红外光谱与分子结构的关系.ppt
2023/10/4,第十章 红外光谱法和激光拉曼光谱法,10.3.1 典型有机化合物的红外光谱1影响频率位移的因素,第三节 红外光谱与分子结构的关系,Infraredspectroscopy and Laser Raman spectroscopy,Relation of Infrared spectrograph and molecule structure,2023/10/4,1 典型有机化合物的红外光谱,一、饱和烃及其衍生物1烷烃（CH3，CH2，CH）(CC,CH),(CH2)nn,CH2 s1465 cm-1,CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）,重叠,2023/10/4,3,由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。,2023/10/4,(1)CH2面外变形振动(CH2)n，证明长碳链的存在。,n=1，770785 cm-1（中）；n=2，740 750 cm-1（中）；n=3，730 740 cm-1（中）；n，722 cm-1（中强）。,(2)CH2和CH3的相对含量也可以由1460 cm-1和1380 cm-1的峰 强度估算强度。,2023/10/4,(CH2)n（n4）时水平摇摆振动720 cm-1附近产生吸收峰。,变形振动1380 cm-1吸收峰裂分；强度相等；有异丙基存在。,2023/10/4,2.醇（OH）O H，C O,(1)OH 伸缩振动(3600 cm-1)(2)碳氧伸缩振动(1100 cm-1),2023/10/4,OH 基团特性：,双分子缔合（二聚体）35503450 cm-1多分子缔合（多聚体）34003200 cm-1,分子内氢键：,分子间氢键：,多元醇（如1,2-二醇）36003500 cm-1螯合键（和C=O，NO2等）32003500 cm-1多分子缔合（多聚体）34003200 cm-1,分子间氢键随浓度而变，而分子内氢键不随浓度而变。,水(溶液)：3710 cm-1水(固体)：3300 cm-1结晶水：36003450 cm-1,2023/10/4,3515cm-1,3640cm-1,3350cm-1,不同浓度的乙醇-四氯化碳溶液IR图,2950cm-1,2895 cm-1,2023/10/4,2023/10/4,伯OH 1030 cm-1,2023/10/4,脂族和环的COC as 11501070cm-1,芳族和乙烯基的=COC,as 12751200cm-1（1250 cm-1）,s 10751020cm-1,3.醚（COC）,脂族 ROCH3 s(CH3)28302815cm-1 芳族 ArOCH3 s(CH3)2850cm-1,2023/10/4,伯胺 RNH2和ArNH2的NH伸缩振动产生双峰,as 3500cm-1,s 3400cm-1,4.胺（N-H）,仲胺为单峰，RNHR：33503310cm-1 ArNHR：3450cm-1,变形振动（NH2）：15601640cm-1和650900cm-1,脂肪胺(CN)：10301203cm-1芳香胺(CN)：12501360cm-1 1384,1367cm-1异丙基存在,2023/10/4,二、烯烃与炔烃,1.CH 伸缩振动(3000 cm-1),2023/10/4,2.C=C 伸缩振动(16801630 cm-1),1660cm-1,分界线,2023/10/4,分界线1660 cm-1。顺强，反弱。四取代（不与O，N等相连）无(C=C)峰。端烯的强度强。共轭使(C=C)下降2030 cm-1。,21402100cm-1（弱）22602190 cm-1（弱）,总结,2023/10/4,3.=CH 变形振动(1000700 cm-1),面内变形（=CH）14001420 cm-1（弱）面外变形（=CH）1000700 cm-1（有价值）,2023/10/4,谱图,2023/10/4,2023/10/4,对比,烯烃顺反异构体，1660 cm-1，顺强反弱。,2023/10/4,三、芳烃,1.CH 伸缩振动(3000 cm-1),2.芳环骨架（C=C）:1600 cm-1和1500 cm-1 与C=O，C=C，NO2等共轭时，1600 cm-1裂分为1600 cm-1和1580 cm-1；强度增加。,2023/10/4,3.ArH面外变形振动：650900cm-1(较强)。谱峰数目只与取代情况有关而与取代基种类无关。4.16502000cm-1出现由26个峰组成的特征峰群，此倍频区峰的形状与特定的取代类型相关联。,2023/10/4,二甲苯三种异构体的红外光谱图,2023/10/4,四、羰基化合物,最大特征:(C=O)15801928 cm-1(强)（常见16501850 cm-1）,酰胺 酮 醛 酯 酸 酸酐,共轭效应使（C=O）向低波数位移；诱导效应使（C=O）向高波数位移。注意：波数-波长-能量之间的关系。,/cm-1：1680 1715 1725 1735 1760 1817,2023/10/4,1.酮,酮羰基(CO)：17101715 cm-1。羰基如果和烯键C=C共轭，羰基(CO)将移向低频16601680 cm-1附近。,2023/10/4,2.醛,特征1：醛羰基(CO)：1725 cm-1。特征2：2820 cm-1 和 2720 cm-1 弱的双峰。,2023/10/4,2023/10/4,3羧酸,(C=O)、(O-H)和(O-H)是红外光谱中识别羧酸的主要系列峰。,2023/10/4,4酯,(1)（CO）：1735 cm-1特征吸收峰。(2)13001030 cm-1的强吸收峰，二个峰。COC基团的不对称和对称伸缩振动；不对称伸缩振动的谱带强且宽，称为酯谱带。,2023/10/4,酰胺,游离伯酰胺：(NH)在3500 cm-1和3400 cm-1双峰；游离仲酰胺：(NH)在3450 cm-1出现单峰；缔合的伯酰胺：(NH)在33503100 cm-1产生几个峰；缔合的仲酰胺：(NH)在3300 cm-1出现吸收峰。,NH的面外变形振动在700 cm-1产生强而宽的谱带。,2023/10/4,酰胺的红外光谱图,2023/10/4,酸酐和酰氯的红外光谱图,2023/10/4,五、腈基CN 化合物,CN22402260cm-1,2023/10/4,六、硝基化合物,as（N=O）=15651545cm-1,s（N=O）=13851350cm-1,脂肪族,芳香族,s（N=O）=13651290cm-1,as（N=O）=15501500cm-1,2023/10/4,一、外部因素状态、粒度、溶剂、重结晶条件及制样等。外部因素的影响将使红外吸收频率产生较大改变。1.物理状态的影响,1影响频率位移的因素,气态分子：分子间作用力弱，分子可自由旋转，测得的频率最高。丙酮：气态 C=O 1742cm-1；液态 C=O 1718cm-1 羧酸：气态，单体 C=O 1780cm-1；二聚体 C=O 1730cm-1 纯液体二聚体 C=O 1712cm-1,2023/10/4,例：羧酸（COOH）非极性溶剂（CCl4，CS2），单体：C=O 1762 cm-1 极性溶剂，乙醚中：C=O 1735 cm-1 乙醇中：C=O 1720 cm-1,2.溶剂的影响,规律：极性基团（OH,NH,C=O,CN）的伸缩振动频率随溶剂极性增大（相互作用增强）而向低波数方向移动，且强度增大。变形振动则向高波数方向移动。,2023/10/4,1.电子效应(1)诱导效应(I效应)吸电子基团使吸收峰向高波数方向移动(兰移)。,二、内部因素,2023/10/4,(2)共轭效应（C效应）,共轭体系中的电子云密度趋于平均化，双键略有伸长(即电子云密度降低)、力常数减小，吸收频率向低波数方向移动。,2023/10/4,(3)中介效应（M效应）,当含有孤对电子的原子与具有多重键的原子相连时，也可引起类似的共轭作用(n-共轭，形成共振结构)，引起的基团特征频率位移。例：酰胺分子中存在的共振结构,电子云更移向氧原子，双键的电子云密度平均化，力常数下降，吸收频率向低波数位移。,2023/10/4,.空间位阻效应,空间位阻变大，使羰基不能与环己烯中的双键很好地共平面，使共轭不完全，所以向高波数位移。,空间位阻使分子间不易形成氢键。下例中羟基伸缩振动随着空间位阻变大向高波数位移。,2023/10/4,3.环张力效应,环越小张力效应越大。,环丙烷的环张力大，CH2伸缩振动的波数比链烷烃的高。,环酮中羰基伸缩振动随着环张力变大向高波数位移。,2023/10/4,环张力对CC伸缩振动频率的影响,双键在环内，环越小环张力越大，碳碳双键伸缩振动频率越小；双键在环外，环越小环张力越大，碳碳双键伸缩振动频率越大。两者相反。,2023/10/4,4.氢键效应,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。,2023/10/4,5.振动的偶合效应,当两个化学键或基团的振动频率相近(或相等)，位置上又直接相连或相接近时，原谱带裂分成两个峰，一个频率比原来高，另一个则低。,2023/10/4,内容选择：,结束,10.1 红外光谱分析基础 10.2 红外光谱仪 10.3 红外光谱与分子结构的关系 10.4 红外光谱的应用 10.5 激光拉曼光谱法,
