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1、红外基本原理本讲稿第一页，共十七页分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振振-转光谱转光谱一、概述一、概述本讲稿第二页，共十七页本讲稿第三页，共十七页红外光谱图红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长（m）和波数1/单位：cm-1可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：应用：有机化合物的结构解析。定性：定性：基团的特征吸收频率；定量：定量：特征峰的强度；二、红外光谱与有机化合物结构二、红外光谱与有机化合物结构本讲稿第四页，共十七页1.1.红外光谱产生的条件红外光谱产生的条件 满足两个条件：满足两个条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质间有相互偶合作用。对称分
2、子对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非非对对称称分分子子：有偶极矩，红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图本讲稿第五页，共十七页 2.分子振动方程式分子振动方程式分子的振动能级（量子化）：E振=（V+1/2）hV：化学键的 振动频率；：振动量子数。(1)双原子分子的简谐振动及其频率双原子分子的简谐振动及其频率 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧本讲稿第六页，共十七页(2)(2)分子振动方程式分子振动方程式任意两个相邻的能级间的能量差为：任意两个相邻的能级间的能量差为：K化学键的力常数，与键能和键长有关，化学键的力常数，与键能和键长有关，为双原子
3、的折合质量为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。和键的力常数，即取决于分子的结构特征。本讲稿第七页，共十七页表表 某些键的伸缩力常数（毫达因某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）埃）键类型键类型:C C C=C C C 力常数力常数:15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位:4.5 m 6.0 m 7.0 m 化学键键强越强（即键的力常数化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越小，越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大
4、，吸收峰将出现在高波数区。化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。本讲稿第八页，共十七页 例题例题:由表中查知由表中查知C=C键的键的k=9.5 9.9,令其为令其为9.6,计计算波数值算波数值正己烯中正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1本讲稿第九页，共十七页三、分子中基团的基本振动形式三、分子中基团的基本振动形式1 1两类基本振动形式两类基本振动形式伸缩振动伸缩振动 亚甲基：亚甲基：变形振动变形振动 亚甲基亚甲基本讲稿第十页，共十七页例水分子例水分子峰位、峰数与峰强峰位、峰数与峰强（1）峰位）峰位 化学键的力常数化学键的力常数k 越大，原子折合质
5、量越小，键的振越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。在低波数区（高波长区）。（2）峰数）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。外吸收。本讲稿第十一页，共十七页例例2 CO2分子分子（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收
6、峰，倍频峰；（3）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；（极性越大），吸收峰越强；本讲稿第十二页，共十七页 1 1内部因素内部因素 （1）电子效应）电子效应a诱导效应诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（兰移）四、影响峰位变化的因素四、影响峰位变化的因素化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。各种化合物中相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。R-COR C=0 1715cm-1 ;R-COH C=0 1730cm-1；R-COCl C=0 1800cm-1 ;R-
7、COF C=0 1920cm-1 ;F-COF C=0 1920cm-1 ;R-CONH2 C=0 1928cm-1 ;本讲稿第十三页，共十七页共轭效应共轭效应cm-1cm-1cm-1cm-1规律：本讲稿第十四页，共十七页C HC HC HC H1576cm-11611cm-11644cm-11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-1（）空间效应（）空间效应场效应；空间位阻；环张力场效应；空间位阻；环张力C H3060-3030 cm-12900-2800 cm-12222本讲稿第十五页，共十七页2.2.氢键效应氢键效应 氢键(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。本讲稿第十六页，共十七页 内容选择：第一节第一节 红外基本原理红外基本原理第二节第二节 红外光谱仪器红外光谱仪器第三节第三节 红外光谱与分子结构红外光谱与分子结构第四节第四节 红外谱图解析红外谱图解析结束结束本讲稿第十七页，共十七页