《2022年大连海事大学有机化学教案-第四章炔烃二烯烃红外光谱.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年大连海事大学有机化学教案-第四章炔烃二烯烃红外光谱.pdf（31页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、大连海事大学有机化学教案第次课教学课型：理论课 实验课 习题课 实践课 技能课 其它 主要教学内容（注明：* 重点# 难点） ：第四章炔烃 二烯烃红外光谱（一）炔烃 4-1 炔烃的异构和命名； 4-2 炔烃的结构 *； 4-3 炔烃的物理性质； 4-4 炔烃的化学性质* 4-5 重要的炔（二）二烯烃 4-6 共轭二烯的结构和共轭效应； 4-7 超共轭效应； 4-8 共轭二烯烃的性质* ； 4-9 天然橡胶和合成橡胶（三）红外光谱 4-10 电磁波谱的概念#； 4-11 红外光谱 #教学目的要求：炔烃部分 : 掌握炔烃的异构和命名方法;结构 ;化学性质 (包括加成反应、三CH 反应、碳负离子、酸
2、性、氧化反应、聚合反应) 二烯烃部分 : 掌握共轭二烯的结构和共轭效应;共轭二烯烃1，4加成和 1，2 加成，双烯合成、聚合反应。红外光谱部分: 了解电磁波的概念;红外光谱的原理；光谱在有机物结构测定中的应用。教学方法和教学手段：本课程以课堂讲授为主，结合必要的课堂讨论。教学手段以板书和多媒体相结合。讨论、思考题、作业：2； 3； 7 9 11； 15 思考题： 1，5，6 参考资料：1邢其毅等，基础有机化学.高等教育出版社，1993 2胡宏纹主编有机化学高等教育出版社1990 3王积涛等有机化学南开大学出版社1993 4 （美） 莫里森、 博伊德编 有机化学（第二版），复旦大学化学系有机化学
3、教研室译，科学出版社， 1993年。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 第四章炔烃二烯烃红外光谱（一）炔烃炔烃和二烯烃都是通式为CnH2n-2 的不饱和烃，炔烃是分子中含有-CC-的不饱和烃，二烯烃是含有两个碳碳双键的不饱和烃，它们是同分异构体，但结构不同，性质各异。 4-1 炔烃的异构和命名（1）炔烯的命名与烯烃相似，只需将“ 烯” 改为 “ 炔” 即可，例如：CH3CH2CCHCCCH3CHCH3CH3CCHCCHCH21-丁炔
4、4-甲基 -2-丁炔乙炔基2-丙炔基（2）烯炔（同时含有三键和双键的分子）的命名：（A）选择含有三键和双键的最长碳链为主链。（B）主链的编号遵循链中双、三键位次最低系列原则。（C）通常使双键具有最小的位次。CH2CHCH2CCHCH3CH CHCCH（两种编号中一种较高时，宜取低。）1-戊烯 -4-炔3-戊烯 -1-炔（不叫 2-戊烯 -4-炔）CH2CCHCH3(CH3CH2CH2)2CHCCCH31-甲基 -2-（2-丙炔基） -环己烯4-丁基 -2-庚炔 4-2 炔烃的结构最简单的炔烃是乙炔，现代物理方法证明，乙炔分子是一个线型分子，分之中四个原子排在一条直线上：HC CH0.106nm
5、0.12nm180精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 杂化轨道理论认为乙炔分子中碳原子成键时采用了SP 杂化方式，sp 杂化轨道的形成过程如下：杂化后形成两个sp 杂化轨道（含1/2 S和 1/2 P成分），剩下两个未杂化的P轨道。两个 sp 杂化轨道成1800分布，两个未杂化的P 轨道互相垂直，且都垂直于sp 杂化轨道轴所在的直线，如下所示：三键的形成过程如下：两个碳原子各用一个sp杂化轨道以 “ 头碰头 ” 方式重叠形成碳碳键；
6、每个碳原子余下的一个sp 杂化道分别与其它原子或基团结合形成一个单键；这样而形成的三个键均处同一直线上，两个碳原子各剩余两个未参与杂化的p 轨道，并垂直于该平面，且互相平行，从而侧面重叠形以“ 肩并肩 ” 方式成两个键。所以碳碳叁键相当于由一个碳碳 键和两个碳碳键组成， 电子云呈水桶形分布。 4-3 炔烃的物理性质乙炔的物理性质与烷烃、烯烃相似，比对应的烯烃高10-20 C，比重比对应的烯烃稍大，在水里的溶解度也比烷和烯烃大些。2s2p2s2pspp激发杂化180spsppypz两个的空间分布sp三键碳原子的轨道分布图CHHC乙烯分子的成键情况CHH乙炔的电子云精品资料 - - - 欢迎下载
7、- - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 4-4 炔烃的化学性质1、三键碳上氢原子的微弱酸性三键碳上的氢原子具有微弱酸性（pKa=25） ，可被金属取代，生成炔化物。因为，C-H键是 sp-s键，其电负性 Csp Hs （电负性 Csp=3.29,H=2.2) ，因而显极性， 具有微弱的酸性。生成炔银、炔铜的反应很灵敏，现象明显，可用来鉴定乙炔和端基炔烃，此反应可以推测炔烃的结构，可用于鉴定末端炔烃和链中炔烃。但要注意的是干燥的炔银或炔铜受热或震动时易发生爆炸生成金属和
8、碳。所以，实验完毕，应立即加盐酸将炔化物用酸分解，以免发生危险。Ag-CC-Ag 2Ag + 2C + 364KJ/mol Ag-CC-Ag + 2HCl H-CC-H + 2AgCl 乙炔和 RC C -H 在液态氨中与氨基钠作用生成炔化钠。炔化钠是重要的有机合成中间体，可用来合成炔烃的同系物。例如：CH3CH2CCNa + CH3CH2CH2Br CH3CH2CCCH2CH2CH3 + NaBr （卤代烃一般用伯卤代烃） 。2、 加成反应（1）催化加氢2H-C C-H2NaNH2H-C C-NaNH3R-C C-NaR-C C-HNaNH2NH3NH3(L)液态氨R-C C-RH2NiR-
9、CH=CH-RH2, NiR-CH2-CH2-RH-C C-H2AgNO3 + 2NH4OH2Cu2Cl 2+ 2NH4OHAg-C C-AgCu-C C-Cu2NH4NO3 + 2H2O2NH4Cl + 2H2OR-C C-HR-C C-AgR-C C-CuCu(NH3)2+Ag(NH3)2+乙炔银（白色）乙炔亚铜（棕红色）炔铜（棕红）炔银（白）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 催化氢化常用的催化剂为Pt , Pd , Ni，但
10、一般难控制在烯烃阶段。使用林德拉（ Lindlar ）催化剂，可使炔烃只加一分子氢而停留在烯烃阶段。且得顺式烯烃。在液氨中用钠或锂还原炔烃，主要得到反式烯烃。（2）亲电加成A） 与卤素加成：B） 与卤化氢加成：R-CC-H 与 HX 等加成时，遵循马氏规则。炔烃的亲电加成比烯烃困难，所以有时要用催化剂。例如：CH2=CH2 + Br2/CCl4 溴褪色快H-CC-H + Br2/CCl4 溴褪色慢Br2R-C=CRBrBrC=CRBrBrRBr2RCCRBrBrBrBrR-C C-RR-C C-RHXR-CH=C-RXHXRCCRXXHHCCHHHClHgCl2/C120180CH2=CH-C
11、l氯乙烯R-C C-RH2Lindlar催化剂C=CRRHHCCH2C=CHHLindlar 催化剂顺二苯基依稀 （87%）-C C-Na, NH3( )C=CHHn-C3H7n-C3H7n-C3H7n-C3H7(E)-4-辛烯（97%）4-辛炔液NaNH2精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 炔烃的亲电加成比烯烃困难原因有两个：一是炔碳原子是sp 杂化的， 杂化轨道中S 的成分大， S的成分大，键长就越短，键的离解能就越大。二是电子
12、云叠程度比乙烯中的要大，比双键难于极化。C）水化反应在炔烃加水的反应中，先生成一个很不稳定的烯醇，烯醇很快转变为稳定的羰基化合物（酮式结构） 。烯醇和羰基化合物是同分异构体，这种异构现象称为酮醇互变异构。其他炔烃水化时，则生成酮。例如：（3）HCN 、EtOH 、CH3COOH 等的亲核加成反应：CH2=CH-CH2-C CHBr2/CCl4CH2-CH-CH2-C CHBrBrHC CHH2OHg2+, H2SO4100 HCCHHO-HCH3-COHCH3C CH + H2OHgSO4H2SO4CH3-C=CHCH3-C-CH3OC CH + H2OHgSO4H2SO4CCH3O91%OH
13、CCOHCCO烯醇式（不稳定）酮式（稳定）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 3、氧化反应与高锰酸钾的反应如下：反应后高锰酸钾溶液颜色褪去，这个反应可用作定性鉴定。叁键比双键难于氧化，双键和叁键同时存在时，双键首先被氧化。精品资料 -
14、- - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 4、聚合反应炔烃能起聚合反应，它一般不聚合成高聚物，在不同的催化剂作用下，发生不同的低聚反应，二聚、三聚、四聚。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - -
15、 - - - - - - - -第 10 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 4-5 炔烃的制备1. 用邻二卤代烷和偕二卤代烷制备常用的试剂： NaNH2 , KOH-CH3CH2OH 2、用金属有机化合物制备* 叁键无法移位时，产物是唯一的。3、 炔烃的烷基化（增长炔烃碳链）伯卤代烷与炔烃的亲核取代反应，形成新的碳碳键. 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 4-6 重要的炔乙烯的工业制法主要有电石法和由烃类
16、裂解法两种方法，方程式如下：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 乙炔易溶于丙酮，为了运输和使用的安全，通常把乙炔在1.2MPa 下压入盛满丙酮浸润饱和的多孔性物质（如硅藻土、软木屑、或石棉）的钢瓶中。乙炔是易爆炸的物质，高压的乙炔， 液态或固态的乙炔受到敲打或碰击时容易爆炸，乙炔的丙酮溶液是安全的，故把它溶于丙酮中可避免爆炸的危险。乙炔有多种用途，可以转化成多种工业原料和许多单体，例如可以合成氯丁橡胶；精品资料 - - - 欢迎下
17、载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 31 页 - - - - - - - - - - （II ）二烯烃分子中含有两个碳碳双键的烃类化合物称为二烯烃。根据两个双键的相对位置可把二烯烃分为三类：累积二烯烃-C=C=C- 二烯烃共轭二烯烃-C=CH-CH=CH- 孤立二烯烃-C=CH(CH2)n CH=C- n 1孤立二烯烃的性质和单烯烃相似，累积二烯烃的数量少且实际应用的也不多。共轭二烯烃有不同于共轭二烯烃的一些特性，在理论和实际应用上都很重要，我们学习的重点是共轭二烯烃。二烯烃的命名和烯烃的命名一样称为某几烯
18、，同时要标出双键的位置，例如：多烯烃的顺反异构也要标出（每一个双键的构型均应标出）。例如：共轭二烯烃还存在着不同的构象，1，3-丁二烯分子中两个双键可以在碳原子2、3 之间的同一侧或在相反的一侧，这两种构象式分别称为s-顺式，或 s-反式（ s 表示连接两个双键之间的单键（single bond)。CH3CH=CH-C=CH2CH3甲基戊二烯2-1，3-CCCH3H3CHCCCH3CH2CH3H(Z),(Z)-2,5-= -2,4-甲基庚二烯精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 3
19、1 页 - - - - - - - - - - 4-6 共轭二烯的结构和共轭效应1、二烯烃的结构以 1，3-丁二烯为例， 1，3-丁二烯分子中碳原子都以SP2杂化轨道相互重叠或与氢的轨道重叠成键， 所有的原子都在同一平面上，键角都接近于1200。此外， 每个碳原子上未参与杂化的轨道均垂直于上述平面，四个轨道的对称轴互相平行侧面重叠，形成了包含四个碳原子的四电子共轭体系，如下所示：CCCCHHHHHHCCCCHHHHHHCCCHHHHCHH119.8122.40.1483nm0.1337nm0.108nm1，3-丁二烯的结构键所在平面与纸面垂直键所在平面在纸面上精品资料 - - - 欢迎下载 -
20、 - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 按 照 分 子 轨 道 理 论 的 概 念 ， 丁 二 烯 的 四 个P 轨 道 可 以 组 成 四 个 分 子 轨 道 , 从分子轨道图形可以看出，在1轨道中 电子云的分布不是局限在C1-C2, C3-C4 之间，而是分布在包括在四个碳原子的两个分子轨道中，这种分子轨道称为离域轨道，这样形成的键称为离域键。从2 分子轨道中看出，C1-C2,C3-C4 之间的键加强了，但C2-C3 之间的键减弱，结果，所有的键虽然都具有键的性质
21、，但C2-C3 键的 键的性质小些。所以，在丁二烯分子中， 四个 电子是分布在包含四个碳原子的分子轨道中，而不是分布在两个定域的 轨道中，分子轨道能级图和分子轨道图如下：2、共轭效应（1）共轭效应：从1，3-丁二烯的分子轨道看出，在其共轭体系中，四个电子是在四个碳原子的分子轨道中运动，这种离域的结果，使其电子云密度的分布有所改变，从而使其内能更小，分子更稳定，键长趋于平均化，这样由于共轭产生的效应叫做共轭效应。在分4321成键轨道反键轨道丁二烯的分子轨道图形原子轨道成键轨道反键轨道E丁二烯 电子分子轨道的能级图精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载
22、 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 子结构中， 含有三个或三个以上相邻且共平面的原子时，这些原子中相互平行的轨道之间相互交盖连在一起，从而形成离域键（大键）体系称为共轭体系。（2）共轭效应产生的必要条件是：1）共轭体系中各个 键都在同一平面内。2）参加共轭的 p 轨道互相平行。 如果共平面性受到破坏，使 p 轨道的相互平行就发生偏离，减少了它们之间的重叠，共轭效应就随之减弱，或者消失。（3）共轭效应的具体表现为：1）键长趋于平均化：由于电子云密度分布的改变，在链状共轭体系中，共轭链愈长，则双键及单键的键长愈接近。
23、2）折射率较高：光线穿过真空的速度与穿过透明物质的速度之比称为该物质的折光率。实际测定时以空气为相对标准，即光线在空气中的速度与在透明物质中的速度之比称为该物质的折光率。光在物质中减速是因受分子中电子， 特别是结合得不太紧的价电子的干扰而引起的。而这种干扰是与分子的极化直接相联的。 分子越极化， 折光率越高， 说明该分子易极化，由于共轭体系电子云易极化，因此它的折光率也比相应的孤立二烯烃高。3）共轭二烯烃分子稳定性高：因为它们分子中4 个 电子处于离域的轨道中，共轭的结果，使共轭体系具有较低的内能，分子稳定。决定体系的能量高低的方法之一是测量氢化热，氢化热越低， 分子内能越低。 从以下具体数据
24、可以看出共轭二烯烃是比较稳定的。（4）共轭效应的传递：共轭效应沿共轭键传递，不受距离的限制。（5）常见共轭体系的类型如下所示：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 17 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 18 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 静态 p- 共轭和静态 -共轭效应的相对强度是不一样的，下面分类进行讨
25、论：1）p-共轭p 电子朝着双键方向转移，呈供电子效应（+C） 。2） -共轭：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 19 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 电子云转移的方向与p-共轭情况不同，电负性强的元素吸引电子，使共轭体系的电子云向该元素偏离，呈现出吸电子共轭效应（-C） 4-7 超共轭效应因 -共轭效应， -P 共轭效应比 -共轭效应和P-共轭效应要弱得多，所以将其称为超共轭效应。通过氢化热数据可以说明超共轭效应是存在的，并且与双键碳相连的C-H 键越多其超共轭效
26、应越明显。共轭效应常与诱导效应同时存在，共同影响着分子的电子云分布和化学性质。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 20 页，共 31 页 - - - - - - - - - - CH3CH2CH=CH2 + H2CH3CH2CH2CH3氢化热126.8KJ/mol Z-CH3CH=CHCH3 + H2CH3CH2CH2CH3氢化热119.7KJ/mol CH3C=CHCH3 +H2CH3CHCH2CH3氢化热112.5KJ/mol CH3CH3 4-8 共轭二烯烃的性质共轭二烯烃具有烯烃的通性
27、，但由于是共轭体系，故又具有共轭二烯烃的特有性质。下面主要讨论共轭二烯烃的特性。1、1,2-l 加成与 1,4-加成共轭二烯烃进行加成时，既可1，2 加成，也可 1，4 加成，如下所示：1，2-加成和1，4-加成是同时发生的，哪一反应占优，决定于反应的温度，反应物的结构，产物的稳定性和溶剂的极性。极性溶剂，较高温度有利于1，4-加成；非极性溶剂较低温度，有利于1，2-加成。共轭双烯与HBr 的加成机理是亲电加成，以1,3 丁二烯加成反应为例：第一步：CH2=CH-CH=CH2Br2H XCH2-CH-CH=CH2CH2-CH-CH=CH2CH2-CH=CH-CH2CH2-CH=CH-CH2Br
28、BrBrBrHBrHBr1，2-加成产物1，4-加成产物CH2=CH-CH=CH2Br2CHCl3-15CH2-CH-CH=CH2CH2-CH=CH-CH2BrBrBrBr37%63%54%46%Br2-15正己烷CH2=CH-CH=CH2CH2-CH-CH=CH2CH2-CH=CH-CH2HBrHBr醚醚-804080%20%20%80%CH2=CH-CH=CH2H+ababCH2=CH-CH-CH3CH2=CH-CH2-CH2烯丙基碳正离子伯碳正离子（）（）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -
29、第 21 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 因碳正离子的稳定性的缘故，故第一步主要生成碳烯丙基碳正离子。第二步： 在烯丙基碳正离子中，正电荷不是集中在一个碳上，而是通过共轭如下分布的：这样， Br-离子既可加到C2 上，也可加到C4 上。加到C2 得 1，2-加成产物，加到C4上得 1，4-加成产物。反应条件不同，产率不同的原因是速度控制与平衡控制造成的。1，2-的产物的稳定性比较差，但加成反应的活化能低，为速度控制（动力学控制）产物，故低温主要为 1，2-加成。 1，4-加成产物的稳定性比较大，但反应的活化能较高，但逆反应的活化能更高，一但生成，不易逆转，故在高温时为
30、平衡控制（热力学控制）的产物，主要生成1，4-加成产物。位能曲线如下：CH2-CH-CH烯丙基碳正离子（） 的结构为CH3HP空电子可离域到空P 轨道上，使正电荷得到分散，故较稳定CH2-CH-CH2-C伯碳正离子（）的结构为HH电子不能离域，碳正离子上的正电荷得不到分散，故不稳定。CH2=CH CH-CH3CH2=CH CH-CH3CH2 CH CH-CH3CH2 CH CH CH2HBrE1E2E21， 2-加成1，4-加成E11，2-加成产物1，4-加成产物1，2-加成反应进程1，4-加成反应进程E1，2-加成和 1，4-加成反应进程中的位能曲线图精品资料 - - - 欢迎下载 - -
31、- - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 22 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 2、 双烯合成 狄尔斯 阿德尔反应共轭二烯烃和某些具有碳碳双键、三键的不饱和化合物进行1，4-加成， 生成环状化合物的反应称为双烯合成反应，例如：从反应式中可以看出，双烯体是以顺式构象进行反应的，反应条件为光照或加热。双烯体（共轭二烯）可是连状，也可是环状。如环戊二烯，环己二烯等。亲双烯体的双键碳原子上连有吸电子基团时，反应易进行。常见的亲双烯体有：CH2=CH-CHO 、CH2=CH-COOH 、CH2=CH-COCH3、CH2=C
32、H-CN 、等D-A 反应的产率非常高，应用范围很广，是有机合成的重要方法之一，它不是离子型反应，也不是自由基反应，是不生成中间体，而且一步完成的协同反应，在理论上和生产上都占有重要的地位。3、聚合反应在催化剂存在下，共轭二烯可双聚合成为高分子化合物。 4-9 天然橡胶和合成橡胶天然橡胶可以看成是异戊二烯的的聚合物，异戊二烯和丁二烯合成橡胶工业上重要的两种原料。CH2CH2200CHCHCOOcH3COOCH3150双烯体亲双烯体CH2ClCH2ClH3CH3CCHOH3CH3CCHOCHCHCCOOO精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归
33、纳 - - - - - - - - - -第 23 页，共 31 页 - - - - - - - - - - （III ）红外光谱在科研中，不论是合成还是分离得到的有机化合物，都需要测定它的分子结构，因此，确定有机化合物的结构是有机化学的首要任务。如果用化学方法测定有机化合物的结构，则非常繁杂、费时费事，很难完成。现代波谱分析可弥补化学方法的不足，现代波谱分析可用微量样品， 如质谱通常只用几微克，甚至更少的样品 （10-10g）便可给出一张满意的质谱图，在较短时间内， 正确的检定有机化合物的结构。现在现代物理实验方法已成为研究有机化学不可缺少的工具，这里将红外光谱作一简单介绍。 4-10 电磁
34、波谱的概念1、电磁波简介电磁波谱包括了一个极广阔的区域，。从波长只有千万分之一纳米的宇宙线到波长几米,甚至千米计的无线电波都包括在内。所有这些波都有相同的速度（光速），根据公式： c/ （其中 :频率，单位Hz； ：波长，单位cm；c：速度， 10cm/s） ，知波长愈短，频率愈高。光波波长的单位很多，其换算关系为：1nm=10-7cm=10-3m 。除波长外，光性质的另一种表示法为Hz：如波长为300nm 的光，它的频率为1015s，光性质的第三种表示法为波数：就是在cm 长度内波的数目,它是波长的倒数。如用波数表示，则在cm 内波长为300nm 的光的波数为：3333cm-1，即 300n
35、m 波长的光的波数为3333cm-1。光是一种电磁波，电磁辐射是一种能量，当分子吸收辐射，就获得能量。获得多少能量决定于辐射的频率: Eh ，Eo 为获得的能量；h 为 planck 常数，频率愈高，获得的能量愈大。2、分子吸收光谱的分类分子中有原子与电子。原子、电子都是运动着的物质，都具有能量。在一定的条件下，整个分子有一定的运动状态，具有一定的能量，即是电子运动、原子间的振动、分子转动能量的总和。用公式表示为：E 分子 =E 电子 +E 振动 +E 转动（或 E 总 =Ee +Ev +Er ）当分子吸收一个具有一定能量的光子时，分子就由较低的能级E1 跃迁到较高的能级E2，被吸收光子的能量
36、必须与分子跃迁前后的能级差恰好相等，否则不能被吸收，它们是量子化的。用公式表示为： E分子 = E- E = E 光子 = h 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 24 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 在分子的三种能级中，转动能级差最小（约在0.0510-4ev） ，分子的振动能差约在0.05ev 之间，分子外层电子跃迁的能级差约为201ev。这样可以根据吸收能量的高低将分子光谱分为很多种，与红外光谱有关的是（1）转动光谱：在转动光谱中，分子所吸收的光能只引起分子转动
37、能级的变化，即使分子从较低的转动能级激发到较高的转动能级。转动光谱是由彼此分开的谱线所组成的。由于分子转动能级之间的能量差很小，所以转动光谱位于电磁波谱中长波部分，即在远红外线及微波区域内。根据简单分子的转动光谱可以测定键长和键角。（2）振动光谱：在振动光谱中分子所吸收的光能引起振动能级的变化。分子中振动能级之间能量要比同一振动能级中转动能级之间能量差大100 倍左右。振动能级的变化常常伴随转动能级的变化，所以，振动光谱是由一些谱带组成的，它们大多在红外区域内，因此，叫红外光谱。 4-11 红外光谱在有机化合物的结构鉴定中，红外光谱法是一种重要得手段。用它可以确定两个化合物是否相同，若两个化合
38、物的红外光谱完全相同，则一般他们为同一化合物（旋光对映体除外） 。也可以确定一个新化合物中某些特殊键或官能团是否存在。1、红外光谱图的表示方法红 外 光 谱 以 波 长 （ 或 波 数 ） 为 横 坐 标 ， 以 表 示 吸 收 带 的 位 置 。 以 透 射 百 分 率（Transmittance %, 符号 T%)为纵坐标，表示吸收强度，吸收带为向下的谷。2、红外光谱的产生(1)分子振动的分类：伸缩振动（ ） ：原子沿着建轴伸长和缩短，振动时键长有变化，键角不变。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - -
39、- -第 25 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 弯曲振动（ ） ：组成化学键的原子离开键轴而上下左右的弯曲。弯曲振动时， 键长不变，但键角有变化。弯曲振动又分为：面内弯曲：面外弯曲精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 26 页，共 31 页 - - - - - - - - - - （2）红外光谱的产生当分子吸收红外光子，从低的振动能级向高的振动能级跃迁时，而产生红外吸收光谱，如下所示：E = h 在分子中发生振动能级跃迁所需要的能量大于转动能级跃迁所需要的能量，所以发生
40、振动能级跃迁的同时，必然伴随转动能级的跃迁。因此，红外光谱也成为振转光谱。（3）红外光谱选律：只有偶极矩大小或方向有一定改变的振动才能吸收红外光，发生振动能级跃迁，产生红外光谱。不引起偶极变化的振动，无红外光谱吸收带。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 27 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 3、红外光谱区域划分一般说来，红外光谱可分为两部分：（1）38001400 cm-1 部分是官能团特征吸收峰出现较多的部分，叫官能团区。（2）1400600 cm-1 部分对各个化
41、合物来说这一部分的特异性（个性）较强，其中各峰出现情况受整个分子结构影响较大，虽然也有官能团特征吸收落在此区域（特别是弯曲振动峰），但是总的说来，这一部分光谱是反映整体分子特征的，称为指纹区，他对鉴定各个有机化合物是很有用的。4、脂肪族烃的红外光谱为了表达的方便，常用简单的符号表示红外吸收，例如 C-H 表示由 SP3杂化碳原子和氢原子之间形成的单键的伸缩振动，C=C表示由 SP2杂化碳原子和SP2碳原子之间形成的双键的伸缩振动，C-H 表示表示由SP3杂化碳原子和氢原子之间形成的单键的弯曲振动，其它类推。（1）烷烃 ：C-H 30002800cm-1，C -H1465 1360cm-1（甲基
42、在 1375cm-1一个特征吸收峰（强） ，异丙基在1370 和 1385c-1出现等强度的的两峰（强），叔丁基，在1370 和 1395cm1出现不等强度的两个峰，低波数的吸收峰为高波数的吸收峰强度的两倍。亚甲基在1465cm-1左右处出现特征峰） 。正辛烷的红外光谱如下：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 28 页，共 31 页 - - - - - - - - - - （2）烯烃 ： C-H 30953010cm-1 （中），C=C ：16801600cm-1,其强度和位置决定了双键碳上的
43、取代基和双键的共轭情况，对称性强其峰就弱，共轭使峰增强，波数则略低。在980650cm-1 出现弯曲振动吸收峰，由此可以判断取代基数目、性质以及顺反异构等情况。如：1-辛烯的红外光谱如下：（3）炔烃C -H ：33203310cm-1（强）尖吸收峰，CC ：21002200cm-1,乙炔与对称二取精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 29 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 代乙炔因分子对称，振动是没有偶极矩的变化，在红外光谱中没有吸收峰，只有叁键位于分子的一端时， 或炔烃分子的叁键两端不对称时，才能在红外光谱中体现出吸收。C -H 600700cm-1 的弯曲振动吸收， 对于结构鉴定非常有价值。1-辛炔与 2-辛炔的红外光谱分别如下：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 30 页，共 31 页 - - - - - - - - - - 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 31 页，共 31 页 - - - - - - - - - -