当前课程知识点:有机化学 > 第七章 波谱分析在有机化学中的应用 > 7.4 红外光谱 > 7.4.1 红外光谱的基本原理
各位同学下面我们开始介绍红外光谱
前面也提到 通过检测化合物内
共价键的振动对电磁辐射
主要是红外波段的光的吸收
来推断这个化合物的共价键或者官能团
那么这些振动都有哪些模式呢
下面我们就首先看一下
这些振动的基本模式
化学键的振动主要分为两类
一是伸缩振动 它主要指的是键长的变化
另一类是弯曲振动
主要指的是键角的变化
对于伸缩振动来说
实际上它还分成对称伸缩
和反对称伸缩振动
而弯曲振动也包括了很多种
比如面内弯曲 面外弯曲等等
下面我们就以水分子为例
给大家演示一个动画
使大家了解一下伸缩振动和弯曲振动
刚才大家看完了动画演示
我们可以知道不同的振动
或者不同的键它的振动是不同的
也就是振动频率是不同的
我们如何进行大概的判断呢
一般我们可以用Hooke定律
来进行一个初步的判断
Hooke定律是这样一个公式
这里头在这个位置相当于平衡位置
如果在平衡位置左右振动的话
那么我们可以看到它也可能是拉长
也可能是压缩
在这里头这个K我们叫做力常数
那在有机化合物中
我们就相当于化学键的力常数
这个μ是约合质量 也叫折合质量
主要是连接键两端的原子的质量
比如说这是M1 这是M2
这样它们可以获得出约合质量
有了力常数和折合质量
就可以算出它的振动频率
这个振动频率也就对应着
红外光谱中的信号的位置
当然在红外光谱中我们经常用到波数
波数与振动频率有这样一个关系
也就是振动频率除以光速就是波数
那我们先看这样一个谱
这是正辛烷的红外光谱
我们知道每一个键或者基团
它的振动吸收都对应着一个峰或者几个峰
我们先看一下正辛烷 这是个直链烷烃
这里边只有甲基和亚甲基
比如说甲基的伸缩振动
这里头是在这个位置和这样的位置
一般大概是2960和2870左右
是甲基的伸缩振动峰
而亚甲基伸缩振动是这个峰跟这个峰
这个大概在2920和2850
这一般四个峰
特别在直链烷烃时经常出现
表示它的甲基和亚甲基
这部分对应着伸缩振动
同时还有弯曲振动
对于弯曲振动
比如说甲基 由于它一个碳上连着三个氢
它的弯曲振动有两处出峰
一处在这块儿
大概是1380
而另一个藏在这里 大概在1460左右
而亚甲基的弯曲振动也在这附近
大约在1470
所以我们说当我们考察一个基团的时候
或者一个键的时候
它的振动吸收峰有的时候只有一处
有的时候可能在多处出峰
前面我们讲到了经典力学处理的方法
利用Hooke定律来判断它振动吸收的位置
但实际上我们知道
对于化学键的振动
它并不能用经典力学处理
它实际上必须用量子力学处理
它是量子化的
这里我们给出了一个量子力学处理后
给出的振动能级的公式
这里的ν是为基频
实际上我们观测的红外吸收的振动频率
应该指的是这个ν
前面我们刚刚看到的正辛烷的谱图中
除了我们介绍那几个
伸缩振动和弯曲振动的峰外
我们来看看其他的很多小峰
实际上这里的很多峰
都是由于量子力学的效应引起的
比如说这些振动能级之间
他们会有各样的组合
这样会出现组合频和倍频等等
所以会产生很多不同的峰
红外和质谱一样
有很多峰我们现在还不能完全解释清楚
前面我们讲到了红外吸收的位置
下面我们再介绍一下红外吸收的强度
红外吸收的强度
是由振动时偶极矩变化的大小所决定的
当分子中含有杂原子时
我们知道这时候偶极矩的变化会比较大
所以一般红外吸收峰都比较强
比如我们常见的羰基峰
一般在红外光谱里都是最强峰和次强峰
还有比如说羟基OH的伸缩振动
也是比较强的
除此之外一般来说伸缩振动
会比弯曲振动的峰更强
因为伸缩振动会引起极性更大的变化
-1.1 概论
--1.1.1 引言
-1.2 有机化学基本知识
-第一章 绪论--1.2 有机化学基本知识
-1.3 有机化合物命名的基本原则
-第一章 绪论--1.3 有机化合物命名的基本原则
-1.4 酸碱理论
-第一章 绪论--第一章章节测试题
-2.1 引言
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.1 引言
-2.2 烷烃——2.2.1 烷烃的构象
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.2 烷烃——2.2.1 烷烃的构象
-2.2 烷烃——2.2.2 烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.2 烷烃——2.2.2 烷烃的反应
-2.3 环烷烃——2.3.1 引言
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.1 引言
-2.3 环烷烃——2.3.2 环烷烃的命名
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.2 环烷烃的命名
-2.3 环烷烃——2.3.3 环烷烃的构象
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.3 环烷烃的构象
-2.3 环烷烃——2.3.4 环烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.4 环烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--HW-第二章章节测试题
-3.1 不饱和烃的概述
-3.2. 烯烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.2. 烯烃的化学反应
-3.3 炔烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.3 炔烃的化学反应
-3.4 二烯烃——3.4.1 二烯烃的结构
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.4 二烯烃——3.4.1 二烯烃的结构
-3.4 二烯烃——3.4.2 二烯烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.4 二烯烃——3.4.2 二烯烃的化学
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--HW-第三章章节测试题
-4.1 芳烃概论
--4.1 芳烃概论
-4.2 芳烃的分类和命名
-4.3 苯的物理性质
-4.4 苯的结构
-4.5 单环芳烃的化学性质
--4.5.5.6 Friedel-Crafts 烷基化反应
--4.5.5.7 Friedel-Crafts 酰基化反应
-4.6 芳环上亲电取代反应的定位效应
-4.7 稠环芳烃
-4.8 非苯芳烃及芳香性
-第四章 芳香烃--4.8 非苯芳烃及芳香性
-第四章 芳香烃--HW-第四章章节测试题
-5.1 手性和对称性
-第五章 对映异构--5.1 手性和对称性
-5.2 含一个不对称碳的化合物
-第五章 对映异构--5.2 含一个不对称碳的化合物
-5.3 含两个及多个不对称碳的化合物
-第五章 对映异构--5.3 含两个及多个不对称碳的化合物
-5.4 环状手性化合物
-第五章 对映异构--5.4 环状手性化合物
-5.5 其他不含不对称碳原子的手性化合物
-第五章 对映异构--5.5 其他不含不对称碳原子的手性化合物
-第五章 对映异构--HW-第五章章节测试题
-6.1 卤代烃的概述
--题目要求
-6.2 亲核取代反应
-第六章 卤代烃--6.2 亲核取代反应
-6.3 消除反应
-第六章 卤代烃--6.3 消除反应
-6.4 与金属的反应
-6.5 不饱和卤代烃
-第六章 卤代烃--HW-第六章章节测试题
-7.1 本章引言
-7.2 核磁共振谱
--7.2.2 核磁共振氢谱——7.2.2.4 氢谱的基本解析
-7.3 质谱
-7.4 红外光谱
--7.4.2 红外光谱与分子结构——7.4.2.1 特征官能团的红外吸收
-7.5 有机波谱综合解析
-第七章 波谱分析在有机化学中的应用--HW-第七章章节测试题
-8.1 引言
--8.1引言
-8.2 醇
-第八章 醇酚醚--8.2 醇
-8.3 酚
-第八章 醇酚醚--8.3 酚
-8.4 醚
-第八章 醇酚醚--8.4 醚
-第八章 醇酚醚--HW-第八章章节测试题
-9.1 引言
--9.1 引言
-第九章 醛和酮--9.1 引言
-9.2 醛、酮的物理性质
-第九章 醛和酮--9.2 醛、酮的物理性质
-9.3.1 醛、酮的反应概述
-9.3.2 醛、酮的亲核加成
-第九章 醛和酮--9.3.2 醛、酮的亲核加成
-9.3.3 醛、酮α-氢的反应
-第九章 醛和酮--9.3.3 醛、酮α-氢的反应
-9.3.4 醛、酮的氧化还原反应
-第九章 醛和酮--9.3.4 醛、酮的氧化还原反应
-9.4 α、β-不饱和醛、酮的化学反应
-第九章 醛和酮--9.4 α、β-不饱和醛、酮的化学反应
-9.5 醛、酮的制备
-第九章 醛和酮--HW-第九章章节测试
-10.1 概论
--10.1 概论
-10.2 羧酸的结构、分类和命名
-10.3 羧酸的物理性质和波谱特征
-10.4 羧酸的化学性质
-10.5 羧酸衍生物的结构与命名
-10.6 羧酸衍生物的物理性质和波谱特征
-10.7 羧酸衍生物的化学性质
-10.8 羟基酸的分类和命名
-10.9 羟基酸的化学性质
-10.10 β-二羰基化合物
-10.11 α-卤代酸及其衍生物
-10.12 羧酸的制备
-10.13 专题:油脂 蜡 磷脂
-11.1 绪论
--本章引言
-11.2 胺
--11.2.1
--11.2.2
--11.2.3.1
--11.2.3.2
--11.2.3.3
--11.2.3.4
-11.3 硝基化合物
-11.4 腈
-11.5 异腈
-11.6 重氮化合物
-11.7 偶氮化合物
-11.8 本章小结
-12.1 杂环化合物概述
--12.1概述
-12.2 吡咯、呋喃、噻吩
-12.3 吲哚 (苯并吡咯)
-12.4 吡啶
-12.5 喹啉、异喹啉 (苯并吡啶)
-12.6 含氧六元杂环
-12.7 多杂原子五元环、六元环介绍
-第十二章 杂环化合物--HW-第十二章章节测试题
-13.1 有机合成基础-part 1
-第十三章 有机化学专题--13.1 有机合成基础-part 1
-13.1 有机合成基础-part 2
-第十三章 有机化学专题--13.1 有机合成基础-part 2
-13.2 重排反应在实际有机合成中的应用
-13.3 碳水化合物-part 1
-13.3. 碳水化合物-part 2
--13.3.3.4 单糖的反应——醛糖的递升与递降反应及酮糖的特殊反应
-13.3. 碳水化合物-part 3
-13.3 碳水化合物-part 4
-13.4 氨基酸与多肽
-期中考试--二、 选择题
-期中考试--一、判断题
-期末考试--期末考试试题