,氢键(分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动。影响峰位变化的因素影响峰位变化的因素-氢键效应氢键效应OCH3OCOH3CHHO3705-31252835O-H伸 缩RHNORNHOHHC=ON-HN-H伸缩伸缩变形游离氢键16903500165034001620-15901650-162019干涉仪干涉仪光源光源样品室样品室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTS傅里叶变换红外光谱仪结构框图傅里叶变换红外光谱仪结构框图20制样方法制样方法1）气体）气体气体池气体池2）液体：）液体：液膜法液膜法难挥发液体（难挥发液体（bp80 C）溶液法溶液法液体池液体池溶剂：溶剂：CCl4，CS2常用。常用。研糊法（液体石腊法）研糊法（液体石腊法）KBr压片法压片法薄膜法薄膜法