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中国药科大学分析化学课件—11 红外分光光度法
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对取代( 个相邻H 对取代(2个相邻H)
γ φ −H 860 ~ 800cm−1 (强,单峰)
图示
3. 多取代
示例
νC=C 1600,1500 双峰
νφ−H > 3000
γ φ −H (邻)~ 743cm−1 (单峰)
γ φ −H (间) ,692 767
~ 900太弱
γ φ −H 792 (单峰)
(一)酮、醛、酰氯 ν C=O (酮)~ 1715cm−1 (极强) 1.酮
• •
共轭效应使吸收峰→ 共轭效应使吸收峰→低波数区 环酮:环张力↑ 吸收峰→ 环酮:环张力↑,吸收峰→高波数区
2.醛
• •
ν C=O (醛)~ 1725cm (强,尖锐)
ν CH (O) ~ 2820 和 2720cm−1 (双峰)
1 ν= 2π K m折
K ⇒σ =1302 m折
m1 ⋅ m2 其中 m折 = m1 + m2
注:σ 与K 和m折有关
讨论: 讨论:
1) 相近, K m折 ↑⇒σ ↓,ν ↓ (光谱区右端) 例:ν C−H >ν C−C >ν C−O 2) 同类原子: 折一定, ↑⇒σ ↑,ν ↑,(光谱区左端) m K
νC=(酰氯)1800 O
νC−C=O 900
续前 二)羧酸、酯、酸酐 羧酸、 (
ν OH (羧酸) 3400 ~ 2500cm−1 (强、宽峰) ν C−O (羧酸) 1320 ~ 1200cm−1(中强) 2.酯 ν C=O (酯)~ 1735cm−1 (强) ν C−O (酯) 1280 ~ 1100cm−1 −O s as −1 νC−O 1150 ~ 1000cm−1 (弱) νC−O 1280 ~ 1100cm(强)
ν N−H (单)
νC−(仲)中强 N
νφ−H > 3000
ν N−H (强单)
νC=C 1600,1500 (双)
续前
(二)酰胺
ν C=O (酰胺) 1680 ~ 1630cm−1(强)
ν NH (酰胺) 3500 ~ 3100cm (强)
γ C=CH (顺式) ~ 960cm−1 →强) (中 −1 γ C=CH (反式) ~ 690cm(中→强) −1 ν C=C ~ 1650cm−1 (弱→不定) 2.C=C骨架振动 C=C骨架振动
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顺式> 顺式>反式 取代基完全对称时, 取代基完全对称时,峰消失
3.发生π-π共轭或n-π共轭——共轭效应将使 发生π 共轭或n 共轭——共轭效应将使 吸收峰位移向低波数区10~30cm 吸收峰位移向低波数区10~30cm-1
一、脂肪烃类化合物
(一)烷烃 1. C-H伸缩振动
ν
as CH3 as CH2
νC−H (饱和)3000 ~ 2850cm−1 (强) −1 s −1 ~ 2960cm (很强) ν CH3 ~ 2870cm (很强)
~ 2925cm (强)
−1
ν
ν
s CH2
~ 2850cm (强)
−1
ν CH ~ 2890cm−1 (中强,易淹没)
ν
as C−O
1275 ~ 1200cm
−1
~ 1250cm (强)
−1
ν
s C−O(φ )
~ 1040cm (中 )
−1
示例
νO−H ~ 3200
νC−O ~ 1050
νC−O ~ 1100
四、羰基化合物
ν C=O 1900 ~ 1600cm−1 (强)
峰位排序: 羧酸(游离) 峰位排序:酸酐 > 酰卤 > 羧酸(游离)> 酯类 > 醛 > 酮 > 酰胺
2.芳环骨架伸缩振动——确定苯环存在 芳环骨架伸缩振动——确定苯环存在
νC=(芳环)~ 1600 和~ 1500cm(强) 双峰 → =C C
νC=(芳环)~ 1600 , 1580 和~ 1500cm−1 ~ (三峰) C
−1
νC=(芳环)~ 1600 , 1580, 1500 和~ 1450cm−1 ~ ~ (四峰) C
续前
(三)炔烃 1.C-H振动
ν ≡CH
~ 3300cm−1 (强) ~ 1300cm−1 (强) ~ 630cm−1 (强)
β≡CH
γ ≡CH
2.C≡C骨架振动 C≡C骨架振动
ν C≡C ~ 2200cm−1 (中→强)
•
取代基完全对称时, 取代基完全对称时,峰消失
示例
as as ν CH3 2960 ν CH2 2925 s s ν CH3 2870 ν CH2 2850
as δCH3 1460 δCH2 1465
s δCH3 1390
ρCH2 723
ν =CH > 3000
νC=C ~ 1650
γ =CH 1010
γ =CH2 912
ν ≡CH 3300
νC≡C ~ 2200
β≡CH 1238
二、芳香族化合物
1.芳氢伸缩振动
νφ −H 3100 ~ 3000cm−1 (弱→中)
−1 −1
续前
2. 双取代 邻取代( 个相邻H • 邻取代(4个相邻H)
1000cm−1
667cm−1
γ φ −H ~ 750cm−1 (强,单峰)
→与单取代峰位重叠
•
间取代( 个相邻H 间取代(3个相邻H,1个孤立H) 个孤立H γ φ −H(三峰)
810 ~ 750cm−1 (强) 725 ~ 680cm−1 (较强) 900 ~ 860cm−1 (中强)
−1
共轭效应使吸收峰→ 共轭效应使吸收峰→低波数区 δCH (O)二倍频峰与 CH (O) 2850cm−1 ν 双峰原因→ 双峰原因→费米共振
接近⇒分裂成双峰
−1
(酰氯)~ 1800cm 3.酰氯 ν C=O • 诱导效应使吸收峰→高波数区 诱导效应使吸收峰→
示例
νC=(酮) 1715 O
νC=(醛) 1725 O
叔胺:无 NH 峰 ν
−1
δ NH 1650 ~ 1560cm (中,单峰) −1 δ 伯胺: −NH2 1650 ~ 1590cm(弱)
仲胺: −NH − 1650 ~ 1550cm(中强) δ
−1
−1
ν C−N (胺) 1300 ~ 1100cm−1 (中)
示例
ν N−H (双)
νC−(伯)弱 N
二、吸收峰强度
(一)吸收峰强的表示方法
• • • •
强峰 ε=20~100 ε=20~ 中强峰 ε=10~20 ε=10~ 弱峰 ε=1~10 ε=1 极弱峰 ε<1 ε<1
(二)影响峰强度的因素 振动过程中偶极矩的变化 跃迁几率:激发态分子占所有分子的百分数 注: ∆µ↑,跃迁几率↑, ε ↑ ∆µ↑,跃迁几率↑
νC=(羧酸) 1718 O
ν C−O 1248
νC=(酯) 1744 O
ν C−O 1190
νC=(酸酐) ,1757 1824 (双) O
νC−O 1042 (强)
五、含氮化合物
(一)胺
ν NH (胺) 3500 ~ 3300cm (强度不定)
脂肪胺→峰弱;芳香胺→峰强 伯胺:双峰 特征区分→ 特征区分→ 仲胺: 单峰
续前
(5)分子互变结构
(6)振动偶合
费米共振
续前
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.外部因素: 受溶剂的极性和仪器色散元件性能影响 溶剂极性↑ 极性基团的伸缩振动频率↓ 溶剂极性↑,极性基团的伸缩振动频率↓ 色散元件性能优劣影响相邻峰的分辨率
(三)特征区与指纹区
1.特征区(特征频谱区):4000~1250cm-1的高频区 特征区(特征频谱区) 4000~1250cm 包含H的各种单键、 包含H的各种单键、双键和三键的伸缩振动及面内 弯曲振动 特点:吸收峰稀疏、较强, 特点:吸收峰稀疏、较强,易辨认 注:特征峰常出现在特征区 2.指纹区: 1250~400cm-1的低频区 1250~400cm 包含C 包含C—X(X:O,H,N)单键的伸缩振动及各种 面内弯曲振动 特点:吸收峰密集、难辨认→ 特点:吸收峰密集、难辨认→指纹 注:相关峰常出现在指纹区
图示
续前
注:影响偶极矩大小的因素 1)化学键连有原子电负性的大小 电负性差别↑ 电负性差别↑, Δμ ↑,峰↑ 2)分子的对称性 完全对称的结构,Δμ=0 完全对称的结构,Δμ=0,产生红外非活性振动 不对称的结构,Δμ≠0 不对称的结构,Δμ≠0,产生红外活性振动
第二节
各种化合物的典型光谱
一、脂肪烃类化合物 二、芳香族化合物 三、醇、酚、醚 四、羰基化合物 五、含氮化合物
2
3. C-C骨架振动
ν C−C 1250 ~ 1140cm−1 (弱→中)
续前 4)甲基与芳环或杂原子相连:
诱导效应:吸电子的诱导效应使吸收峰位移向高波数区 斥电子的诱导效应使吸收峰位移向低波数区
续前
(二)烯烃 1.C-H振动 ν =CH 3100 ~ 3000cm−1 (弱→中强)
γ =CH 1010 ~ 650cm−1 (强)
−1
ν C−O (仲醇)~ 1100cm
−1
ν C−O (叔醇)~ 1150cm−1
注:酚还具有苯环特征
续前
(二)醚
ν C−O 1300 ~ 1000cm−1
1.链醚和环醚
ν
as −1 1150 ~ 1060cm (强) C−O−(链) C
ν
ν
s (链) →消失 弱 C−O −O
2.芳醚和烯醚
as C−O(φ )
(酸酐) 双峰 → 3.酸酐 ν C=O