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文档简介

1、 有机化合物分子结构的测定是研究有机物的重有机化合物分子结构的测定是研究有机物的重要组成部分,只有了解了化合物的结构,才能深入要组成部分,只有了解了化合物的结构,才能深入研究其性质和作用,因此,确定研究化合物的结构研究其性质和作用,因此,确定研究化合物的结构是研究有机化学的首要任务。是研究有机化学的首要任务。有机化合物分子结构的测定方法:有机化合物分子结构的测定方法:化学方法:化学方法: 繁琐费时、费药品,有时无法准确繁琐费时、费药品,有时无法准确测定分子结构测定分子结构物理方法:物理方法: 速度快、省药品,可准确测定分子速度快、省药品,可准确测定分子结构结构物理方法:物理方法:1、紫外光谱、

2、紫外光谱(UV):电子吸收光谱(电子跃迁):电子吸收光谱(电子跃迁)(Ultraviolet Spectroscopy)2、红外光谱、红外光谱(IR) :分子振动光谱和拉曼光谱:分子振动光谱和拉曼光谱(Infrared Spectroscopy)3、核磁共振谱、核磁共振谱(NMR):原子核自旋):原子核自旋 (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy) (1H NMR, 13C NMR等)等)4、质谱、质谱(MS) :分子裂解:分子裂解(Mass Spectroscopy)2-10万万5-50万万100-1000万万50-500万万 用高用高仪器操作复杂、

3、维护费仪器操作复杂、维护费仪器昂贵仪器昂贵缺点缺点 MSNMRIRUV8.1 电磁波谱的一般概念电磁波谱的一般概念1、光的频率与波长、光的频率与波长 光是一种电磁波,有波长和频率两个特征。电磁光是一种电磁波,有波长和频率两个特征。电磁波包括了一个极广阔的区域,从波长只有千万分之一波包括了一个极广阔的区域,从波长只有千万分之一纳米的宇宙线到波长用米,甚至千米计的无线电波都纳米的宇宙线到波长用米,甚至千米计的无线电波都包括再内,每种波长的光的频率不一样,但光速都一包括再内,每种波长的光的频率不一样,但光速都一样即样即31010cm/s。/nm/nm/cm/cm-1-1 波长与频率的波长与频率的关系

4、关系为:为: = c / : 频率,单位:赫(频率,单位:赫(HZ) : 波长,单位:厘米(波长,单位:厘米(cm)=300nm的光,它的频率(的光,它的频率(1HZ=1S-1)为)为: 频率的另一种表示方法是用波数,即在频率的另一种表示方法是用波数,即在1cm长长度内波的数目。度内波的数目。8.2 红外光谱(红外光谱(IR)1. 红外光谱的一般特性红外光谱的一般特性 反映反映分子振动能级分子振动能级的变化,可以确定一个新化合物的变化,可以确定一个新化合物中某一特殊键或官能团是否存在。中某一特殊键或官能团是否存在。 红外光分为:近红外、红外光分为:近红外、中红外中红外和远红外和远红外 1)红外

5、光谱图:)红外光谱图: 横坐标横坐标波长波长(m)及及波数波数(cm-1) 纵坐标纵坐标吸光度吸光度(A)或或透光率透光率(T%) A=lg(1/T) *吸收强度越大,透过率越小,吸光度越大。吸收强度越大,透过率越小,吸光度越大。2 2)待测样品状态:气、液、固)待测样品状态:气、液、固3 3)红外光谱仪所用频率:)红外光谱仪所用频率:40004000400cm400cm-1-1官能团区:官能团区:400040001400cm1400cm-1-1;指纹区:;指纹区m400cm-1-12. 2. 红外光谱的基本原理红外光谱的基本原理 红外光谱中的吸收带是由于分子吸收一定

6、频率的红红外光谱中的吸收带是由于分子吸收一定频率的红外光,发生振动能级的跃迁产生的。外光,发生振动能级的跃迁产生的。1 1)分子的振动形式)分子的振动形式以亚甲基为例:以亚甲基为例:伸缩振动伸缩振动()()面内弯曲振动:面内弯曲振动:面外弯曲振动:面外弯曲振动:面外摇摆面外摇摆 扭曲振动扭曲振动 注意:只有使分子产生瞬间注意:只有使分子产生瞬间偶极距变化偶极距变化的分子振的分子振动才能产生红外吸收。动才能产生红外吸收。2 2)红外光谱)红外光谱 注意:注意:相同的官能团或键型具有相同的红外吸收相同的官能团或键型具有相同的红外吸收频率。频率。 用途:判断分子中的官能团。用途:判断分子中的官能团。

7、说明:说明:1 1、特征吸收谱带主要集中在、特征吸收谱带主要集中在400040001250cm1250cm-1-1 (化学键或官能团的特征频率区)。(化学键或官能团的特征频率区)。 2 2、一般地,振动时所产生的偶极距越大,、一般地,振动时所产生的偶极距越大,吸收峰越强。吸收峰越强。 如如-OH-OH,-CO-CO-等极性基团的吸收较强。等极性基团的吸收较强。 3 3、分子结构引起的谱带的细微变化集中在、分子结构引起的谱带的细微变化集中在12501250675cm675cm-1-1(指纹区),可用来判断两个样品是(指纹区),可用来判断两个样品是否为同一化合物。否为同一化合物。需掌握的基团吸收峰

8、:需掌握的基团吸收峰:实例解析:实例解析:8.3 核磁共振(核磁共振(NMR)1、基本概念、基本概念 核磁共振核磁共振:用电磁波照射磁场中的质子,当电磁波:用电磁波照射磁场中的质子,当电磁波 的能量与两个能级的能量差相等时,的能量与两个能级的能量差相等时, 处于低能级的质子就会吸收能量跃迁到处于低能级的质子就会吸收能量跃迁到 高能级,这种现象称为核磁共振。高能级,这种现象称为核磁共振。 核磁共振谱核磁共振谱:由具有磁矩的原子核受辐射而发生跃:由具有磁矩的原子核受辐射而发生跃 迁所形成的吸收光谱。迁所形成的吸收光谱。(应用最广)(应用最广)分类分类氢谱:氢谱:1H NMR 碳谱:碳谱:13C N

9、MR 谱图:谱图: 横坐标横坐标吸收能量的强度吸收能量的强度 纵坐标纵坐标磁场强度磁场强度2、化学位移化学位移(chemical shift) 1)概念:原子核(如质子)由于)概念:原子核(如质子)由于化学环境化学环境所引起的所引起的核磁共振核磁共振信号位置信号位置的变化称为化学位移(的变化称为化学位移() . 2)屏蔽效应()屏蔽效应(shielding effect) 核磁共振是由电磁波照射磁场中的质子产生的,核磁共振是由电磁波照射磁场中的质子产生的,而在外加磁场(而在外加磁场(H0)的作用下,核外电子会发生循环)的作用下,核外电子会发生循环的流动,从而产生一个感应磁场。由于有机化合物分的

10、流动,从而产生一个感应磁场。由于有机化合物分子中质子周围都有电子,从而导致质子所感受到的磁子中质子周围都有电子,从而导致质子所感受到的磁场强度,不等于外加磁场强度,即电子对外加磁场有场强度,不等于外加磁场强度,即电子对外加磁场有屏蔽作用屏蔽作用。(如:手机屏蔽)。(如:手机屏蔽) a、若、若H感感与与H0反向平行反向平行排列,排列, H有效有效=H0-H感感 屏蔽效应屏蔽效应 受屏蔽效应影响的质子在较高的外磁场强度作用下受屏蔽效应影响的质子在较高的外磁场强度作用下才能发生共振吸收,即核磁共振信号移向才能发生共振吸收,即核磁共振信号移向高场高场。 1H核外核外电子云密度越大,屏蔽效应越大,信号越

11、移向高场。电子云密度越大,屏蔽效应越大,信号越移向高场。b、若、若H感感与与H0同向平行同向平行排列,则:排列,则:H有效有效=H0+H感感 去屏蔽效应去屏蔽效应 受去屏蔽效应影响的受去屏蔽效应影响的1H,其,其1H NMR信号移向信号移向低场低场。3)化学位移)化学位移 定义:同一类型的磁核由于在分子中的化学环境不定义:同一类型的磁核由于在分子中的化学环境不同而显示出不同的吸收峰。表示信号离同而显示出不同的吸收峰。表示信号离TMS若干若干ppm标准物质:标准物质:TMS,规定其,规定其=0TMS的共振频率试样的共振频率化学位移仪仪器器使使用用的的射射频频3、峰面积与氢原子数、峰面积与氢原子数

12、 峰面积峰面积:表示吸收峰的强度,用氢原子数表示,所:表示吸收峰的强度,用氢原子数表示,所以用峰面积可以推出氢原子数。以用峰面积可以推出氢原子数。 在核磁共振谱图中,每一组吸收峰都代表一种氢,每种共振在核磁共振谱图中,每一组吸收峰都代表一种氢,每种共振峰所包含的面积是不同的,其面积之比恰好是各种氢原子数之比。峰所包含的面积是不同的,其面积之比恰好是各种氢原子数之比。如乙醇中有三种氢其谱图为:如乙醇中有三种氢其谱图为: 故核磁共振谱不仅揭示了各种不同故核磁共振谱不仅揭示了各种不同H的化学位移,的化学位移,并且表示了各种不同氢的数目。并且表示了各种不同氢的数目。 峰面积之比峰面积之比=该峰的氢原子

13、个数比该峰的氢原子个数比 峰组数峰组数n:表示有:表示有n种不同质子。种不同质子。 eg. CH3CH2Cl 峰面积比峰面积比=3:24、峰的裂分与自旋偶合、峰的裂分与自旋偶合 裂分裂分:相邻两个碳上质子之间的自旋偶合而产生的。:相邻两个碳上质子之间的自旋偶合而产生的。自旋偶合自旋偶合:我们把这种由于邻近不等性质子自旋的相互:我们把这种由于邻近不等性质子自旋的相互 作用(干扰)而分裂成几重峰的现象称为作用(干扰)而分裂成几重峰的现象称为 自旋偶合。自旋偶合。1)自旋偶合的产生(以溴乙烷为例)自旋偶合的产生(以溴乙烷为例)2)峰的重数()峰的重数( n+1规律)规律)a、邻位的、邻位的H相同:峰数相同:峰数=n+1 如如 :CH3CH2CH3 b、邻位的、邻位的H不相同:峰数不相同:峰数=(n+1)(n+1)(n+1) 峰的表示:峰的表示: 单峰:单峰:s 二重峰:二重峰:d 三重峰:三重峰:t 多重峰:多重峰:mCH3CH3CHIOMeClClCl两组峰两组峰三组峰三组峰(d)(d)(m)(s)(d)(d)5、常见基团中质子的化学位移、常见基团中质子的化学位移需掌握的质子的化学位移需掌握的质子的化学位移: 脂肪族脂肪族CH(C上无杂原子)上无杂原子) 02.0 烯氢烯氢 4.57.5 炔氢炔氢 1.63.4 芳氢芳氢 69.5 与杂原子相连的与杂原子相连的H 913练习:分子

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