第八章 有机化合物的波谱分析.ppt

OrganicChemistry有机化学 第八章有机化合物的波谱分析 第八章有机化合物的波谱分析 8 1分子吸收光谱和分子结构8 2红外吸收光谱8 3核磁共振谱 8 1分子吸收光谱和分子结构 核磁共振波谱 NMR 碳骨架与碳原子相连的氢原子的化学环境 红外光谱 IR 主要的官能团 infraredspectroscopy 紫外可见光谱 UV 分子中 电子体系 质谱 MS 相对分子质量分子式分子中结构单元 nuclearmagneticresonancespectroscopy ultraviolet visiblespectroscopy massspectrometry 电磁波谱与波谱分析方法 分子结构与吸收光谱 h 普朗克 Planck 常量 6 63 10 34J s 频率 Hz c 波长 nm c 光速 3 108 m s 1 波数 cm 1 电子能级 UV振动能级 IR原子核自旋能级NMR E 8 2红外吸收光谱 红外光谱的功能 鉴别分子中的某些官能团 波长 2 5 25 m波数 4000 400cm 1 化合物吸收了红外光的能量 使得分子振动能级发生跃迁 由此产生红外光谱 分子发生振动能级跃迁时 也伴随着转动能级的跃迁 位置 强度 5 透过少 吸收多 形状 宽 窄 1 己烯红外光谱图 相关峰 8 2 1分子的振动和红外光谱 m1 m2 成键原子的质量 g K 化学键的力常数 N cm 1 例 假设K相同H 1 C 12 1 1 1 12 1 2 1 04C 12 C 12 1 12 1 12 1 2 0 408假设C H的波数4000 则C C的波数为4000 0 4080 1600 红外吸收光谱的产生 同一类型化学键 由于环境不同 力常数并不完全相同 因此 吸收峰的位置不同 化学键极性越强 振动时偶极矩变化越大 吸收峰越强 红外吸收光谱是分子中成键原子振动能级跃迁而产生的吸收光谱 只有引起分子偶极距变化的振动才能产生红外吸收 红外吸收峰弱 化学键的振动方式 亚甲基的振动模式 对称伸缩振动 2853cm 1 不对称伸缩振动 2926cm 1 剪式振动 1456 20cm 1 面内摇摆振动 720cm 1 面外摇摆振动 1300cm 1 卷曲振动 1250cm 1 亚甲基的振动动画 对称伸缩振动 s 反对称伸缩振动 as 摇摆振动 卷曲振动 面外弯曲振动 伸缩振动 剪切振动 s 摇摆振动 面内弯曲振动 8 2 2有机化合物基团的特征频率 分子中的化学键或基团产生特征的振动 会在特定的位置出现吸收峰 基团的特征吸收峰 特征峰 特征频率 最大吸收对应的频率 常见有机化合物基团的特征频率 单键 常见有机化合物基团的特征频率 参键 常见有机化合物基团的特征频率 双键 双键 8 2 3有机化合物红外光谱举例 正辛烷 不对称伸缩振动 2926cm 1 对称伸缩振动 2853cm 1 剪式振动 1456 20cm 1 面内摇摆振动 720cm 1 烯烃 995 985 915 905 980 960 690 910 890 840 790 特征频率 cm 1 1680 1620 特征频率 cm 1 3100 3000 1 己烯的红外光谱图 3100 3000 1680 1620 995 985 915 905 3 炔烃 特征频率 cm 1 2200 2100 3100 3000 660 630 弯曲振动 伸缩振动 1 己炔的红外光谱图 3 炔烃 特征频率 cm 1 2200 2100 3100 3000 660 630 弯曲振动 伸缩振动 1 己炔的红外光谱图 4 芳烃 70 730 770 730 五个相邻氢 四个相邻氢 900 860 隔离氢 810 760 三个相邻氢 840 790 两个相邻氢 710 680 sp2C H 3100 3000 苯环 1600 1450 cm 1 1 4个峰 对二甲苯的红外光谱 8 3核磁共振谱 nuclearmagneticresonancespectroscopy NMR 8 3 1核磁共振的产生 1 原子核的自旋与核磁共振 核磁共振的基本条件 自旋时能够产生磁矩的原子核 质量数或原子序数为奇数 自旋量子数I 1 2 1H 13C 15N 19F 29Si 31P 核磁共振谱的功能 提供分子中原子数目 类型以及键合次序的信息 磁场强度与核磁信号 样品 无线电波 rf 辐射 吸收能量 1 409 E1 E2 E 外加磁场感应强度 B0 T 0 E E 2 349 激发态 能量 E 磁旋比h Plank常量B0 外加磁场感应强度 无线电波的频率 2 核磁共振仪和核磁共振谱图 核磁共振谱图 化学位移 自旋裂分 偶合常数和峰面积 乙醇的1H NMR谱 积分线 8 3 2化学位移 化学位移是由于屏蔽与去屏蔽效应引起的质子的吸收信号的位移 电子 原子核 电子 固定检测频率情况下 需要更强的磁场 固定外加磁场情况下 检测频率较低 感应磁场的方向与外加磁场的方向相反时 B实 B0 B感应 B0 B0 B0 1 屏蔽常数 屏蔽效应 抗磁屏蔽效应 感应磁场的方向与外加磁场的方向相同时 B实 B0 B感应 增加磁感应强度 产生NMR 减小磁感应强度 产生NMR 去屏蔽效应 顺磁屏蔽效应 化学位移 不同化学环境的核 受到不同程度的屏蔽效应 其共振吸收的位置出现在不同的磁感应强度 这种位置的差异为化学位移 基准物 CH3 4Si TMS 0 低频 高场 高频 低场 试样 试样共振的频率 TMS TMS共振频率 0 操作仪器选用的频率 TMS TMS 3 影响化学位移的因素 a 电负性的影响 分子中质子的化学环境不同 质子所受到的屏蔽效应不同 其化学位移值不同 b 磁各向异性效应 2 0 3 0 5 3 7 3 0 9 含 键化合物的位移 氢键的影响 8 3 3自旋偶合与自旋裂分 氯乙烷的1H NMR谱 1 自旋偶合的产生 裂分的产生 I 裂分的产生 II 甲基的影响 a b 一级谱的特点 特点 裂分峰呈现n 1规律 裂分峰强度比符合二项式展开式系数之比 一组峰的中心位置即为 峰间距即为J 一级谱是指 6J时 是简单的一级谱 8 3 4NMR谱图举例 1 68 3 43 a b 溴乙烷的1H NMR谱 图8