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红外与拉曼光谱 Infrared Absorption spectroscopy Raman spectroscopy

红外与拉曼光谱 Infrared Absorption spectroscopy Raman spectroscopy. 刘和文. 学时安排. 9 学时 基本原理，谱仪与实验技术 特征官能团的特征谱带 谱图解析与应用. 红外光谱概述. 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振 - 转光谱. 红外光谱与有机化合物结构. 红外光谱图 ： 纵坐标为吸收强度， 横坐标为波长 λ （ μ m ） 和波数 1/ λ 单位： cm -1. 应用： 有机化合物的结构解析。 定性： 基团的特征吸收频率； 定量： 特征峰的强度；. 红外光谱产生的条件.

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Presentation Transcript

  1. 红外与拉曼光谱Infrared Absorption spectroscopyRaman spectroscopy 刘和文

  2. 学时安排 • 9学时 • 基本原理，谱仪与实验技术 • 特征官能团的特征谱带 • 谱图解析与应用

  3. 红外光谱概述 • 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱

  4. 红外光谱与有机化合物结构 红外光谱图： 纵坐标为吸收强度， 横坐标为波长λ （ μm ） 和波数1/λ 单位：cm-1 应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度；

  5. 红外光谱产生的条件 (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。 非对称分子：有偶极矩，红外活性。 偶极子在交变电场中的作用示意图

  6. 分子振动方程式 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧 任意两个相邻的能级间的 能量差为： K化学键的力常数, 为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）

  7. 表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃） 键类型: —CC — > —C =C — > —C — C — 力常数: 15  17 9.5  9.9 4.5  5.6 峰位: 4.5m 6.0 m 7.0 m 　　化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。

  8. 例题: 由表中查知C=C键的k=9.5  9.9 ,令其为9.6, 计算波数值 正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1

  9. 分子中基团的基本振动形式 1．两类基本振动形式 伸缩振动 亚甲基： 变形振动 亚甲基

  10. 甲基的振动形式 伸缩振动 甲基： 对称 不对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1 υas(CH3) 2960㎝-1 变形振动 甲基 对称δs(CH3)1380㎝-1不对称δas(CH3)1460㎝-1

  11. 分子中基团的基本振动形式 （1）峰位 化学键的力常数k 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，出现在低波数区（高波长区）。 例１　水分子 （2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。

  12. （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（极性越大），吸收峰越强；（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（极性越大），吸收峰越强； CO2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； （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；

  13. 红外吸收峰强度 • 问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？ • 吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化 • 吸收峰强度  偶极矩的平方 • 偶极矩变化——结构对称性； • 对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大 • 符号：s(强)；m(中)；w(弱) • 红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级；

  14. 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。

  15. 影响峰位变化的因素----电子效应 1．内部因素 （1）电子效应 a．诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（兰移） R-COR C=0 1715cm-1 ; R-COH C=0 1730cm -1； R-COCl C=0 1800cm-1 ; R-COF C=0 1920cm-1 ; F-COF C=0 1920cm-1 ; R-CONH2C=0 1928cm-1 ;

  16. 影响峰位变化的因素----电子效应 ｂ．共轭效应 cm -1 cm -1 cm -1 cm -1

  17. H C - 1 1 7 8 1 c m C H - 1 1 5 7 6 c m C H - 1 1 6 7 8 c m - 1 1 6 1 1 c m - 1 1 6 5 7 c m C H - 1 C H 1 6 5 1 c m 1 6 4 4 c m - 1 影响峰位变化的因素----空间效应 • 场效应；空间位阻；环张力 3060-3030 cm-1 2900-2800 cm-1 2 2 2 2

  18. 影响峰位变化的因素----氢键效应 2．外部因素：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。

  19. 干涉仪 样品室 检测器 显示器 计算机 光源 绘图仪 FTS 干涉图 光谱图 傅里叶变换红外光谱仪结构框图

  20. 制样方法 1）气体——气体池 ①液膜法——难挥发液体（bp>80C） ②溶液法——液体池 2）液体： 溶剂： CCl4 ，CS2常用。 ①研糊法（液体石腊法） ②KBr压片法 ③薄膜法

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