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练习 答案 3-chloropropyne (缺1375cm-1) 2-chlorotoluene 2-chloropropanoic acid eth- of hem * 基团频率主要是由基团中原子的质量和原子间的化学键力常数决定。分子内部结构和外部环境的改变对它都有影响,因而同样的基团在不同的分子和不同的外界环境中,基团频率可能会有一个较大的范围。因此了解影响基团频率的因素,对解析红外光谱和推断分子结构都十分有用。 影响基团频率位移的因素大致可分为内部因素和外部因素。 影响基团频率的因素 内部因素: 1. 电子效应 包括诱导效应、共轭效应和中介效应,它们都是由于化学键的电子分布不均匀引起的。 (1)诱导效应(I 效应) 由于取代基具有不同的电负性,通过静电诱导作用,引起分子中电子分布的变化。从而改变了键力常数,使基团的特征频率发生了位移。 影响基团频率的因素 例如,一般电负性大的基团或原子吸电子能力较强,与烷基酮羰基上的碳原子数相连时,由于诱导效应就会 发生电子云由氧原子转向双键的中间,增加了C=O键的力常数,使C=O的振动频率升高,吸收峰向高波数移动。随着取代原子电负性的增大或取代数目的增加,诱导效应越强,吸收峰向高波数移动的程度越显著。 影响基团频率的因素 (2)共轭效应(C效应) 共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化,结果使原来的双键略有伸长(即电子云密度降低)、力常数减小,使其吸收频率向低波数方向移动。例如酮的c=o,因与苯环共扼而使c=o的力常数减小,振动频率降低。 影响基团频率的因素 (3)中介效应(M效应) 当含有孤对电子的原子(O、S、N等)与具有多重键的原子相连时,也可起类似的共轭作用,称为中介效应。 例如:酰胺 中的C=O因氮原子的共轭作用,使C=O上的电子云更移向氧原子,C=O双键的电子云密度平均化,造成C=O键的力常数下降,使吸收频率向低波数位移。 影响基团频率的因素 对同一基团,若诱导效应和中介效应同时存在,则振动频率最后位移的方向和程度,取决于这两种效应的结果。当诱导效应大于中介效应时,振动频率向高波数移动,反之,振动频率向低波数移动。 2 . 氢键的影响 氢键的形成使电子云密度平均化,从而使伸缩振动频率降低。 影响基团频率的因素 例如:羧酸中的 羰基和羟基之间容易形成氢键,使羰基的频率降低。 游离羧酸的C=O键频率出现在1760 cm-1 左右,在固体或液体中,由于羧酸形成二聚体, C=O键频率出现在1700 cm-1 。 分子内氢键不受浓度影响,分子间氢键受浓度影响较大。 影响基团频率的因素 3. 振动耦合 当两个振动频率相同或相近的基团相邻具有一公共原子时,由于一个键的振动通过公共原子使另一个键的 长度发生改变,产生一个“微扰”,从而形成了强烈的振动相互作用。其结果是使振动频率发生变化,一个向高频移动,另一个向低频移动,谱带分裂。 振动耦合常出现在一些二羰基化合物中,如,羧酸酐。中,两个羰基的振动耦合,使?C=O吸收峰分裂成两个峰,波数分别为1820 cm-1 (反对耦合)和1760 cm-1 (对称耦合) 影响基团频率的因素 4. Fermi共振 当一振动的倍频与另一振动的基频接近时,由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分,这种现象称为Fermi共振。 其它的结构因素还有空间效应、环的张力等。 影响基团频率的因素 外部因素 外部因素主要指测定时物质的状态以及溶剂效应 等因素。 同一物质的不同状态,由于分子间相互作用力不同,所得到光谱往往不同。 分子在气态时,其相互作用力很弱,此时可以观察到伴随振动光谱的转动精细结构。 液态和固态分子间作用力较强,在有极性基团存在时,可能发生分子间的缔合或形成氢键,导致特征吸收带频率、强度和形状有较大的改变。例如,丙酮在气态时的?C-H为1742 cm-1 ,而在液态时为1718 cm-1 。 影响基团频率的因素 在溶液中测定光谱时,由于溶剂的种类、溶剂的浓度和测定时的温度不同,同一种物质所测得的光谱也不同。通常在极性溶剂中,溶质分子的极性基团的伸缩振动频率随溶剂极性的增加而向低波数方向移动,并且强度增大。因此, 在红外光谱测定中,应尽量采用非极性的溶剂。 影响基团频率的因素 红外光谱仪器的发展 滤光片 光栅 光声调制 二极管阵列 偏振干涉 傅立叶变换 滤光片
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