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1、1,第十三章 红外与紫外光谱,2,第十三章 红外与紫外光谱,第一部分 红外光谱(IR),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 生, 用来确定分子中的官能团。,3,讲授提要,第一节:基本原理与分子中原子的振动类型,第二节:红外光谱的表示,第三节:影响红外吸收的主要因素,第四节:红外吸收区域及特征红外吸收,第五节:各类化合物的红外吸收及谱图解析,4,第一节 基本原理与分子中 原子的振动类型,一、基本原理,双原子分子振动示意图,该振动符合物理学上的简偕运动,遵从虎克定律。,5,虎克定律:,: 振动频率 :力常数(这
2、里可看作是键能) m1、m2:分别为两个原子的质量 : 原子的折合质量,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。,6,二、分子中原子的振动类型,伸缩振动,面内弯曲,面外弯曲,弯曲振动,键角不变,键长改变,键长不变,键角改变,高频区,低频区,as,s,面内,面外,7,多原子分子振动的方式为: 3n-6种(n:分子中原子的数目),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:,2、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。,4、有时吸收频率在仪器的工作频率之外。,不产生吸收.,8,第二节 红外
3、光谱的表示,横坐标:波长()、波数()表示吸收的位置;,纵坐标:透射百分率(T)或吸光度(A)表示吸收的强度。,9,第三节 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 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。,2、轨道中S成分越多,键的强度越大,吸收频率越高,10,3、原子的质量越大,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。,11,4、共轭效应使振动吸收频率降低。,第四节 红外吸收区域 及特征红外吸收峰,1、官能团区:4000 1400cm-1 这个区域的吸收峰由键和官能团的伸缩振动所产生。振动频率较高,受分子中其它结构影响较
4、小,位置比较固定,对于确定分子中的官能团很有用。,一、红外吸收区域,12,2、指纹区:1400625cm-1,该区域是红外光谱中的低频区,该区域的吸收主要由CC、CN、CO、CX键的伸缩振动和各种键的弯曲振动所产生。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,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。,该区域的谱带特别密集,犹如人的指纹故称指纹区。,13,二、特征红外吸收峰,吸收波数cm- 产 吸 收 的 键,14,面内弯曲振动,各种碳氢键的面外弯曲振动,醛、酮、羧酸.,15,第五节 各类化合物
5、的 红外吸收及解析,通常解析红外光谱: 先看高频区(40001400cm-1), 再看低频区(1000650cm-1)。 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 吸收峰。,16,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。 习惯上把这些相互依存又可相互佐 证的一组峰叫相关峰。,例: RCH = CH2 可产生三种特征吸收峰,这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。,17,一、烷烃,1、 30002800cm-1,2、 (面内)14751300cm-1,3、 (面外)740720cm-1,(CH2)n当 n4时: 在74
6、0720cm-1会产生吸收峰。,18,正辛烷的红外光谱图,19,异丙基和叔丁基 在1375cm-1处的 裂分情况:,20,二、烯烃,(面外),990和910两个峰,890,970,21,1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,22,顺,反-2-辛烯的红外光谱,23,顺,反-2-辛烯红外光谱的比较,24,三、炔,末 端 2140-2100,链中 2260-2210,25,1 辛炔的红外光谱,26,四、芳烃(苯及其衍生物),3010cm-1,1600cm-1 1580cm-1 1500cm-1 1450cm-1,27,28,770 730cm 1 710
7、 690cm 1为一取代苯,甲苯的红外光谱,29,邻二甲苯的红外光谱,770 735cm -1为邻二甲苯,30,810 750cm 1 710 690cm 1 为间二甲苯,间二甲苯的红外光谱,31,对二甲苯的红外光谱,833 810cm -1为对二甲苯,32,五、醇,游离羟基吸收峰: 3650-3600cm-1 ( 高而尖),氢键缔合吸收峰: 3500-3200cm-1 ( 低而宽),1300 1100cm-1,33,34,3340cm-1,1100cm-1,35,六、羰基化合物,18501650cm-1,羰基的伸缩振动吸收是红外光谱中最具特色的吸收。因:,1、羰基极性大吸收强度高;,2、在1
8、8501650cm-1区域几乎无其它的吸收干扰,可以说是:独此一家,别无分店。,36,1、醛,17501700cm-1,2820cm-1、 2720cm-1,37,38,1730cm-1,2820cm-1,2720cm-1,39,2、酮,1715cm-1,1685cm-1,40,41,1685cm-1,42,根据红外光谱判断化合物类型:,1715cm-1酮羰基,43,缔合羟基吸收峰:醇,44,1810cm-1酰氯羰基,45,根据红外光谱判断化合物的结构式:,46,47,48, = 200 800nm E = 145 627KJ.mol-1,第二部分 紫外光谱(UV),由分子中电子能级的跃迁所产
9、生, 主要用来揭示分子中的共轭体系.,49,讲 授 提 要,第一节:朗勃-比尔定律与紫外吸收光谱图,第二节:电子跃迁的类型,第三节:各类有机化合物的电子跃迁,第四节:紫外光谱在有机化学中的应用,50,远紫区: 4200nm,近紫区: 200400nm,可见光区: 400800nm,紫外光谱仪所用波长: 200800nm,紫外光区:4 400nm,(也称真空紫外区),UV:200800nm,(近紫和可见光区),51,第一节 朗勃-比尔定律 与紫外吸收光谱图,溶液的浓度若用mol/L表示,则消光系数用来表示,称为摩尔消光系数:,摩尔消光系数的大小反映电子跃迁几率的高低,一、朗勃-比尔定律,52,m
10、ax :14.8 (吸收强度),max :279nm(吸收位置),溶剂:环己烷,二、紫外吸收光谱图,53,第二节 电子跃迁的类型,能量,E,54,第三节 各类有机化合物 的电子跃迁,一、饱和有机化合物的电子跃迁,1、烷烃:,CH4,其它烷烃,:150nm,2、含杂原子的饱和化合物,远紫区,远紫区,55,56,近紫区,二、不饱和有机化合物的电子跃迁,1、含单个C=C,(E带),CH2=CH2,远紫区,57,58,188nm 远紫区,(R带),270290nm,:,:,.,59,188 900,279 14.8,60,61,62,二、共轭体系的电子跃迁,(带),1 162 10,000,2 217
11、 21,000,3 258 35,000,4 296 52,000,5 335 118,000,随着共轭链的延长: 吸收波长红移 ,强度增大.,63,二苯共轭多烯的紫外吸收光谱,64,乙烯分子的轨道,乙烯分子的轨道,1,3 丁二烯分子的轨道,65,66,名词解释:,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,的基团就叫发色团。,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。,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。,如:-OH、-NH2、-OR、-X等。,67,四、苯的电子跃迁,E带 180184 4,7000,K带 20020
12、4 7000,B带 230270 204,中心254nm,苯环最重要的吸收带是B带,虽然强度不高但具有精细结构很典型。,68,WoodwardFieser规则,69,WoodwardFieser规则,共轭体系紫外吸收位置经验计算方法,链状二烯,基准值(nm),217,异环二烯和环内外二烯,214,同环二烯,253,70,71,计算举例:,链状二烯基准值 217,烷基取代 (5)2,(nm),计算值 227,实测值 226,1、,72,2、,同环二烯基准值 253,(nm),延伸一个共轭双键 +30,一个环外双键 +5,烷基取代 (+5)3,计算值 303,实测值 304,73,3、,(nm),
13、异环二烯基准值 214,一个环外双键 +5,烷基取代 (+5)4,计算值 239,实测值 238,74,4、,同环二烯基准值 253,(nm),延伸二个共轭双键 +302,烷基取代 +5 5,环外双键 +5 3,计算值 353,实测值 355,75,76,77,例1、,六员环,-不饱和酮基准值 215,延伸一个共轭双键 +30,一个环外双键 +5,烷基或环取代:,位 +12,位 +18,计算值 280,实测值 284,(nm),78,例2、,六员环,-不饱和酮基准值 215,(nm),延伸二个共轭双键 +302,同环二烯 +39,一个环外双键 +5,烷基或环取代:,位 +12,位 +18,计算值 349,实测值 348,79,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,2、羰基n*跃迁产生的吸收带,3、苯环产生的吸收带,吸收中强,80,第四节 紫外光谱在 有机化学中的应用,1、测定化合物的结构,有共轭体系存在,217 260 300 330,共轭双键数目: 2 3 4 5,有苯环存在,有羰基存在,81,2、测定化合物的含量,含有杂质时吸收波长不变,强度改变。,3、检验化合物的纯度,如: 乙醇中是否含有乙醛 环己烷中是否含有苯,样品透明无吸收,杂质有吸收,82,谢谢再见!,
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