紅外吸收光譜分析infrared

1、第十章 紅外吸收光譜分析infrared absorption spec-troscopy，IR第一節(jié) 紅外光譜分析基本原理principle of IR一、概述 introduction分子中基團(tuán)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生：振-轉(zhuǎn)光譜輻射分子振動(dòng)能級(jí)躍遷紅外光譜官能團(tuán)分子結(jié)構(gòu)近紅外區(qū)中紅外區(qū)遠(yuǎn)紅外區(qū)紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)紅外光譜圖：縱坐標(biāo)為吸收強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng) （ mm ）和波數(shù)1/，單位：cm-1可以用峰數(shù)，峰位，峰形，峰強(qiáng)來(lái)描述。應(yīng)用：有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析。定性：基團(tuán)的特征吸收頻率；定量：特征峰的強(qiáng)度；二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件 condition of Infrared absorp

2、tion spectroscopy滿(mǎn)足兩個(gè)條件： (1)輻射應(yīng)具有能滿(mǎn)足物質(zhì)產(chǎn)生振動(dòng)躍遷所需的能量； (2)輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。對(duì)稱(chēng)分子：沒(méi)有偶極矩，輻射不能引起共振，無(wú)紅外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非對(duì)稱(chēng)分子：有偶極矩，紅外活性。 偶極子在交變電場(chǎng)中的作用示意圖分子振動(dòng)方程式雙原子分子的簡(jiǎn)諧振動(dòng)及其頻率化學(xué)鍵的振動(dòng)類(lèi)似于連接兩個(gè)小球的彈簧分子的振動(dòng)能級(jí)（量子化）： E振=（V+1/2）hnV ：化學(xué)鍵的 振動(dòng)頻率；n：振動(dòng)量子數(shù)。任意兩個(gè)相鄰的能級(jí)間的能量差為：K化學(xué)鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長(zhǎng)有關(guān)， m為雙原子的折合質(zhì)量 m =m1m2/（m1+m2） 發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷需要

3、能量的大小取決于鍵兩端原子的折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。表 某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達(dá)因/埃）鍵類(lèi)型 CºC > C =C > C C 力常數(shù) 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位 4.5mm 6.0 mm 7.0 mm 化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)K越大）原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。例題: 由表中查知C=C鍵的K=9.5 9.9 ,令其為9.6, 計(jì)算波數(shù)值。正己烯中C=C鍵伸縮振動(dòng)頻率實(shí)測(cè)值為1652 cm-1三、分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式basic vibration of the group in mol

4、ecular1兩類(lèi)基本振動(dòng)形式伸縮振動(dòng) 亞甲基：變形振動(dòng) 亞甲基甲基的振動(dòng)形式伸縮振動(dòng) 甲基： 對(duì)稱(chēng) 不對(duì)稱(chēng)s(CH3) as(CH3)2870 -1 2960-1變形振動(dòng) 甲基 對(duì)稱(chēng)s(CH3)1380-1 不對(duì)稱(chēng)as(CH3)1460-1峰位、峰數(shù)與峰強(qiáng)（1）峰位 化學(xué)鍵的力常數(shù)K越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長(zhǎng)區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長(zhǎng)區(qū)）。例水分子（非對(duì)稱(chēng)分子）（2）峰數(shù) 峰數(shù)與分子自由度有關(guān)。無(wú)瞬間偶基距變化時(shí)，無(wú)紅外吸收。（3）瞬間偶基距變化大，吸收峰強(qiáng)；鍵兩端原子電負(fù)性相差越大（極性越大），吸收峰越強(qiáng)；例2CO2分子（有一種振動(dòng)無(wú)紅外活性）（4）由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的吸收峰，基頻峰；（5）由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)弱的吸收峰，倍頻峰；四、紅外吸收峰強(qiáng)度intensity of Infrared absorption bend 問(wèn)題：C=O 強(qiáng)；C=C 弱；為什么？吸收峰強(qiáng)度®躍遷幾率®偶極矩變化吸收峰強(qiáng)度 µ 偶極矩的平方偶極矩變化