红外光谱与核磁共振谱

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1、《红外光谱与核磁共振谱》【学习要求】1、了解红外光谱与核磁共振谱基本原理及其有关的概念2、了解红外吸收光谱产生的条件3、了解红外吸收的强度、核磁共振谱中化学位移的概念4、大致了解各类有机化合物红外吸收光谱和核磁共振谱特征一、红外吸收光谱（一）红外吸收光谱的基本原理 红外光波波长位于可见光波和微波波长之间0.75-1000mm(1mm=10-4cm)其中：   远红外 0.75-2.5mm   中红外 2.5-25mm 4000-400cm-1     近红外 25-1000mm  红外光波的波长常用波数(cm-

2、1)表示。波数的定义是：每1厘米范围内所含光波的数目。波数=104/l(mm)。因此，2.5mm波长，相当于104/2.5cm-1，即：4000cm-1，而25mm相当于400cm-1。1．分子的振动能级  引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的跃迁。红外吸收光谱是分子的振动-转动光谱。用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。 2、基本振动的类型 一般把分子的振动方式分为两大类：化学键的伸缩振动和弯曲振动。（1）伸缩振动 指成键原子沿着价键的方向来回

3、地相对运动。在振动过程中，键角并不发生改变，如碳氢单键，碳氧双键，碳氮三键之间的伸缩振动。伸缩振动又可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。  （2）弯曲振动 弯曲振动又分为面内弯曲振动和面外弯曲振动，用d、g表示。如果弯曲振动的方向垂直于分子平面，则称面外弯曲振动，如果弯曲振动完全位于平面上，则称面内弯曲振动。剪式振动和平面摇摆振动为面内弯曲振动，面外摇摆振动和扭曲变形振动为面外弯曲振动。以-CH2-：剪式振动、平面摇摆振动、面外摇摆振动、扭曲变形振动3、影响峰数减少的因素 （1）红外非活性振动 （2）分子结构对

4、称，某些振动频率相同。 （3）强宽峰复盖频率相近的弱而窄的峰。 （4）在红外区域外的峰。 （5）别弱的峰或彼此十分接近的峰（二）红外吸收光谱产生的条件   一定波长的红外光照射被研究物质的分子，若辐射能(hn)等于振动基态(Vo)的能级(E1)与第一振动激发态(V1)的能级(E2)之间的能量差(DE)时，则分子可吸收能，由振动基态跃迁到第一振动激发态(V0®V1)： DE=E2-E1=hn   分子吸收红外光后，引起辐射光强度的改变，由此可记录红外吸收光谱，通常以波长(mm)或波数(cm-1)为横坐标，百分透过

5、率(T%)或吸光度(A)为纵坐标记录。  在红外光的作用下，只有偶极矩(Dm)发生变化的振动，即在振动过程中Dm¹0时，才会产生红外吸收。这样的振动称为红外“活性”振动，其吸收带在红外光谱中可见。在振动过程中，偶极矩不发生改变(Dm＝0)的振动称红外“非活性”振动；这种振动不吸收红外光，在IR谱中观测不到。如非极性的同核双原子分子N2，O2等，在振动过程中偶极矩并不发生变化，它们的振动不产生红外吸收诺带。有些分子既有红外“活性”振动，又有红外“非活性”振动。如CO2：其对称伸缩振动，Dm=0，红外“非活性”振动

6、；其反对称伸缩振动，Dm¹0，红外“活性”振动，2349cm-1（三）红外吸收的强度  T%愈低，吸光度就愈强，谱带强度就愈大。根据T％，谱带强度大致分为：很强吸收带(vs，T％＜10)；强吸收带(s，10＜T％＜40)，中强吸收带(m，40＜T％＜90)，弱吸收带(w，T％＞90)，宽吸收带用b表示。  稀溶液中测得的红外光谱，其谱带的吸光度(A)可遵守Beer-Lambert定律：   A＝acl  式中a为吸光系数，l为吸收池的厚度，c为溶液的浓度。若c用mol浓度表示，则a用e 表示，e为mo1吸光系数

7、。a或e仅在定量分析时使用。红外光谱用于结构分析及结构鉴定时，均使用相对强度T％(或A)，此时所指的强吸收带或弱吸收带是对于整个光谱图的相对强度而言。（四）红外吸收光谱中常用的几个术语1、基频峰与泛频峰 分子振动当作谐振动处理时，其选律为DV＝±1。   实际上，分子振动为非谐振动，非谐振动的选律不再局限于DV＝±1，它可以等于任何整数值。即DV＝±1，±2，±3。所以IR谱不仅可以观测到较强的基频带，而且还可以观测到较弱的泛频带。   V。®V1   基频带(n)   较强。   V。®V2   一级泛频带(

8、2n-a)   弱（又称倍频峰）   V。®V3   二级泛频带(3n-b)   更弱，难以观测  （a、b为非谐振动的修正值，a＞b，b＞o）2、特征峰与相关峰   凡是能用于鉴定原子基团存在并有较高强度的吸收峰，称为特征峰，其对应的频率称为特征频率。（如NH2的特征峰）   一个基团除了有特征峰外，还有其它振动形式的吸收峰，习惯上把这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰。（