有机化合物的波谱分析ppt课件

1、有机化合物的波谱分析有机化合物的波谱分析测定有机化合物构造的物理方法测定有机化合物构造的物理方法 红外光谱、核磁共振、紫外光谱、质谱红外光谱、核磁共振、紫外光谱、质谱特点：用量少、速度快、准确率高特点：用量少、速度快、准确率高电磁波电磁波 只需辐射光的能量正好等于电子的两个能级之差时只需辐射光的能量正好等于电子的两个能级之差时辐射能才干被吸收辐射能才干被吸收分子吸收辐射能是量子化的分子吸收辐射能是量子化的. 即：一个分子只能吸收某些特定波长或频率的辐射即：一个分子只能吸收某些特定波长或频率的辐射. 一个分子的吸收光谱与它的构造亲密相关。一个分子的吸收光谱与它的构造亲密相关。 每个有机化合物都有

2、它本人的吸收光谱。每个有机化合物都有它本人的吸收光谱。 红外光谱图的表示方法红外光谱图的表示方法 红外光谱与分子构造的关系红外光谱与分子构造的关系 有机化合物的红外光谱有机化合物的红外光谱8.1. 红外光谱的表示方法红外光谱的表示方法 红外光谱红外光谱(infrared，spectroscopy，简记为，简记为IR)是分子吸收红外区光波时，分子中原于的振动能级是分子吸收红外区光波时，分子中原于的振动能级和转动能级发生跃迁而产生的吸收光谱。和转动能级发生跃迁而产生的吸收光谱。普通普通,以波数或波长为横坐标以波数或波长为横坐标,表示吸收带的位置表示吸收带的位置, 以透射率以透射率(T% )为纵坐标

3、为纵坐标,表示吸收的强度表示吸收的强度.光源光源样品样品检测器检测器记录仪记录仪红外光谱仪简图红外光谱仪简图8.2. 红外光谱与分子构造的关系红外光谱与分子构造的关系 分子振动主要包括键的伸缩振动和键的弯曲振动分子振动主要包括键的伸缩振动和键的弯曲振动. 伸缩振动伸缩振动: 键长发生变化而键角不变键长发生变化而键角不变,包括包括: 弯曲振动弯曲振动: 键长不变而键角发生变化键长不变而键角发生变化,包括包括:倍频区倍频区官能团特征区官能团特征区指纹区指纹区8.3. 有机化合物的红外光谱有机化合物的红外光谱 烷烃烷烃: 28503000 cm-1 C-H 伸缩振动伸缩振动 14501470 -1

4、-CH3 CH2-剪式弯曲振动剪式弯曲振动 00 1 CH3-平面摇摆弯曲振动平面摇摆弯曲振动 (留意分裂峰留意分裂峰) 720725 -1 -CH2-平面摇摆弯曲振动平面摇摆弯曲振动n=4)28501470072000 1 处处CH3-平面摇摆弯曲振动分裂峰：平面摇摆弯曲振动分裂峰：烯烃烯烃:Csp2-H伸缩振动伸缩振动 30103100 cm-1 C=C伸缩振动伸缩振动 16201680 cm-1 =C-H平面外弯曲振动平面外弯曲振动 7001000 cm-1 炔烃炔烃:Csp-H伸缩振动伸缩振动 33103300cm-1 CC伸缩振动伸缩振动 21002140 cm-1 C-H平面外弯曲

5、振动平面外弯曲振动 600700 cm-1非末端炔烃非末端炔烃: 21002140 cm-1 弱弱, 完全对称那么无此完全对称那么无此峰峰. 比较比较芳烃：芳烃：单环芳经的环上单环芳经的环上C=C键的伸缩振动：键的伸缩振动： 1600 cm-1、1580 cm-1、1500cm-1和和1450 cm-1苯环上苯环上C-H键伸缩振动：键伸缩振动：30l03110 cm-1C-H键的面外弯曲振动：键的面外弯曲振动：690900 cm-1， 16503000 cm-1(泛频泛频)取代情况取代情况 C=O: 1700cm-1其它：其它：红外光谱运用：红外光谱运用： (1)确证两个化合物能否一样。确证两

6、个化合物能否一样。 (2)确定一个化合物中能否存在某一特殊键或确定一个化合物中能否存在某一特殊键或官能团官能团推测构造推测构造: 核磁共振的原理核磁共振的原理 屏蔽效应和化学位移屏蔽效应和化学位移 自旋巧合和自旋裂分自旋巧合和自旋裂分 有机化合物的核磁共振谱有机化合物的核磁共振谱 (1HNMR) 原子序数或质量数为奇数的原子核，其自旋可产生原子序数或质量数为奇数的原子核，其自旋可产生磁矩。磁矩。 在磁场中，质子自旋产生的磁矩有两种取向：与外在磁场中，质子自旋产生的磁矩有两种取向：与外加磁场方向一致或相反加磁场方向一致或相反.8.4 核磁共振的根本原理核磁共振的根本原理质子磁矩的两种取向相当于两

7、个能级质子磁矩的两种取向相当于两个能级 反磁取向能量高，顺磁取向能量低反磁取向能量高，顺磁取向能量低这两种取向的能级差与外加磁场强度成正比：这两种取向的能级差与外加磁场强度成正比：HhrE2 r磁旋比磁旋比; 质子质子2.6750; hPlanck常数常数; H0外加磁场强度外加磁场强度 假设外界供应一定频率的电磁波，其能量假设外界供应一定频率的电磁波，其能量E辐恰辐恰好等于氢核两个能级之差好等于氢核两个能级之差E时时 ，处于低能级的质子，处于低能级的质子就可吸收电磁波的能量，跃迁到高能级就可吸收电磁波的能量，跃迁到高能级核磁共核磁共振振Hhrh2Hr2两种操作方式：两种操作方式：(1) 扫频

8、扫频固定磁强，改动电磁波辐射频率固定磁强，改动电磁波辐射频率(2) 扫场扫场固定辐射频率，改动磁场强度固定辐射频率，改动磁场强度 氢核氢核1H在核磁共振仪中发生核磁共振时，相应的电磁在核磁共振仪中发生核磁共振时，相应的电磁波辐射频率与外加磁场的对应关系为：波辐射频率与外加磁场的对应关系为： 8.5屏蔽效应和化学位移屏蔽效应和化学位移屏蔽效应：屏蔽效应：质子被电子包围着，电子在外加磁场的质子被电子包围着，电子在外加磁场的作用下产生一个感应磁场。作用下产生一个感应磁场。普通，感应磁场普通，感应磁场H感存在使质子实践感感存在使质子实践感遭到的磁场强度遭到的磁场强度H0比外加磁场强度比外加磁场强度H0

9、小，这种效应叫做屏蔽效应。小，这种效应叫做屏蔽效应。所以要发生共振必需：所以要发生共振必需： H0=H0+ H感感质子周围电子云密度质子周围电子云密度 感应磁强感应磁强 H感感 屏蔽效应屏蔽效应 发生共振吸收的磁场强度发生共振吸收的磁场强度 H0例如：例如：1,2,2-三氯丙烷三氯丙烷 吸收信号的数目表示分子中所含质子的类型数，吸收信号的数目表示分子中所含质子的类型数，同时吸收峰的相对强度与同一类质子的数目相对应。同时吸收峰的相对强度与同一类质子的数目相对应。磁场强度磁场强度电子云密度小电子云密度小电子云密度大电子云密度大磁场强度磁场强度例如：乙醇例如：乙醇电子云密度大电子云密度大三种类型的质

10、子，峰面积比即质子的数目比为三种类型的质子，峰面积比即质子的数目比为123 ppmppmTMS6010样TMS吸收强度吸收强度磁场强度磁场强度0 屏蔽越大屏蔽越大磁强越大磁强越大 值越小值越小同一类基团相连的质子具有大致一样的同一类基团相连的质子具有大致一样的值：值：诱导效应的影响随碳链的增长而减弱：诱导效应的影响随碳链的增长而减弱： 苯的核磁共振氢谱中，氢的化学位移只需一种，苯的核磁共振氢谱中，氢的化学位移只需一种，是单峰，是单峰，7.27。在取代苯中，供电子基使其。在取代苯中，供电子基使其值值变小变小(高场高场)，吸电子基使其，吸电子基使其值添加值添加(低场低场)。 分子中某些基团电子云的

11、分布不是球形对称时，分子中某些基团电子云的分布不是球形对称时，在外加磁场作用下，它对临近的在外加磁场作用下，它对临近的1H核产生一个各向核产生一个各向异性的磁场，因此使分子中处于不同空间位置的氢核异性的磁场，因此使分子中处于不同空间位置的氢核遭到不同程度的屏蔽作用，此为磁各向异性效应。遭到不同程度的屏蔽作用，此为磁各向异性效应。 处于受屏蔽区域的处于受屏蔽区域的1H其其值变小值变小(高场高场)，处于去屏，处于去屏蔽区域的蔽区域的1H其其变大变大(低场低场) 。=5.25=5.25=7.27=7.27受屏蔽作用较强，受屏蔽作用较强，=1.7-3=1.7-31磁等价质子和磁不等价质子磁等价质子和磁不等价质子8.6 自旋巧合和自旋裂分：自旋巧合和自旋裂分： 2. 自旋巧合和自旋裂分：自旋巧合和自旋裂分：二重峰二重峰 三重峰三重峰 峰面积峰面积峰面积可用积分曲线表示：峰面积可用积分曲线表示：积分曲线总高度与质子总数对应；积分曲线总高度与质子总数对应；各种质子的积分曲线高度之比，即各个各种质子的积分曲线高度之比，即各个组峰面积之比，就是各种质子数之比。组峰面积之比，就是各种质子数之比。分裂峰的相对强度分裂峰的相对强度 分裂的一组峰，其相对峰面积根本满足分裂的一组峰，其相对峰面积根本满足两项展开式的