第四章振动光谱 一、教学目的 理解掌握震动光谱分析的基本理论，掌握红外光谱图的分析处理，了解红外光谱实验技术。 二、重点、难点 重点：震动光谱分析的基本理论，红外光谱图的分析处理。 难点：震动光谱分析的基本理论。 三、教学手段 多媒体教学 四、学时分配 4学时 引言： ●1900～1910年间，科布伦茨（W．W．C。blentz）首先用红外光测量了一些有 机物液体的吸收光谱而建立起一种新的分析方法——红外光谱法。他发现分子中的一定原子群可以吸收特定的频率，这些特定的频率犹如人类的指纹，可以用来辨认分子中特定原子群的存在。 ●它主要可以用作分子结构的基础研究和物质化学组成（物相）的分析（包括定性和 定量）。红外光谱法作分子结构的研究可以测定分子的键长、键角大小，并推断分子的立体构型，或根据所得的力常数，间接得知化学键的强弱，也可以从正则振动频率来计算热力学函数等。 ●不过红外光谱法更多的用途是根据谱的吸收频率的位置和形状来判定本知物，并按 其吸收的强度来测定它们的含量。因此红外光谱法在目前已成为十分方便而有效的分析方法之一。 ●红外光谱法应用得较多的是在有机化学领域，对无机化合物和矿物的红外鉴定开始 较晚。红外光谱法对测定矿物的结构或组分虽不如X射线衍射分析那么成熟，却也有其独特长处。 所谓振动光谱是指物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，从而产生对光的吸收。如果将透过物质的光辐射用单色器加以色散，使波长授长短依次排列，同时测量在不同波长处的辐射强度，得到的是吸收光谱。如果用的光源是红外光波，即0.78～1000μm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。本章主要介绍红外光谱的原理及其在无机非金属材料中的应用，对拉曼光谱只作简单的介绍。
第三章红外光谱 一、名词解释 基频峰、倍频峰、费米共振、特征频率区、指纹区 基频峰：当分子吸收一定频率的红外线后，振动能级从基态（V ）跃迁到第一激 发态（V 1 ）时所产生的吸收峰，称为基频峰。 倍频峰：如果振动能级从从基态（V 0）跃迁到第二激发态（V 2 ）、第三激发态（V 3 ）…… 所产生的吸收峰称为倍频峰。 费米共振：当一振动的倍频（或组频）与另一振动的基频吸收峰接近时，由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分，这种倍频（或组频）与基频峰之间的振动偶合称费米共振。 特征频率区：特征谱带区有机化合物的分子中一些主要官能团的特征吸收多发生在红外区域的 4000～1500cm-2 。该区域吸收峰比较稀疏, 容易辨认, 故通常把该区域叫特征谱带区。 红外光谱指纹区：红外吸收光谱上 1500～40Ocm-1的低频区, 通常称为，在核指纹区。该区域中出现的谱带主要是 C-X (X=C,N s O) 单键的伸缩振动以及各种弯曲振动对和确认有机化合物时用处很大。 二、填空 1.红外光谱的产生是由于------------------。 化学键的振动与转动跃迁。 2.红外光谱产生的条件是-----------------------------、 --------------------------------------------------。 红外光谱产生的条件是辐射的能量满足跃迁所需能量，辐射引起偶极矩的变化。 3.红外光谱中影响基团频率位移的因素有外部因素和内部因素，内部因素主要有、、等。此外，振动耦合、费米共振等也会使振动频率位移。 外部因素（样品的状态等）、电子效应（诱导效应、共轭效应和偶极场效应）、空间效应、氢键 4.在红外光谱中，将基团在振动过程中有偶极矩变化的称为，相反则称为。红外活性，非红外活性。 5.基团-OH和-NH，-C≡N和-C≡CH，-C=C-和-C=N-的伸缩振动频率范围分别是cm-1， cm-1， cm-1。4000—2500(3000) 、 2500—2000 、2000—1500
第一章质谱习题 1、有机质谱图的表示方法有哪些？是否谱图中质量数最大的峰就是分子离子峰，为什么？ 2、以单聚焦质谱仪为例，说明质谱仪的组成，各主要部件的作用及原理。 3、有机质谱的分析原理及其能提供的信息是什么？ 4、有机化合物在离子源中有可能形成哪些类型的离子？从这些离子的质谱峰中可以得到一些什么信息？ 5、同位素峰的特点是什么？如何在谱图中识别同位素峰？ 6、谱图解析的一般原则是什么？ 7．初步推断某一酯类（M=116）的结构可能为A或B或C，质谱图上m/z 87、m/z 59、m/z 57、m/z29处均有离子峰，试问该化合物的结构为何？ （B） （A） （C） 8．下列化合物哪些能发生McLafferty重排？ 9．下列化合物哪些能发生RDA重排？ 10．某化合物的紫外光谱：262nm（15）；红外光谱：3330~2500cm-1间有强宽吸收，1715 cm-1处有强宽吸收；核磁共振氢谱：δ11.0处为单质子单峰，δ2.6处为四质子宽单峰，δ2.12处为三质子单峰，质谱如图所示。参照同位素峰强比及元素分析结果，分子式为C5H8O3，试推测其结构 式。
部分习题参考答案 1、表示方法有质谱图和质谱表格。质量分析器出来的离子流经过计算机处理，给出质谱图和质谱数据，纵坐标为离子流的相对强度（相对丰度），通常最强的峰称为基峰，其强度定为100%，其余的峰以基峰为基础确定其相对强度；横坐标为质荷比，一条直线代表一个峰。也可以质谱表格的形式给出质谱数据。 最大的质荷比很可能是分子离子峰。但是分子离子如果不稳定，在质谱上就不出现分子离子峰。根据氮规则和分子离子峰与邻近峰的质量差是否合理来判断。 2、质谱仪的组成：进样系统，离子源，质量分析器，检测器，数据处理系统和真空系统。 进样系统：在不破坏真空度的情况下，使样品进入离子源。气体可通过储气器进入离子源；易挥发的液体，在进样系统内汽化后进入离子源；难挥发的液体或固体样品，通过探针直接插入离子源。 真空系统：质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-3~10-5Pa ）；质量分析器（10 -6 Pa ）。真空系统保持质谱仪需要的真空强度。 离子源：是质谱仪的“心脏”。离子源是样品分子离子化和各种碎片离子的场所。质谱分析时离子源的选择至关重要。采用高能电子轰击气态有机分子，使其失去一个电子成为分子离子，分子离子可以裂解成各种碎片离子，这些离子在电场加速下达到一定的速度，形成离子流进入质量分析器。
1.下列羰基化合物中，C=O伸缩振动频率出现最高的是：（） （A）RCOF （B）RCOCl （C）RCOH （D）RCOR 2.在醇类化合物中，O-H伸缩振动频率随溶液C上升，向低波数方向移动的原因是（）（A）溶液极性增加（B）诱导效应增加（C）分子间氢键的增加（D）易产生振动偶合 3.一种氯苯的红外谱图在900cm-1~690cm-1间无吸收带，它的可能结构为：（） （A）对二氯苯（B）间三氯苯（C）六氯苯（D）四取代氯苯 4.CO2的平动、转动、振动的自由度分别为：（） （A）324 （B）234 （C）342 （D）423 5.乙炔分子的平动、转动、振动自由度为（） A. 2, 3, 3 B. 3, 2, 8 C. 3, 2, 7 D. 2, 3, 7 6.分子式为C7H11N2OSCl的不饱和度Ω为：（） （A）1 （B）2 （C）3 （D）4 7.下面四种气体无红外吸收光谱的为（） （A）H2O （B）CO2（C）HCl （D）N2 8. 红外光谱法中的红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度, 可以用来（） A. 鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团及进行定量分析与纯度鉴定; B. 确定 配位数; C. 研究化学位移; D. 研究溶剂效应. 9. 下列哪种方法是由外层电子跃迁引起的？( ) A. 原子发射光谱和紫外吸收光谱 B. 原子发射光谱和核磁共振谱 C. 红外光谱和Raman光谱 D. 原子光谱和分子光谱 10. 同时具有红外活性和拉曼活性的是：( ) A. O2对称伸缩振动 B.CO2的不对称伸缩振动 C. H2O的弯曲振动 D. CS2的弯曲振动 11. 分子不具有红外活性的者,必须是：( ) Ａ：分子的偶极矩为零Ｂ：分子没有振动Ｃ：非极性分子Ｄ：分子振动时没有偶极矩变化Ｅ：双原子分子 12 .试比较以下五个化合物,羰基伸缩振动的红外吸收波数最大者是:( ) A: B: C: D: E: 13．以下五个化合物羰基伸缩振动的红外吸收波数最小的是：( ) A: B: C: D: E:
第三章红外吸收光谱分析 3.1概述 3.1.1红外吸收光谱的基本原理 红外吸收光谱法又称为分子振动转动光谱，属于分子光谱的范畴，是有机物结构分析的重要方法之一。当一定频率的红外光照射分子时，若分子中某个基团的振动频率和红外辐射的频率一致，两者产生共振，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，该基团就吸收了这个频率的红外光，产生振动能级跃迁；如果红外辐射的频率和分子中各基团的振动能级不一致，该频率的红外光将不被吸收。如果用频率连续变化的红外光照射某试样，分子将吸收某些频率的辐射，引起对应区域辐射强度的减弱，用仪器以吸收曲线的形式记录下来，就得到该试样的红外吸收光谱，稀溶液谱带的吸光度遵守Lambert-Beer定律。 图3-1为正辛烷的红外吸收光谱。红外谱图中的纵坐标为吸收强度，通常用透过率或吸光度表示，横坐标以波数或波长表示，两者互为倒数。图中的各个吸收谱带表示相应基团的振动频率。各种化合物分子结构不同，分子中各个基团的振动频率不同。其红外吸收光谱也不同，利用这一特性，可进行有机化合物的结构分析、定性鉴定和定量分析。 图3-1 正辛烷的红外光谱图 几乎所有的有机和无机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及一些同系物外，结构不同的两个化合物，它们的红外光谱一定不会相同。吸收谱带出现的频率位置是由分子振动能级决定，可以用经典力学(牛顿力学)的简正振动理论来说明。吸收谱带的强度则主要取决于振动过程中偶极矩的变化和能级跃迁的概率。也就是说，红外光谱中，吸收谱带的位置、形状和强度反映了分子结构的特点，而吸收谱带的吸收强度和分子组成或官能团的含量有关。
红外光谱的吸收
第六章红外吸收光谱法 基本要点： 1. 红外光谱分析基本原理； 2. 红外光谱与有机化合物结构； 3. 各类化合物的特征基团频率； 4. 红外光谱的应用; 5. 红外光谱仪. 学时安排：3学时 第一节概述 分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。 红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产
生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。 一、红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为 0.75 ~ 1000μm，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区（0.75 ~ 2.5μm ），中红外光区（2.5 ~25μm ），远红外光区（25 ~ 1000μm ）。 近红外光区（0.75 ~ 2.5μm ） 近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O—H、N—H、C—H）伸缩振动的倍频吸收等产生的。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。中红外光区（2.5 ~ 25μm ） 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该 光区。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。 远红外光区（25 ~ 1000μm ）该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、 振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。由于低频骨架振动能很灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范围内进行分析。 红外吸收光谱一般用T~ 曲线或T~ 波数曲线表示。纵坐标
第六章红外吸收光谱法 一选择题 1分子光谱是由于___B___而产生的。 A 电子的发射 B 电子相对于原子核的运动以及核间相对位移引起的振动和转动 C 质子的运动 D 离子的运动 2溶剂对电子光谱的影响较为复杂，改变溶剂的极性，__B_____。 A 不会引起吸收带形状的变化 B 会使吸收带的最大吸收波长发生变化 C 精细结构并不消失 D 对测定影响不大 3红外光谱法中的红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，可以用来_____A__。 A 鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团及进行定量分析与纯度鉴定 B 确定配位数 C 研究化学位移 D 研究溶剂效应 4红外光谱的谱带较多，能较方便地对单组分或多组分进行定量分析，但红外光谱法的灵敏度较低，尚不适于____B___的测定。 A 常量组分 B 微量组分 C 气体试样 D 固体和液体试样 5 在有机化合物的红外吸收光谱分析中，出现在4000~1350cm-1频率范围的吸收峰可用于鉴定官能团，这一段频率范围称为_____A_。 A．指纹区，B．基团频率区，C．基频区，D．和频区。 6光学分析法主要根据物质发射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用来进行分析的。电磁辐射（电磁波）按其波长可分为不同区域，其中中红外区
波长为B______。 A 12820~4000cm-1 B 4000~200 cm-1 C 200~33 cm-1 D 33~10 cm-1 7 下列羰基化合物中C＝O伸缩振动频率最高的是：C A RCOR’ B RCOCl C RCOF D RCOBr 8. 红外光谱法中的红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，可以用来____A___。 A. 鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团及进行定量分析与纯度鉴定; B. 确定配位数; C. 研究化学位移; D. 研究溶剂效应. 二填空题 1 共轭效应使共轭体具有共面性，且使电子云密度平均化，造成双键略有伸长，单键略有缩短。因此，双键的红外吸收频率往___低_____波数方向移动。 2 在化合物R—C—H与R—C—F中，前者的C=O的伸缩振动产生的吸收峰的波数比后者的____低____；而在化合物R—C—R与R—C—NH2中，前者的C=O 的伸缩振动产生的吸收峰的波数比后者的______高__。 3在有机化合物中，常常因取代基的变更或溶剂的改变，使其吸收带的最大吸收波长发生移动，向长波方向移动称为___红（长）移______，向短波方向移动称为_____蓝（短）移______。 4 红外光谱是由于分子振动能级的跃迁而产生，当用红外光照射分子时，要使分子产生红外吸收，则要满足两个条件：(1)_____红外光辐射的频率与分子中某基团的震动频率相同 (2)_在震动的过程中，分子必须有偶极矩的改变 5红外光谱的强度与_______分子或基团的极性强弱______________成正比。
第六章红外吸收光谱法 基本要点： 1.红外光谱分析基本原理； 2.红外光谱与有机化合物结构； 3.各类化合物的特征基团频率； 4.红外光谱的应用; 5.红外光谱仪. 学时安排：3学时 第一节概述 分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。 红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。 一、红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为0.75 ~ 1000μm，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个
区：近红外光区（0.75 ~ 2.5μm），中红外光区（2.5 ~ 25μm ），远红外光区（25 ~ 1000μm）。 近红外光区（0.75 ~ 2.5μm） 近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O—H、N—H、C—H）伸缩振动的倍频吸收等产生的。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。 中红外光区（2.5 ~ 25μm） 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。 远红外光区（25 ~1000μm）该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、 振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角 振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。由于低频骨架振动能很灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范围内进行分析。 红外吸收光谱一般用T~λ曲线或T~ 波数曲线表示。纵坐标为百分透射比T%，因而吸收峰向下，向上则为谷；横坐标是波长λ（单位为μm），或波数（单位为cm-1）。 波长λ与波数之间的关系为： 波数/cm-1=104/（λ / μm） 中红外区的波数范围是4000 ~ 400cm-1。 二、红外光谱法的特点
班级____________姓名________________作业编号____________教师评定_______________ 1. 已知HF 的键力常数为9 N cm -1，试计算3H （氚）F 伸缩振动的吸收峰波数。 2. CHCl 3中C-H 的伸缩振动在3100 cm -1处，请估算C 2H （氘）Cl 3中该振动的位置。 3. 请判断下列振动形式的红外活性。 （1）CH 3-CH 3中的C-C 伸缩振动（ ） （2）CH 3-CCl 3中的C-C 伸缩振动（ ） （3） （ ） （4） （ ） （5） （ ） （6） （ ） （7）（ ） （8）（ ） 4. 按v C=O 递增的顺序排列下列化合物，并说明理由。 A. O B. O C. O O D. O 5. 试解释下列化合物红外光谱中1748、 1715和1656 cm -1三个羰基伸缩振动吸收峰的归属。 O C O OC 2H 5
6. 根据如下红外光谱图回答问题：（1）该化合物属于脂肪族还是芳香族？（2）是否含有-OH、-NH2或C=O？（3）是否含有甲基？（4）是否含有双键或三键？（5）综合上述问题给出该化合物的可能类型。（前四个问题要简单说明原因） 7. 某化合物的分子式为C5H8O，存在下列吸收谱带（cm-1）：3020，2900，1690和1620，其UV光谱在227 nm（ε=104 L?mol-1?cm-1）处有最大吸收，试判断该化合物的结构。（UV数据也要利用起来！）
8. 某化合物的可能结构为A 、B 或C ，试根据下列红外图谱确定其结构，并简单阐明理由。 A ．C N B. C N OCH 3 C. C O NH 2 9. 请根据所给红外光谱图推断化合物C 5 H 10O 的合理结构式。