有機(jī)物波譜分析剖析

1、本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)初步了解紅外光譜產(chǎn)生的原理和條件初步了解紅外光譜產(chǎn)生的原理和條件，理解理解鍵能和原子質(zhì)量與吸收頻率的關(guān)系鍵能和原子質(zhì)量與吸收頻率的關(guān)系,初步認(rèn)初步認(rèn)識一些化合物基團(tuán)的特征吸收峰識一些化合物基團(tuán)的特征吸收峰.2 了解化學(xué)位移的定義及表達(dá)方式了解化學(xué)位移的定義及表達(dá)方式,掌握電掌握電負(fù)性對化學(xué)位移的影響負(fù)性對化學(xué)位移的影響,掌握峰面積與氫原掌握峰面積與氫原子個(gè)數(shù)的關(guān)系子個(gè)數(shù)的關(guān)系,掌握自旋裂分的掌握自旋裂分的(n+1)規(guī)則規(guī)則分子吸收光譜分子吸收光譜 分子吸收幅射，就獲得能量，分子獲得能量后，分子吸收幅射，就獲得能量，分子獲得能量后，可以增加原子的轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)，或激發(fā)電子到較高的可以

2、增加原子的轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)，或激發(fā)電子到較高的能級。但它們是量子化的，因此只有光子的能量恰能級。但它們是量子化的，因此只有光子的能量恰等于兩個(gè)能級之間的能量差時(shí)（即等于兩個(gè)能級之間的能量差時(shí)（即E）才能被吸收。）才能被吸收。所以對于某一分子來說，只能吸收某一特定頻率的所以對于某一分子來說，只能吸收某一特定頻率的輻射，從而引起分子轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)能級的變化，或使輻射，從而引起分子轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)能級的變化，或使電子激發(fā)到較高的能級，產(chǎn)生特征的分子光譜。這電子激發(fā)到較高的能級，產(chǎn)生特征的分子光譜。這樣的分子光譜就叫分子吸收光譜。樣的分子光譜就叫分子吸收光譜。光的能量光的能量 E=h=hc/ h-普郎克常數(shù)（普郎克常

3、數(shù)（6.62610-34J.S） 波長與頻率的關(guān)系為：波長與頻率的關(guān)系為： = c /200nm400nm800nm2.5m25m紫外及可見光紅外光微波、電視波無線電波X射線60MHz600MHz200800nm:引起電子運(yùn)動(dòng)能級躍遷，得到紫外及可見光譜；引起電子運(yùn)動(dòng)能級躍遷，得到紫外及可見光譜；2.5-25m:引起分子振、轉(zhuǎn)能級躍遷，得到紅外光譜；引起分子振、轉(zhuǎn)能級躍遷，得到紅外光譜； 60-600MHz:核在外加磁場中取向能級躍遷，得到核磁共振譜。核在外加磁場中取向能級躍遷，得到核磁共振譜。分子運(yùn)動(dòng)能級分子運(yùn)動(dòng)能級E電子躍遷E轉(zhuǎn)E振E振E振E轉(zhuǎn)E轉(zhuǎn)（1）轉(zhuǎn)動(dòng)光譜）轉(zhuǎn)動(dòng)光譜轉(zhuǎn)動(dòng)能級之間的能量

4、差很小，轉(zhuǎn)動(dòng)能級之間的能量差很小，位于遠(yuǎn)紅外及微波區(qū)內(nèi)，在有位于遠(yuǎn)紅外及微波區(qū)內(nèi)，在有機(jī)化學(xué)中用處不大。機(jī)化學(xué)中用處不大。（2）振動(dòng)光譜）振動(dòng)光譜吸收波長大多位于吸收波長大多位于2.525m內(nèi)內(nèi)(中紅外區(qū)內(nèi)中紅外區(qū)內(nèi)),因此稱為紅因此稱為紅外光譜。外光譜。（3）電子光譜）電子光譜吸收波長在吸收波長在100400nm，為紫外光譜。，為紫外光譜。/m0.82.550100012500400020010/cm-1可見光微波近中遠(yuǎn)分子躍遷類型分子振動(dòng)分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)晶格振動(dòng)和純轉(zhuǎn)動(dòng)泛頻、倍頻適用范圍有機(jī)官能團(tuán)定量分析有機(jī)分子結(jié)構(gòu)分析有機(jī)分子結(jié)構(gòu)分析和樣品成分分析和樣品成分分析無機(jī)礦物和金屬有機(jī)物紅

5、外光譜法主要討論有機(jī)物對中紅區(qū)的吸收。紅外光譜法主要討論有機(jī)物對中紅區(qū)的吸收。 6.1.1 紅外光譜產(chǎn)生的原理紅外光譜產(chǎn)生的原理O C O無紅外吸收H HO有紅外吸收CH3 C C CH3CH3-CH2-C C-H-C C-有無-C C-CS2、CCl4等對稱分子的等對稱分子的IR譜圖特別簡單譜圖特別簡單,可用作可用作IR溶劑。溶劑。 一般情況下，一張紅外光譜圖有一般情況下，一張紅外光譜圖有530個(gè)吸收峰。個(gè)吸收峰。分子振動(dòng)伸縮振動(dòng)彎曲振動(dòng)剪動(dòng)煽動(dòng)波數(shù)高波數(shù)低（）（動(dòng)扭()sas(s)(w)(t)搖動(dòng)(r)面內(nèi)面外(6.1.3 分子中原子的振動(dòng)類型與化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率分子中原子的振動(dòng)類型與化學(xué)鍵

6、的振動(dòng)頻率紅外光譜中，頻率常用波數(shù)表示。紅外光譜中，頻率常用波數(shù)表示。波長與頻率的關(guān)系為：波長與頻率的關(guān)系為： = c /波數(shù)波數(shù)每厘米中振動(dòng)的次數(shù)。波數(shù)與波長互為倒數(shù)。每厘米中振動(dòng)的次數(shù)。波數(shù)與波長互為倒數(shù)。 )11(2121mmk41011mcm (1cm=104m) (2) 振動(dòng)方程振動(dòng)方程若將頻率采用波數(shù)表示，若將頻率采用波數(shù)表示，Hookes rule則可表示為：則可表示為： )11(2121mmkc振動(dòng)方程振動(dòng)方程式中：式中： k 化學(xué)鍵的力常數(shù)；化學(xué)鍵的力常數(shù)； m 成鍵原子的質(zhì)量。成鍵原子的質(zhì)量。 不同分子的結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)鍵的力常數(shù)不同，不同分子的結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)鍵的力常數(shù)不同，

7、成鍵原子的質(zhì)量不同，導(dǎo)致振動(dòng)頻率不同。成鍵原子的質(zhì)量不同，導(dǎo)致振動(dòng)頻率不同。 用紅外光照射有機(jī)分子，樣品將選擇性地吸收用紅外光照射有機(jī)分子，樣品將選擇性地吸收那些與其振動(dòng)頻率相匹配的波段，從而產(chǎn)生紅外那些與其振動(dòng)頻率相匹配的波段，從而產(chǎn)生紅外光譜。光譜。鍵的類型鍵的類型CCC=CCCK/1010Ncm-1121881246/ cm-121002260162016807001200成鍵原子的質(zhì)量成鍵原子的質(zhì)量m1或或m2，則，則或或。例如：。例如： 化學(xué)鍵化學(xué)鍵CHCNCO/ cm-1285329601180136010801300CH2OH 3300 2800 cm-1：C-H （以（以300

8、0 cm-1為界：為界： 高于高于3000 cm-1為為C-H（不飽和）（不飽和），低于，低于3000 cm-1為為C-H飽和）飽和） 例：十二烷、十二烷、1-癸烯、癸烯、1-己炔、甲苯己炔、甲苯的IR譜圖CH3 2200 cm-1：CN、CC（中等強(qiáng)度，尖峰） 例：1-辛炔、辛炔、2-辛炔、環(huán)戊基腈辛炔、環(huán)戊基腈的IR譜圖CH3CH2CH2CH2CH2CH2CCHCH3CH2CH2CH2CH2CCCH3CH3CCH2CH2CH3OOCCH3OCCH3O 1650 1600 cm-1 ：CC(越不對稱，吸收越強(qiáng)) 例：1-癸烯、癸烯、 1-辛烯辛烯的IR譜圖。1-癸烯癸烯CH3CH2CH2CH

9、2CH2CH2CH=CH2 1600、1500、1580、1460 ：苯環(huán)苯環(huán)（苯環(huán)呼吸振動(dòng)） 例：甲苯、苯酚甲苯、苯酚的IR譜圖。 1500 cm-1以下：單鍵區(qū)。 1450 cm-1：CH2、CH3； 1380 cm-1：CH3 （診斷價(jià)值高） 例：CH3CH2CH(CH3)CH2CH3 、十二烷、十二烷的IR譜圖。 1000 cm-1以下，苯環(huán)及雙鍵苯環(huán)及雙鍵上CH面外彎曲彎曲振動(dòng)振動(dòng) 苯環(huán)上五氫相連（單取代）：苯環(huán)上五氫相連（單取代）：700、750 cm-1 例：苯酚的IR四氫相連（鄰二取代）：四氫相連（鄰二取代）：770730 cm-1 例：鄰二甲苯三氫相連（間二取代）：三氫相連（間二取代）：700、780cm-1 例：間二甲苯的IRCH3CH3二氫相連（對二取代）：二氫相連（對二取代）：840800cm-1 例：對二甲苯的IRC CH HC CH H 2 29 99 90 0，9 91 10 0c cm m- -1 16 69 90 09 97 70 09 91 10 08 82 20 0鍵鍵上上：雙雙C CC CH H 2 2H HH HH HH HH H- -1 1c cm m- -1 1c cm m- -1 1c