Transcript chapter 10 红外光谱

Infrared Spectrometry
红外光谱
Introduction
0.75~1000 m
 19世纪初：发现红外辐射(热辐射)，检测困
难；1892年：岩盐棱镜、电阻温度计（测热
辐射计）、20多种、甲基3.45m;1905年：
128种有机和无机物的IR图，发现了IR与分
子结构间存在相互关系，逐渐被重视；1930
年后：分析工具的可能性，着手研制IR仪；
1947年第一台IR仪问世(棱镜)；50年代初：
书；60年代第二代IR仪问世（光栅）；70年
代第三代IR仪问世（干涉仪、傅里叶变换）；
最成熟和最主要的手段之一。
E  h 
hc

E  E1  E0
EV : 0.05 ~ 1eV;
化学键的振动;
振动跃迁; 红外光谱;
分子振动光谱; CO2 ;
• 红外吸收光谱法测定的是样品对中红外区
(2.5m ~ 25m；4000 cm-1 ~ 400 cm-1 ）的光
的吸收：吸收波长（波数）和强度。
伸缩振动
□分子
的振动
弯曲振动
对称伸缩振动（s）
反对称伸缩振动（ as）
面内： 剪式（）摇摆（）
面外： 扭曲（）摇摆（）
Vibrational freedom （振动自由度） ：
n-atoms; 3n; six: translations平移 and rotations;
3n-6 degrees (nonlinear molecule);
3n-5 (linear molecule).
CH4: 9; C2H6: 18; H2O: 3 ; CO2: 4; ( )
水
CO2

c

波数 

1


c


c
高波数区；低波数区
波数与频率成正比
1
k
k
1
 
 1307
(cm )
2c 

m1m2

m1  m2
k：化学键的力常数（键能和键长）
：双原子的折合质量；m：相对原子质量；
9.6
例: C=C键的波数值
m1m2
12 12


6
m1  m2 12  12
k
9.6
v  1307
 1307
 1650cm 1

6
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1。
丁烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1648cm-1。
化学键键强越强（k越大），越小，化学键的振动频
率越大，吸收峰将出现在高波数区。
1648cm-1
C-C; C=C; CC
1200; 1650; 2100cm-1
CH2=CH-CH2-CH3 1597cm-1
CH2=CH-CH=CH2
红外非活性和红外活性振动
(O2、Cl2
  0)
 如果分子中某一个键是对称的并且偶极矩变
化为零，它的振动称为红外非活性振动。在
红外光谱上一般没有吸收发生。
H-CC-H
 偶极矩不为零的键的振动通常
会有红外吸收，这样的振动称
为红外活性振动。
O=C=O
OCO
OCO
  0
  0
R-CC-R
H-CC-R;
  0
红
外
光
谱
产
生
的
条
件
炔
烃
A. ΔE = E
B.   0
烷烃
烯烃
烯烃顺反异构体
(C=C):
1695~1540cm-1
醇的红外光谱 （Ethanol
1000 and 1100 cm-1
乙醇）
面外弯曲(O-H)
O-H bond
< 3000 cm-1
C-H bonds
3230 - 3550 cm-1
面内弯曲(O-H)
C-O bond
基频区和指纹区的用处
The IR spectrum for a ketone
酮的红外光谱
C-H
~2800cm-1
-H
1700 cm-1
C=O
醛
酮
醛
酮
的
区
分
2500 - 3300 cm-1
1000 and 1300 cm-1
1680 - 1750 cm-1
<3000 cm-1
1740 cm-1
1240 cm-1
C-H
C=O
C-O
苯
表 取代苯的红外吸收峰值
取代类型
Frequency, cm-1
Remarks
单取代
770-730 and 720-680 （5H）
s（双峰）
邻二取代
770-735（4H）
s（单峰）
间二取代
900-860（1H） 810-750（3H） w to m（三个峰）
对二取代
860-800（2H）
s（单峰）
1,3,5-三取代
860-710（1H）
m（三个峰）
1,2,3-三取代
780-760（3H）
m to w（双峰）
1,2,4-三取代
870-850（1H） 825-805（2H） m to w（双峰）
C–H stretching
~3030
m to w
C=C stretching
1430-1650
s to m
谱图解析
1
Ω  (2n4  n3  n1  2)
2
• 作用：由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，
三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。
例：
C9H8O2
1
Ω
• C6H6
2
( 2  9  0  8  2)  6
1
  (2  6  6  2)  4
2
• C7H5NO3   1 (2  7  1  5  2)  6
2
• C10H7Br   1 (2  10  0  8  2)  7
2
 =0  分子中无双键或环状结构
 =1  分子中可能含一个双键（=）或环
 =2  可能含2个= or 1个= +环 or 1个三键（）
 =3  3个= or 2个= +环 or 1个三键（）+1个=
 =4  分子中可能含苯环
 =5  分子中可能含苯环+一个双键
C9H10O，IR主要吸收峰：3060，3030，2980，2920，
1700，1600，1580，1500，1435，1370，750，690cm-1。
1
  (2  9  10  2)  5
2
COCH2CH3
C8H7N
 =1/2(2+28+1-7)=6
CH3
CN
IR：(cm-1)=3030(弱)，2920 (弱)， 2217 (中)，
1607 (强)， 1508 (强)， 1450 (弱)， 817 (强).
C8H8O
 =1/2(2+28-8)=5
IR：(cm-1)=3010(弱)，1680 (强)，1600 (中)，
1580 (中)， 1450 (中)，1430 (弱)， 755(强)，
690 (中)。
COCH3
1. 某化合物分子中含有羰基（C=O）和氰基
（CN），预测其红外光谱在哪些区域会出现
特征吸收峰？
2. 丙 烯 醇 （ CH2=CH-CH2-OH ） 和 丙 酮
（CH3COCH3）是同分异构体，能否用IR鉴别
它们，为什么？
CH2=CHCH2OH
C3H6O IR：3300(s,b)，1650，1430，995，920 cm-1；
C14H14 IR：3020，2938，2918，1600，1584， 1493，
1452， 755， 690cm-1；
Ph-CH2CH2-Ph
干涉仪
检测器
样品池
傅里叶变换红外光谱仪结构框图
计算机
显示器
绘图仪
光源
干涉图
FTS
光谱图
制样方法
1）气体——气体池
①液膜法难挥发液体(BP>80C)
2）液体：
②溶液法液体池(溶剂CCl4 ，CS2)
①研糊法（液体石腊法）
3) 固体:
②KBr压片法
③薄膜法