波谱--红外光谱 (1)

第五章 色 谱 和 光 谱

——化合物的纯化和结构研究方法

重点讲授内容 一、纯化方法、色谱技术简介

二、质谱

三、红外光谱

四、紫外光谱

五、核磁共振

推荐参考书：

1、 宁永成编著，《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》，科学出版社，2001

2、 谢晶曦编著，《红外光谱在有机化学和药物化学中的应用》，科学出版社，1987

3、 陈耀祖编著，《有机分析》

红外光谱——反映分子中键的振动能级的变化情况，提供官能团的信息

一，红外光谱基本原理——红外吸收光谱与化合物结构特征关系

A、 常见的键的振动方式： 伸缩振动Stretching Vibrations，

CHHsymmetric stretchCHHasymmetric stretch

弯曲振动Bending Vibrations（面内、面外）

CHHsymmetric in-plne bend (scissor)CHHasymmetric in-plane bend (rock) CHHsymmetric out-of-plane bend (twist)CHHasymmetric out-of-plane bend (wag)

一个官能团由于有多种振动方式，在红外光谱中将有一组相应的吸收峰 B、 伸缩振动频率与成键原子质量、键的强度（键能、键长）的关系

Hooke 定律： v =~2 c1k (m1+m2)m1 m2 其中 m1 m2m1+m2 为折合质量

振动频率与成键原子折合质量倒数的平方根成正比，即原子质量愈轻，振动频率愈高；

与键的力常数的平方根成反比，即键能愈大，键长愈短，键的力常数愈大，振动频率愈高。

C=C C=C C-C -C-H =C-H =C-H

核磁共振波谱与紫外可见光谱及红外光谱的区别

核磁共振波谱与紫外可见光谱及红外光谱的主要不同有两点：

① 照射频率不同，引起的跃迁类型也不同。

紫外可见吸收光谱是分子吸收200～700nm的电磁波，主要是引起价电子（最外层电子）能级发生跃迁。

红外光谱是分子吸收2.5～50um（2500～50000nm）的电磁波，引起分子的振动-转动能级发生跃迁。

核磁共振波谱则是在外磁场下，吸收60cm～300m的电磁波，引起原子核的自旋能级发生跃迁。

② 测定方法不同。

紫外和红外等一般光谱是通过测定不同波长下的透光率（T%=出射光强/入射光强）来获得物质的吸收光谱。这种方法只适用于透过光强度变化较大的能级跃迁。

60cm～300m的电磁波穿透力很弱，故核磁共振无法通过测定透光率来获得核磁共振光谱，它是通过“共振吸收法”来测定核磁共振信号的。共振吸收法是指：在一定磁场强度下，原子核在一定频率的电磁波照射下发生自旋能级跃迁时引起核磁矩方向改变进而产生感应电流，通过放大、记录此感应电流便得到核磁共振信号。依次改变磁场强度（或电磁波的照射频率）使满足不同化学环境核的共振条件，收集共振引起的磁感应信号，经过数学处理，就获得核磁共振波谱图。

例1 已知某未知物的分子式为C4H10O，测得其红外吸收光谱如下图，试推断其分子结构式。

解：1.计算不饱和度, 为饱和脂肪族类化合物。

2.特征峰及相关峰：

0210422U例2 某未知物的分子式为C10H10O4，测得其红外吸收光谱如图，试推断其分子结构式。

例3、一化合物分子式为C14H12，试根据IR光谱推断其结构式 。

例4 一化合物的分子式为C8H10O，试根据红外光谱，推断其结构。

例5 一化合物的分子式为C11H12O2，试根据其红外光谱图，推断该化合物的结构。

例6 某一检品，分子式为C8H7N。红外光谱如下，推断其结构。

总结

红外光谱(Infrared Spectroscopy, IR)的研究开始于20

世纪初期，自1940年商品红外光谱仪问世以来，红外光谱在有机化学研究中得到广泛的应用。近几十年来一些新技术 (如发射光谱、光声光谱、色——红联用等) 的出现，使红外光谱技术得到更加蓬勃的发展。

20世纪初已发表了100多种有机化合物的红外光谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。到 50年代末就已经积累了丰富的红外光谱数据。到70年代，在电子计算机蓬勃发展的基础上，傅立叶变换红外光谱(FTIR) 实验技术进入现代化学家的实验室，成为结构分析的重要工具。它以高灵敏度、高分辨率、快速扫描、联机操作和高度计算机化的全新面貌使经典的红外光谱技术再获新生。近几十年来一些新技术 (如发射光谱、光声光谱、色——红联用等) 的出现，使红外光谱技术得到更加蓬勃的发展。

1.红外光谱基本原理

①红外光谱原理：

当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。所以，红外红外光谱光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度。

当外界电磁波照射分子时，如照射的电磁波的能量与分子的两能级差相等，该频率的电磁波就被该分子吸收，从而引起分子对应能级的跃迁，宏观表现为透射光强度变小。电磁波能量与分子两能级差相等为物质产生红外吸收光谱必须满足条件之一，这决定了吸收峰出现的位置。