都属于吸收光谱范围。
何谓吸收光谱,它是如何产生的呢?
当电磁波和物质发生相互作用,将其能量传递给物质的过程称之为吸收,由此也产生了物质的吸收光谱,除非光能量吸收过程中物质发生了光化学反应。
通常所指的分子对电磁辐射的吸收过程一般包括两个过程:其一当分子吸收了电磁辐射的能量后,它本身由稳定的基态跃迁到不稳定的激发态,即
激发态分子的寿命约为10-8-10-9s ,因此在瞬间,激发态分子就以几种驰豫过程使激发能转变为热能,或以再发射荧光或磷光的方式回到基态。
第一种形式是常见形式,第二种形式可作为发射光谱测试的一部分来定性分析化合物的结构。
分子的电子能级、振动及转动能级都是量子化的,因此要实现能级的跃迁,只有当电磁辐射的能量恰恰等于两能级能量差且被分子吸收后,分子才能从一较低的能级跃迁到较高的能级,从而产生分子吸收光谱。
光子能量E = hν
所吸收的能量ΔE=E2 - E1 = hν
所放出能量的频率为ν ,无数个ν 在谱图的横坐标中,得到一系列振动谱线,即组成红外谱图。
我们所研究的红外光谱的ν 范围属于振动能级的跃迁
对于精细化学品而言,人们更关注有机化合物的吸收光谱。
有机化合物的红外吸收光谱
分子运动与光谱关系如何? 分子振动方式: (1)伸缩振动
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(2)弯曲振动
化合物的红外光谱可以通过量子力学的方法求解其运动方程来进行分析,也可运用分子的对称因素以点阵图解法进行归属,但这些方法只适合简单分子,而基团频率法则是在分析化合物结构时常用的方法之一。
基团频率法:不同分子基团的原子质量的不同以及原子间力常数的不同,使得每一个基团都有自己特有的吸收区域,且较固定,很少受到分子其余部分振动的影响。因此对由不同原子或官能团所引起的特征吸收带的鉴别,可作为解析红外光谱的基础。例如一般-O-H的伸缩振动在3350cm-1处会引起强吸收带,因此如一个化合物在此附近出现强吸收,就可以基本证明该化合物具有羟基。
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红外谱图和分子结构的关系
综上所述,不同的分子或官能团有自己独特的运动方式,通过对红外辐射的吸收,会产生不同的红外吸收谱图,红外谱图中,峰的位臵、峰形、强度给出了分子结构中官能团的信息(有什么样的官能团,没有什么样的官能团),通过对这些信息的汇总,我们可以分析甚至可以确定分子的结构。
初步鉴定红外光谱的九个重要的和比较确定的区域
例:下图为一化合物的红外谱图,其可能结构为:
试判断下面红外谱图符合哪个化合物的结构。
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从图中可以看出:在3300 cm处有强的吸收谱,证明有 的存在,但在1900-1650 cm-1处没有C=O伸缩振动的谱带,所以可以排除1和3,所以最终确定化合物结构为2。 下面,我们详细了解不同官能团的特征吸收。 (1)C-H的伸缩振动及弯曲振动
不同类型的C-H键的伸缩振动出现在特定的频率范围3300-2700 cm-1处出现吸收,而其弯曲振动则出现在1000-650cm-1的指纹区范围内。大致情况如下面两表所示。
不同类型的C-H伸缩振动
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不同类型C-H的弯曲振动
指纹区碳氢键弯曲振动作用?
为鉴定烯烃及芳烃的精细结构提供了依据。如烯烃是单取代?顺式?反式?三取代?苯环是单取代?邻位二取代?对位二取代? 例:已判断化合物有如下结构,如何通过红外谱图判断其最终结构?
如果在690 cm处发现有中等强度吸收峰,则为顺式; 如果在970 cm-1处发现有中等强度吸收峰,则为反式。
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