波谱学在有机化学中应.ppt

第十五章 波谱学在有机化学中的应用,第一节 波谱学概述 第二节 紫外光谱 第三节 红外光谱 第四节 核磁共振谱 质谱（略）,第一节 波谱学概述,本节要点： 1.波谱法的概念 2.波的基本概念 3.质谱的工作原理,一、常用结构分析方法,（一）化学实验法 主要缺点： 实验操作烦琐 实验周期长 需要的样品量大 无法测定某些化合物的精细结构,化学实验法结构分析的基本步骤,纯化分析对象 分析其元素组成，测定其基本理化常数 mp=122.4C; 元素分析C68.84%; H4.95%; O26.20%; 可能的分子式为(C7H6O2)n 进行官能团分析 酸性，提示可能含有羧基(CO2H), 分子式C7H6O2 - CO2H= C6H5基 推测可能的结构为C6H5COOH 通过化学关联法验证已知的结构 酸性条件下用高锰酸钾氧化甲苯得到相同化合物,该证实化合物为苯甲酸。,（二）物理实验法,二. 吸收波谱的工作频率,l n = c c3 1010cms-1 l:波长，单位可用cm n:频率，单位:s-1或Hz E hn = hc/l E:光子的能量（单位:J/mol） h:普朗克常数，6.62 1034,不同波谱法的工作频率,三. 质谱的工作原理,年诺贝尔化学奖授予美国科学家约翰芬恩、日本科学家田中耕一和瑞士科学家库尔特维特里希，以表彰他们发明了对生物大分子进行识别和结构分析的方法。 芬恩和田中的贡献在于开发出了对生物大分子进行质谱分析的“软解吸附作用电离法”，维特里希的贡献是开发出了用来确定溶液中生物大分子三维结构的核磁共振技术。他们三人的这些研究成果对于研究包括蛋白质在内的大分子具有“革命性的”意义。,第二节 紫外光谱,一、紫外光谱图的表示方法,吸光度 A = lg(IOI) 朗伯一比耳定律（LambertBeer law） A = e c l e 摩尔吸光系数 c:溶液浓度（mol.L-1） l:吸收池厚度（cm）,思考题： 一种有机化合物对不同波长的紫外光吸收是否相同？ 不同的有机化合物吸收紫外光的最大吸收波长是否相同？ 有机化合物对紫外光吸收的差别在有机结构分析上有什么意义？,二、紫外光谱的原理,当一定波长的可见光或紫外光照射有机化合物后，有机分子将吸收等于两个能级之间能量差(hn=DE)的光能，使其外层电子由低能级跃迁到较高能级,这是产生紫外吸收的基本原理。,（一）电子跃迁,s,p和n电子可能发生的重要类型的电子跃迁,跃迁的分类,s - s*跃迁 p - p*跃迁 n - p*跃迁 n- s*跃迁,s - s*跃迁,烷烃分子中的s电子吸收足够光能后可以发生s - s*跃迁,此跃迁所需能量很大，吸收波长一般在远紫外区。 甲烷 lmax125nm,p - p* 跃迁,烯烃、炔烃、芳香烃等不饱和化合物吸收能量后可发生p - p*跃迁 乙烯 p - p* lmax165nm e=10 000(蒸气）,n-p*跃迁,n- s*跃迁,lmax/nm emax CH3OH 183 150 CH3NH2 215 600 s -s* n- s* p - p* n - p*,丙酮的UV谱图中有两个吸收峰lmax=280nm(emax=15)； lmax=190nm(emax=100),问： 确定每个吸收峰的电子跃迁类型； 哪个吸收峰更强？,（二）生色团、助色团和吸收带,生色团 能吸收紫外光或可见光的有机结构基团（CC、CC、CO、CN、 NO等） 助色团 带有杂原子的饱和基团(-NH2、-OH、-OR、-SH和-Cl等)。它们本身不吸收紫外-可见光，与生色团相连可使生色团的吸收峰红移和吸收强度增加。,吸收带:跃迁类型相同的吸收峰所处的波段,（三）溶剂效应,1溶剂极性对谱带的影响 极性溶剂使K带发生红移，使R带发生蓝移 CH3COCH=C(CH3)2,2溶剂pH值对紫外光谱的影响,三、紫外光谱的应用,（一）确定共轭体系 （二）判断构型 （三）跟踪反应 （四）定量反应,确定共轭体系,分子中含有相同共轭结构的化合物，其紫外光谱图基本相似。 紫外光谱主要用来研究化合物的共轭体系，而很难用于独立地确定化合物的精细结构。,三个化合物的lmax分别为：A 275nm；B 304nm； C 365nm；这三个化合物应如何对应则下列3个结构？,（二）判断构型,反式二苯乙烯,顺式二苯乙烯,（三）跟踪反应,（四）定量分析,利用紫外光谱法可定量测定有化合物的浓度 紫外光谱有较高的灵敏度(达10-7gmL-1)； 紫外吸收与化合物浓度符合LambertBeer定律,习题： 315页 2，3，4，5，6,如果只考虑p-p*跃迁，下列各组化合物中，哪一个在紫外谱中的lmax较大？,已知苯乙酮UV的lmax/nm(e)为319(50)、240(13000)、278(1100)，试说明各值属于哪一种吸收带？由哪类跃迁引起？指出与分