红外吸收光谱

UV——分子外层价电子能级的跃迁（电子光谱） IR——分子振动和转动能级的跃迁 （振转光谱）
三、红外光谱的作用 1．可以确定化合物的类别（芳香类） 2．确定官能团： 例：—CO—，—C＝C—，—C≡C— 3．推测分子结构（简单化合物） 4．定量分析
四、红外光谱的表示方法
T~λ曲线 →前密后疏
(cm1 ) 10 4 ( m)
当r re U 0 当r re 或r re U 0
分子振动总能量 EV U T
U 位能 T 动能
当 r re U 0 ，EV T 当（r re）最大 T 0 ，EV U
A、B两原子 距平衡位置最
远
量子力学证明：
分子振动总能量 EV
（V
1 ） h
2
分子振动频率
(1)伸缩振动(stretching vibration)：指键长沿键轴方向发生周 期性变化的振动，分两种：
1)．对称伸缩振动(symmetrical stretching vibration) ：键长 沿键轴方向的运动同时发生
AX
型分子
2
AX 3型分子
s CH 2
~
2850cm 1
s CH 3
~
2870cm1
例： CH CC CO 2） 同类原子：u '一定，K ， （光谱区左端）
不同类原子：要看K或 u ' 哪一个起主导作用
K影响大，K ， （光谱区左端）
u ' 影响大，u ' ， （光谱区右端）
例： CC
CC
CC
K 15N / cm K 10 N / cm K 5N / cm
内摇动
AX
型分子
2
CH 2 ~ 720cm 1
L 红外光的照射频率 分子的振动频率
2 振动频率(vibration frequency)：由Hooke定律推导出的简
谐振动公式计算：
K为化学键力常数，即将化学键两端的原子
由平衡位置拉长0.1nm后的恢复力，单键、
双键及三键的力常数K分别近似为5、10及
1 K 2 u
每厘米长 度中波动 的数目
2)．反称伸缩振动(asymmetrical stretching vibration)：键长 沿键轴方向的运动交替发生
AX 2型分子
AX
型分子
3
as CH 2
~
2925cm1
as CH 3
~
2960cm1
(2) 弯曲振动(bending vibration)（变形振动denformation vibration)：
~ 2060 cm1 ~ 1680 cm1 ~ 1190 cm1
例： CC CH
3） 同一基团的振动形式不同 峰位不同
例：
as CH
s CH
CC的K 3倍
于C-H，而u '
却6倍于C-H
3 振动形式(vibration style) ：多原子分子的振动形式较多，但 基本上包括两大类，即伸缩振动和弯曲振动。
principle of IR
红外分光光度法——研究物质结构与红外光谱之间关系 红外光谱——由吸收峰位置和吸收峰强度共同描述
一、分子振动能级和振动形式 二、红外吸收光谱产生的条件和吸收峰强度 三、吸收峰的位置 四、特征峰和相关峰
一、分子振动能级和振动形式 1．振动能级(vibrational level)：为了讨论方便，以双原子 分子(或基团)的纯振动光谱为例予以探索。
r 原子间实际距离 re 原子间平衡距离 K 化学键力常数（N / cm）
把A、B两个不同质量的原子近似地看作 两个小球，把连接两者的化学键看成质量 可以忽略不计的弹簧，则两个原子间的 伸缩振动可近似地看成沿键轴方向的简谐 振动，双原子分子可近似地看作为谐振子
简谐振动位能
U
1 2
K
(r
re
)
2
15N/cm(1N=1×105g.cm/s2)；
u为折合质量，即u m A .mB mA mB
其中mA及mB分别为化学键两端原子 A和B的质量；
因为
1 c
每秒内 的波动 数目
所以 1 K 2c u
将原子A和B的折合相对原子质量（简称原子量）u ' 代替折合
质量 u得：
1K
1
6 .0 2 123 K 0 3 /c N m
一、红外光的区划 红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波。
近红外区：0.76~2.5μm —OH和—NH倍频吸收区
中红外区：2.5~25μm
振动、伴随转动光谱
远红外区：25~500μm 纯转动光谱
二、红外吸收过程 分子中基团的振动 和转动能级跃迁产 生：振-转光谱 辐射→分子振动能 级跃迁→红外光谱 →官能团→分子结 构
V 分子振动量子数
V 0 ，1 ，2 ，3
分子振动总能量 EV
（V 1 ） h
2
a
当V=0时，分子处于基态，Ev = 1/2hν，
即振动体系的能量仍不为零。当V 0
时，分子处于激发态。
分子振动能级差 E振 V h
光子照射能量 EL h L
产生红外光谱前提 E振 EL
b
即 L V
指键角发生周期性变化、而键长不变的振动。
1)．面内(in-plane)弯曲振动β：弯曲振动发生在由几个原子 构成的平面内，有以下两种情况： ·剪式振动(scissoring vibration)δ：振动中键角的变 化类似剪刀的开闭.
AX 2型分子
CH2 ~ 1465 20cm1
·面内摇摆(in-plane rocking)ρ：基团作为一个整体在平面
T ~σ曲线 →前疏后密
五、IR与 转动能级跃迁
适用
所有红外吸收的 有机化合物
特征性 特征性强
用途
鉴定化合物类别
鉴定官能团
推测结构
UV 分子外层价电能级跃迁
具n-π*跃迁有机化合物 具π-π*跃迁有机化合物 简单、特征性不强 定量 推测有机化合物共轭骨架
第一节 红外分光光度法基本原理
()
2cu 2 3 .14 3 .0 1 0 1 610 c 0 0/m s u '(g )
1N110 5g.cm /s2
( ) 1302 K (cm1 )
u'
注： 与K 和u '有关
化学键力常数K越大，折合相对原子质量 u ' 越小，则谐振 子的振动频率越大，即振动吸收峰的波数越大。
讨论： ( ) 1302 K (cm1 ) 1） K相近，u ' ，u ' （光谱区右端）