IR简述分子的振动方式ppt课件.ppt

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1、,对称伸缩振动,2.1.1 分子的振动方式,伸缩振动改变键长,不对称伸缩振动,分子的振动方式,伸缩振动改变键长,分子的振动方式,平面箭式弯曲振动,弯曲振动改变键角,平面摇摆弯曲振动,分子的振动方式,弯曲振动改变键角,平面外摇摆弯曲振动,分子的振动方式,弯曲振动改变键角,平面外扭曲弯曲振动,分子的振动方式,弯曲振动改变键角,对称伸缩振动， =0，红外“非活性”振动,反对称伸缩振动， 0，红外“活性”振动,IR选律,红外谱图的峰数：,由n个原子组成的分子有3n-6个(线性分子为3n-5)振动模式即有3n-6个吸收带。 例：HCl 自由度=32-5=1 只有一个伸缩振动 H2O 自由度=33-6=3

2、 有三个基本振动模式 C6H6自由度=312-6=30 有30个基本振动模式,2.2 红外谱图的峰数、峰位与峰强,吸收峰增多的原因,倍频峰：由基态跃迁到所产生的吸收峰。 合频峰：两峰的加合产生的峰。 差频峰：两峰的相减产生的峰。 Fermi共振：倍频(或组合频)附近有较强的基频峰时由于其相互作用而加强或产生峰的分裂 。,对称分子在振动过程中不发生偶极极矩的变化 频率完全相同的振动彼此发生简并。 强宽峰覆盖与它频率相近的弱而窄的吸收峰。 吸收强度太弱，以致无法测定。 吸收在中红外区之外。,吸收峰减少的原因,红外谱图的峰强,振动跃迁过程中偶极矩的变化。 化学键两端连接的原子电负性差别大，则伸缩振动

3、时引起的峰也越强。 振动形式不同对分子的电荷分布影响不同 分子对称性越高，峰越弱 Fermi共振、氢键的形成等都使峰增强。 能级跃迁的几率 样品的光度加大，跃迁几率增加，吸收峰增强。 基频峰强于倍频峰。,分子的振动频率决定分子基团吸收的红外光频率，即红外吸收位置。,或,K为双原子形成的化学键力常数,m1和m2分别为质量两个原子 相对原子,振动频率,与,原子的质量,化学键强度,有关,红外谱图的峰位,Infrared Absorption Spectroscopy,红外吸收光谱(IR),红外光谱和分子结构,4000-2500cm-1,羟基： 吸收在3200-3650cm-1范围。游离羟基吸收在较高

4、波数，峰形尖锐。当缔合形成以氢键相连的多聚体时，键力常数下降，吸收位置移向较低波数，峰形宽而钝。,2.3红外光谱特征基团的吸收频率,4000-2500cm-1,胺基： 胺基的红外吸收与羟基类似，游离胺基的红外吸收在3300-3500cm-1范围，缔合后吸收位置降低约100cm-1。 伯胺两个吸收峰，仲胺只有一个吸收峰，叔胺因氮上无氢，在此区域没有吸收。芳香仲胺吸收峰比相应的脂肪仲胺波数偏高。,4000-2500cm-1,烃基： 不饱和碳(双键及苯环)的碳氢伸缩振动频率大于3000cm-1 ，饱和碳(三员环除外)的碳氢伸缩振动频率低于3000cm-1， 叁键碳的碳氢吸收峰在3300cm-1 ，峰

5、很尖锐。,饱和碳的碳氢伸缩振动一般可见四个吸收峰。 2960cm-1(as) 2870cm-1(s),属CH3,2925cm-1(as) 2850cm-1(s),属CH2,由两组峰的强度可大致判断CH2和CH3的比例,3000cm-1附近是否有吸收峰可用于有机物和无机物的区分,2500-2000cm-1,叁键和累积双键的伸缩振动区，此区域内任何小的吸收 峰都 应收起注意，它们都能提供结构信息。,2000-1500cm-1,双键的伸缩振动，是红外谱图中很重要的区域。 区域内最重要的是羰基的吸收。,诱导效应,1715cm-1,1800cm-1,1812cm-1,卤素的吸电子作用使羰基的双键性增加,

6、1850cm-1,1730cm-1,1740cm-1,(+I),(-IC),(-I),双键性增加，频率增加,双键性减小，频率减小,共轭效应,1715cm-1,1675cm-1,1690cm-1,羰基与别的双键共轭减小了双键的键级使其双键性降低振动频率降低,1690cm-1,1680cm-1,(C -I),2255cm-1,2221cm-1,2221cm-1 非共轭约1637cm-1,共轭效应,共轭效应,(-I),(-I+C),(-I),(+C),(C -I),(+C),cm-1,cm-1,cm-1,cm-1,观察到C=O有两个基频吸收带，1720cm-1 (与丙酮羰基接近)和1750 cm-1

7、 。场效应使羰基的极性降低，双键性增强，吸收向高波数位移。,场效应,溴取代基为直立键时场效应微弱；当溴取代基为平伏键时溴原子与羰基氧原子空间接近，电子云互相排斥，产生相反的诱导极化，使溴原子与羰基氧原子的负电荷相应减小羰基极性降低，双键性增强吸收向高波数位移。,场效应卤代酮效应,cm-1,cm-1,cm-1,环的张力,脂环酮羰基的吸收： 六员环 五员环 四员环 三员环 1715cm-1 1745cm-1 1780cm-1 1850cm-1 脂环上CH2的吸收： 环己烷 环丙烷 2925cm-1 3050cm-1 环的张力加大时，环上有关官能团的吸收频率上升,空间障碍,当共轭体系的共平面性被偏离

8、或被破坏时，共轭体系亦受到影响或破坏，吸收频率将移向较高波数。,跨环效应,跨环效应是通过空间发生的电子效应。,cm-1,cm-1,氢键的影响,氢键的形成使参与形成氢键的原化学键的键力常数降低，吸收频率低波数方向。但振动时偶极矩的变化加大，吸收强度增加。 例：醇的羟基： 游离态 二聚体 多聚体 3610-3640cm-1 3500-3600cm-1 3200-3400cm-1,低波数,氢键的影响,cm-1,cm-1,正辛烷的红外光谱,C-H伸缩振动,2900,C-H剪式振动,1465,C-H面外弯曲振动,1380,C-H面内弯曲振动,720,2.5 常见有机物的红外光谱特征,烷 烃,环烷烃,14

9、55,C-H剪式振动波数小于开链烷烃,环己烷的红外光谱,C-H伸缩振动小数波数大于开链烷烃并裂分为两个峰,烯烃C-H键的平面外弯曲振动频率,910cm-1, 990 cm-1 675-725 cm-1 790-840 cm-1,890cm-1 970cm-1 无,末端烯烃,1420,末端烯基的剪式振动,3-甲基-1-戊烯的红外光谱,=C-H伸缩振动,3040,=C-H面外弯曲振动,烯烃,反式2,2,5,5-四甲基己烯红外光谱,完全对称的反式化合物无C=C伸缩振动,烯烃,顺式2,2,5,5-四甲基己烯红外光谱,C=C伸缩振动,1670,=C-H面外弯曲振动,900,C8H16,与不饱和碳相连的氢

10、,C=C伸缩振动,端乙烯基的C-H弯曲振动,倍频,强，说明CH2多,弱，说明CH3少,1-辛烯,烯 烃 共轭烯烃,1610,1，3，5-己三烯的红外光谱,共轭双键的伸缩振动，向低频位移，但强度增加,炔烃,C-H 末端炔烃 非末端炔烃 伸缩振动 3300cm-1 无 弯折振动 600-700cm-1 无 CC 伸缩振动 2100-2140cm-1 2200-2260cm-1,1-辛炔的红外光谱,末端炔烃,2-辛炔的红外光谱,苯取代物的C-H面外弯折振动,770-735cm-1 760-745cm-1 900-860cm-1 710-685cm-1 790-770cm-1 830-800cm-1

11、725-680cm-1,800-770cm-1 900-860cm-1 900-860cm-1 720-685cm-1 860-800cm-1 865-810cm-1 730-675cm-1,芳香烃,3026,苯环的C-H伸缩振动,C=C骨架伸经缩振动,间二甲苯的红外光谱,不同取代的苯=C-H面外弯曲振动有较大不同,取代苯,不同取代的苯=C-H面外弯曲振动有较大不同,邻二甲苯的红外光谱,742,3021,C=C伸缩振动,取代苯,对二甲苯的红外光谱,醇,游离羟基 3650-3590 缔合羟基 3520-3100 C-O 伯醇 1050 cm-1 仲醇 1100-1125 叔醇 1150-1200

12、,醇,己醇的红外光谱,缔合O-H伸缩振动,3500-3200,1050,C-O伸缩振动,缔合羟基,游离羟基,乙醇的红外光谱(1%CCl4溶液),乙醇的红外光谱(液膜法),缔合羟基,酚,四乙基酚的红外光谱,3500-3200,缔合O-H伸缩振动,C-O伸缩振动，由于 p-共轭键增强，吸收向高频移动,1230,醚,正丁醚(液膜法),脂肪酮,2-戊酮的红外光谱图,1715,C=O伸缩振动,苯乙酮,芳香醛,C=O伸缩振动,苯甲醛的红外光谱图,醛基C-H伸缩振动,酰基化合物的羰基伸缩振动频率cm-1,1710-1780,1690-1715,1680-1700,1800-1850和1740-1790,17

13、80-1830和1730-1770,1780-1850,酰基化合物的羰基伸缩振动频率cm-1,1735-1750,1715-1730,1650-1690,1550-1630,酰基化合物的羰基伸缩振动频率cm-1,乙酸,乙酸乙酯,硝基化合物,N-O伸缩振动 脂肪族伯仲硝基化合物 1560-1545 cm-1 ，1385-1360 cm-1 叔硝基化合物 1545-1530 cm-1 ，1360-1340 cm-1 芳香族硝基化合物 1550-1510 cm-1 ，1365-1335 cm-1,硝基乙烷,硝基苯,胺,N-H 伯胺 仲胺 叔胺,3500-3400cm-1,有两个吸收峰,有一个吸收峰,

14、无吸收峰,C-N 脂肪族胺 伯芳胺 仲芳胺 叔芳胺,1220-1020cm-1,1340-1250cm-1,1360-1280cm-1,1360-1310cm-1,苯胺,分子式为C4H10O,计算出其不饱和度为0 3350 cm-1缔合羟基的伸缩振动； 饱和碳原子的C-H伸缩振动； 1380 cm-1双峰为叔氢的弯曲振动； 一级醇的C-O伸缩振动,推测化合物结构为：,分子式为C3H6O,波谱解析,3084、3014、1647、993、919 cm-1等处的吸收，判断该化合物具有端取代乙烯； 3338 cm-1处有强吸收，峰形圆而钝，判断该化合物为醇类。1028 cm-1有吸收，知为伯醇。由于C

15、-O伸缩振动往低波数移动了20 cm-1 ，判断-CH2OH与C=C相连 ； 推断该化合物结构为：CH2=CH-CH2-OH,分子式为C12H24O2,波谱解析：,1703 cm-1最强吸收，知该化合物含羰基； 2920、2851 cm-1处的吸收很强而2956、2866 cm-1处的吸收很弱，说明CH2多而CH3少，说明未知物可能具有一个正构的长碳链； 2955、2851 cm-1的吸收是叠加在另一个宽峰之上，从分子式含两个氧知此宽 峰来自-OH，很强的低波数位移说明有很强的氢键缔合作用，推测含有 -COOH； 940、1305、1412 cm-1等处的吸收进一步说明羧基的存在,未知物为：

16、CH3-(CH2)10 -COOH,芳香胺：分子式为C6H6N2,由分子式可计算出其不饱和度为4，可能含苯环； 3030、1502 cm-1处的吸收证实了苯环的存在，750 cm-1的吸收知为邻位取代的苯环； 3285、3193 cm-1是伯胺的特征吸收； 3387、3366 cm-1 ：NH2的伸缩振动； 1624 cm-1 ： NH2弯曲振动； 1274 cm-1 ：C-N伸缩振动； 推测化合物结构为邻苯二胺,波谱解析：,分子式为C8H8O,波谱解析,不饱和度为5，可能含有苯环； 3030cm-1为Ar-H伸缩振动；1600，1585cm-1为C=C伸缩振动；740，690cm-1提示该化

17、合物可能为单取代苯衍生物； 1690为羰基吸收(但不是醛)； 分子结构可能为,单取代苯衍生物,C=C-H伸缩振动,C=C伸缩振动,分子式为C8H8 不饱和度为5,端烯烃,其可能结构为:,邻位二取代苯,双峰，伯胺基,不饱和度为1,不饱和度为2,红外谱图解析注意事项,要同时注意吸收 位置、强度和峰形。 例1：1380-1780有吸收峰，但其低，则并不表明化合物存在有羰基，而是说明存在羰基化合物杂质。 例2：缔合羟基、缔合伯胺基及炔氢，吸收峰位置只略有差别，但峰形不一样，缔合羟基圆滑而钝，缔合伯胺基有一个小或大的分岔，炔氢则显示尖锐的峰形。,同一基团的几种振动的相差峰是同时存在的 例1：甲基在2960、2870、1460、1380都有C-H吸收。 例2：亚甲基则在2920、2850、1470、720处都有C-H吸收 例3：分子中含有酰基，能同时见到羰基和C-O-C(1050-1300)两处吸收。,红外谱图解析注意事项,水扬酸的拉曼光谱,红外可见，拉曼不可见,拉曼可见，红外不可见,