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1、1第十三章第十三章 红外与紫外光谱红外与紫外光谱第一部分第一部分 红外光谱红外光谱(IR)红外光谱红外光谱(IR):E =4 63KJ.mol-1 =2 15m =625400cm-1 由分子中振动能级的跃迁而产由分子中振动能级的跃迁而产 生生,用来确定分子中的官能团。用来确定分子中的官能团。2讲授提要讲授提要第一节第一节:基本原理与分子中原子的振动类型基本原理与分子中原子的振动类型第二节第二节:红外光谱的表示红外光谱的表示第三节第三节:影响红外吸收的主要因素影响红外吸收的主要因素第四节第四节:红外吸收区域及特征红外吸收红外吸收区域及特征红外吸收第五节第五节:各类化合物的红外吸收及谱图解析各类
2、化合物的红外吸收及谱图解析3第一节 基本原理与分子中 原子的振动类型一、基本原理一、基本原理双原子分子振动示意图双原子分子振动示意图 该振动符合物理学上的简偕运该振动符合物理学上的简偕运动，遵从虎克定律。动，遵从虎克定律。4虎克定律：虎克定律：振振动频率率：力常：力常数数（这里可看作是里可看作是键能）能）m1、m2：分分别为两个两个原子的原子的质量量：原子的折合原子的折合质量量从上式可看出：振动频率与键能成正比，从上式可看出：振动频率与键能成正比，与原子的折合质量成反比。与原子的折合质量成反比。5二、分子中原子的振动类型伸缩振动伸缩振动面内弯曲面内弯曲面外弯曲面外弯曲弯曲振动弯曲振动键角不变键
3、角不变,键长改变键长改变键长不变键长不变,键角改变键角改变高频区高频区低频区低频区ass面内面内面外面外6 多原子分子振动的方式为多原子分子振动的方式为:3n-6种(n:分子分子中原子的数目中原子的数目),理应产生理应产生3n-6个吸收峰,实际上吸收峰的数目要少于3n-6个,原因如下:1、偶极矩不发生变化的振动不产生吸收如：、偶极矩不发生变化的振动不产生吸收如：2、频率相同的峰彼此重叠。、频率相同的峰彼此重叠。3、强的宽峰掩盖与它频率相近的弱峰。、强的宽峰掩盖与它频率相近的弱峰。4、有时吸收频率在仪器的工作频率之外。、有时吸收频率在仪器的工作频率之外。不产生吸收不产生吸收.7第二节第二节 红外
4、光谱的表示红外光谱的表示横坐标横坐标:波长波长()、波数波数()表示吸收的位置表示吸收的位置;纵坐标纵坐标:透射百分率透射百分率(T)或吸光度（或吸光度（A）表示吸收的强度。表示吸收的强度。8第三节第三节 影响红外吸收的主要因素影响红外吸收的主要因素记住虎克定律的意义：振动频率与键能成正比，与记住虎克定律的意义：振动频率与键能成正比，与 原子的折合质量成反比。原子的折合质量成反比。1、化学键的强度越大，振动吸收频率越高。、化学键的强度越大，振动吸收频率越高。2、轨道中、轨道中S成分越多，键的强度越大，吸收频率越高成分越多，键的强度越大，吸收频率越高93、原子的质量越大，振动吸收频率越低。、原子
5、的质量越大，振动吸收频率越低。4、吸电子诱导效应使振动吸收频率升高、吸电子诱导效应使振动吸收频率升高。104、共轭效应使振动吸收频率降低、共轭效应使振动吸收频率降低。第四节第四节 红外吸收区域红外吸收区域 及特征红外吸收峰及特征红外吸收峰1、官能团区：、官能团区：4000 1400cm-1 这个区域的吸收峰由键和官能团的这个区域的吸收峰由键和官能团的伸缩振动伸缩振动所所产生。振动频率较高，受分子中其它结构影响较小，产生。振动频率较高，受分子中其它结构影响较小，位置比较固定，对于确定分子中的官能团很有用。位置比较固定，对于确定分子中的官能团很有用。一一、红外吸收区域、红外吸收区域112、指纹区：
6、、指纹区：1400625cm-1 该区域是红外光谱中的低频区，该区域的吸收主该区域是红外光谱中的低频区，该区域的吸收主要由要由CC、CN、CO、CX键的伸缩振动和键的伸缩振动和各种键的各种键的弯曲振动弯曲振动所产生。键的强度相差不大，吸所产生。键的强度相差不大，吸收峰出现的区域相近。大部分键的吸收位置和强度收峰出现的区域相近。大部分键的吸收位置和强度随化合物而异变化较大。随化合物而异变化较大。化合物之间微小的差别在该区域都能反映出来，化合物之间微小的差别在该区域都能反映出来，相同的化合物指纹区完全相同，因此在确认化合物时相同的化合物指纹区完全相同，因此在确认化合物时非常有用。非常有用。该区域的
7、谱带特别密集，犹如人的指纹故称指该区域的谱带特别密集，犹如人的指纹故称指纹区。纹区。12二、特征红外吸收峰二、特征红外吸收峰吸收波数吸收波数cm-产产 吸吸 收收 的的 键键13面内弯曲振动面内弯曲振动各种碳氢键的面外弯曲振动各种碳氢键的面外弯曲振动醛、酮、羧酸醛、酮、羧酸.14第五节第五节 各类化合物的各类化合物的 红外吸收及解析红外吸收及解析通常解析红外光谱：通常解析红外光谱：先看高频区（先看高频区（40001400cm-1），再看低频区（再看低频区（1000650cm-1）。）。先找特征峰，再找相关峰。先找特征峰，再找相关峰。特征峰：特定的键或官能团振动所产生的特征峰：特定的键或官能团振
8、动所产生的 吸收峰。吸收峰。15相关峰：通常一个基团有数种振动形式，每相关峰：通常一个基团有数种振动形式，每 种振动形式产生一个相应的吸峰。种振动形式产生一个相应的吸峰。习惯上把这些相互依存又可相互佐习惯上把这些相互依存又可相互佐 证的一组峰叫相关峰。证的一组峰叫相关峰。例：例：RCH=CH2 可可产生三种特征吸收峰产生三种特征吸收峰这这三种峰可以相互佐证，证明分子为一取三种峰可以相互佐证，证明分子为一取代烯烃。这三种峰被叫做相关峰。代烯烃。这三种峰被叫做相关峰。16一、烷烃一、烷烃1、30002800cm-12、（面内）（面内）14751300cm-13、（面外）（面外）740720cm-1
9、 （CH2）n当当 n4时：时：在在740720cm-1会产生吸收峰。会产生吸收峰。17正辛烷的红外光谱图正辛烷的红外光谱图18异丙基和叔丁基异丙基和叔丁基在在1375cm-1处的处的裂分情况：裂分情况：19二、烯烃二、烯烃（面外）面外）990和和910两个峰两个峰890970201辛烯的红外光谱图辛烯的红外光谱图碳氢键的面外弯曲1000cm-1、915cm-1证明是末端烯烃21顺顺,反反-2-辛烯的红外光谱辛烯的红外光谱22顺顺,反反-2-辛烯红外光谱的比较辛烯红外光谱的比较23三、炔三、炔 末末 端端2140-2100 链中链中2260-2210241 辛炔的红外光谱辛炔的红外光谱25四、
10、芳烃（苯及其衍生物）四、芳烃（苯及其衍生物）3010cm-11600cm-1 1580cm-11500cm-1 1450cm-12627770 730cm 1 710 690cm 1为一取代苯为一取代苯甲苯的甲苯的红外光谱红外光谱28邻二甲苯的红外光谱邻二甲苯的红外光谱770 735cm-1为邻二甲苯为邻二甲苯29810 750cm 1 710 690cm 1 为间二甲苯为间二甲苯间二甲苯的红外光谱间二甲苯的红外光谱30对二甲苯的红外光谱对二甲苯的红外光谱833 810cm-1为对二甲苯为对二甲苯31五、醇五、醇游离羟基吸收峰：游离羟基吸收峰：3650-3600cm-1 （高而尖）高而尖）氢键
11、缔合吸收峰：氢键缔合吸收峰：3500-3200cm-1 （低而宽）低而宽）1300 1100cm-132333340cm-11100cm-134六、羰基化合物六、羰基化合物18501650cm-1 羰基的伸缩振动吸收是红外羰基的伸缩振动吸收是红外光谱中最具特色的吸收。因：光谱中最具特色的吸收。因：1、羰基极性大吸收强度高；、羰基极性大吸收强度高；2、在、在18501650cm-1区域几乎无其它区域几乎无其它的吸收干扰，可以说是：独此一家，别的吸收干扰，可以说是：独此一家，别无分店。无分店。351、醛、醛17501700cm-12820cm-1、2720cm-136371730cm-12820c
12、m-12720cm-1382、酮、酮1715cm-11685cm-139401685cm-141根据红外光谱判断化合物类型：根据红外光谱判断化合物类型：1715cm-1酮羰基酮羰基42缔合羟基吸收峰：醇缔合羟基吸收峰：醇431810cm-1酰氯羰基酰氯羰基44根据红外光谱判断化合物的结构式：根据红外光谱判断化合物的结构式：454647 =200 800nmE =145 627KJ.mol-1 第二部分第二部分 紫外光谱紫外光谱(UVUV)由分子中电子能级的跃迁所产生由分子中电子能级的跃迁所产生,主要用来揭示分子中的共轭体系主要用来揭示分子中的共轭体系.48讲讲 授授 提提 要要第一节第一节:朗
13、勃朗勃-比尔定律与紫外吸收光谱比尔定律与紫外吸收光谱图图第二节第二节:电子跃迁的类型电子跃迁的类型第三节第三节:各类有机化合物的电子跃迁各类有机化合物的电子跃迁第四节第四节:紫外光谱在有机化学中的应用紫外光谱在有机化学中的应用49远紫区远紫区:4200nm近紫区近紫区:200400nm可见光区可见光区:400800nm紫外光谱仪所用波长紫外光谱仪所用波长:200800nm紫外光区紫外光区:4 400nm(也称真空紫外区也称真空紫外区)UV:200800nm(近紫和可见光区）近紫和可见光区）50第一节第一节 朗勃朗勃-比尔定律比尔定律 与紫外吸收光谱图与紫外吸收光谱图溶液的浓度若用溶液的浓度若用
14、mol/L表示表示,则消光系数用则消光系数用来表示来表示,称为摩尔消光系数称为摩尔消光系数:摩尔消光系数的大小摩尔消光系数的大小反映电子跃迁几率的高低反映电子跃迁几率的高低一、朗勃一、朗勃-比尔定律比尔定律51max ：14.8 （吸收强度）吸收强度）max：279nm（吸收位置）吸收位置）溶剂溶剂:环己烷环己烷二、紫外吸收光谱图二、紫外吸收光谱图52第二节第二节 电子跃迁的类型电子跃迁的类型能能量量E53第三节第三节 各类有机化合物各类有机化合物 的电子跃迁的电子跃迁一、饱和有机化合物的电子跃迁一、饱和有机化合物的电子跃迁1、烷烃：、烷烃：CH4其它烷烃其它烷烃：150nm2、含杂原子的饱和
15、化合物、含杂原子的饱和化合物远远紫紫区区远紫区远紫区5455近紫区近紫区二、不饱和有机化合物的电子跃迁二、不饱和有机化合物的电子跃迁1、含单个、含单个C=C(E带带)CH2=CH2远紫区远紫区5657188nm 远紫区远紫区(R带带)270290nm：.58188 900279 14.8596061二、共轭体系的电子跃迁二、共轭体系的电子跃迁（带）（带）1 162 10，0002 217 21，0003 258 35，0004 296 52，0005 335 118，000随着共轭链的延长：随着共轭链的延长：吸收波长红移吸收波长红移,强度增大强度增大.62二二苯苯共共轭轭多多烯烯的的紫紫外外吸
16、吸收收光光谱谱63乙烯分子的乙烯分子的轨道轨道乙烯分子的乙烯分子的轨道轨道1，3 丁二烯分子的丁二烯分子的轨道轨道6465名词解释：名词解释：助色团：带有孤对电子的原子或基团连接助色团：带有孤对电子的原子或基团连接发色团：凡是能在某一光波区域产生吸收发色团：凡是能在某一光波区域产生吸收的基团就叫发色团。的基团就叫发色团。在发色团上，使发色团吸收波长在发色团上，使发色团吸收波长红移这样的原子或基团叫助色团。红移这样的原子或基团叫助色团。吸收向长波方向移动叫吸收红移，吸收向长波方向移动叫吸收红移，吸收向短波方向移动叫吸收紫移。吸收向短波方向移动叫吸收紫移。如：如：-OH、-NH2、-OR、-X等。
17、等。66四、苯的电子跃迁四、苯的电子跃迁E带带 180184 4，7000K带带 200204 7000B带带 230270 204中心中心254nm苯环最重要的吸收带是苯环最重要的吸收带是B带，虽然带，虽然强度不高但具有精细结构很典型。强度不高但具有精细结构很典型。67WoodwardFieser规则规则68WoodwardFieser规则规则共轭体系紫外吸收位置经验计算方法共轭体系紫外吸收位置经验计算方法链状二烯链状二烯基准值（基准值（nm）217异环二烯和异环二烯和环内外二烯环内外二烯214同环二烯同环二烯2536970计算举例：计算举例：链状二烯基准值链状二烯基准值 217 烷基取代烷
18、基取代 （5）2（nm）计算值计算值 227实测值实测值 2261、712、同环二烯基准值同环二烯基准值 253（nm）延伸一个共轭双键延伸一个共轭双键 +30一个环外双键一个环外双键 +5烷基取代烷基取代 （+5）3计算值计算值 303实测值实测值 304723、（nm）异环二烯基准值异环二烯基准值 214一个环外双键一个环外双键 +5烷基取代烷基取代 （+5）4计算值计算值 239实测值实测值 238734、同环二烯基准值同环二烯基准值 253（nm）延伸二个共轭双键延伸二个共轭双键 +302烷基取代烷基取代 +5 5环外双键环外双键 +5 3计算值计算值 353实测值实测值 355747
19、576例例1、六员环六员环，-不饱和酮基准值不饱和酮基准值 215延伸一个共轭双键延伸一个共轭双键 +30一个环外双键一个环外双键 +5烷基或环取代烷基或环取代:位位 +12位位 +18计算值计算值 280实测值实测值 284（nm）77例例2、六员环六员环，-不饱和酮基准值不饱和酮基准值 215（nm）延伸二个共轭双键延伸二个共轭双键 +302 同环二烯同环二烯 +39一个环外双键一个环外双键 +5烷基或环取代烷基或环取代:位位 +12 位位 +18计算值计算值 349实测值实测值 34878紫外光谱在解析时重点注意如下吸收带：紫外光谱在解析时重点注意如下吸收带：1、共轭体系产生的吸收带、共
20、轭体系产生的吸收带2、羰基、羰基n*跃迁产生的吸收带跃迁产生的吸收带3、苯环产生的吸收带、苯环产生的吸收带吸收中强吸收中强79第四节第四节 紫外光谱在紫外光谱在 有机化学中的应用有机化学中的应用1、测定化合物的结构、测定化合物的结构有共轭体系存在有共轭体系存在217 260 300 330共轭双键数目共轭双键数目：2 3 4 5有苯环存在有苯环存在有羰基存在有羰基存在802、测定化合物的含量、测定化合物的含量含有杂质时吸收波长不变，强度改变。含有杂质时吸收波长不变，强度改变。3、检验化合物的纯度、检验化合物的纯度如：如：乙醇中是否含有乙醛乙醇中是否含有乙醛 环己烷中是否含有苯环己烷中是否含有苯样品透明无吸收，杂质有吸收样品透明无吸收，杂质有吸收8182