第六章有机物波谱分析

1、第六章 有机化合物的波谱(bp)分析共五十八页本章(bn zhn)重点初步了解红外光谱产生的原理和条件，理解键能和原子质量与吸收频率的关系,初步认识一些化合物基团的特征吸收峰.2 了解化学位移的定义及表达方式,掌握电负性对化学位移的影响(yngxing),掌握峰面积与氢原子个数的关系,掌握自旋裂分的(n+1)规则共五十八页分子吸收光谱 分子吸收幅射，就获得能量，分子获得能量后，可以增加原子的转动或振动，或激发电子到较高的能级。但它们是量子化的，因此只有光子的能量恰等于两个能级之间的能量差时（即E）才能被吸收。所以对于某一分子来说，只能吸收某一特定频率的辐射，从而引起分子转动或振动能级的变化(b

2、inhu)，或使电子激发到较高的能级，产生特征的分子光谱。这样的分子光谱就叫分子吸收光谱。共五十八页 研究或鉴定一个有机化合物的结构，需对该化合物进行结构表征。其基本程序如下： 分离提纯物理常数测定元素分析(fnx)确定分子式确定其可能的构造式(结构表征)。共五十八页结构(jigu)表征的方法 2种方法：化学法和波谱法。 传统方法：(化学法) 元素定性、定量分析及相对分子质量测定(cdng)分子式； 官能团试验及衍生物制备分子中所含官能团及部分结构片断； 将部分结构片断拼凑完整结构； 查阅文献，对照标准样，验证分析结果。 共五十八页化学表征法的特点(tdin)和缺点 特点： 需要较多试样（半微

3、量分析，用样量为10100mg）， 大量的时间（吗啡(ma fi)碱，18051952年）， 熟练的实验技巧，高超的智慧和坚韧不拔的精神。 缺点：分子有时重排，导致错误结论； C及CC的构型确定困难。 共五十八页波谱(bp)法质谱（最好用元素分析仪验证）分子式；各种( zhn)谱图（UV、IR、NMR、MS）官能团及部分结构片断；拼凑完整结构；标准谱图确认。 共五十八页光谱法的特点(tdin) 特点：样品用量少（30mg）， 不损坏样品（质谱除外）， 分析速度快， 对*C及CC的构型确定比较方便(fngbin)。光谱法已成为有机结构分析的常规方法。但是化学方法仍不可少，它与光谱法相辅相成，相互

4、补充，互为佐证。 共五十八页光的能量 E=h=hc/ h-普郎克常数（6.62610-34J.S） 波长(bchng)与频率的关系为： = c /200800nm:引起电子运动(yndng)能级跃迁，得到紫外及可见光谱；2.5-25m:引起分子振、转能级跃迁，得到红外光谱； 60-600MHz:核在外加磁场中取向能级跃迁，得到核磁共振谱。 共五十八页分子运动能级(nngj)（1）转动光谱转动能级之间的能量差很小，位于(wiy)远红外及微波区内，在有机化学中用处不大。（2）振动光谱吸收波长大多位于2.525m内(中红外区内),因此称为红外光谱。（3）电子光谱吸收波长在100400nm，为紫外光谱

5、。共五十八页6.1 红外光谱(gungp)（Infrared Spectroscopy,IR） 红外光谱就是(jish)当红外光照射有机物时，用仪器记录下来的吸收情况（被吸收光的波长及强度等）。 红外线可分为三个区域： 红外光谱法主要讨论有机物对中红区的吸收。 6.1.1 红外光谱产生的原理共五十八页 6.1.2 红外吸收(xshu)峰产生的条件 振动(zhndng)过程中能够改变分子偶极矩的振动(zhndng)才能产生吸收峰，分子对称性高者，其IR谱图简单；分子对称性低者，其IR谱图复杂； CS2、CCl4等对称分子的IR谱图特别简单,可用作IR溶剂。 一般情况下，一张红外光谱图有530个吸

6、收峰。共五十八页(1) 分子(fnz)振动的类型 分子的振动类型(lixng)有两大类：伸缩振动（）：只改变键长，不改变键角；波数较高。弯曲振动（）：只改变键角，不改变键长；波数较低。 6.1.3 分子中原子的振动类型与化学键的振动频率共五十八页分子的近似机械模型弹簧连接(linji)小球。分子的振动可用Hookes rule来描述： 红外光谱中，频率(pnl)常用波数表示。波长与频率的关系为： = c /波数每厘米中振动的次数。波数与波长互为倒数。 (1cm=104m) (2) 振动方程共五十八页若将频率(pnl)采用波数表示，Hookes rule则可表示为： 振动(zhndng)方程式中

7、： k 化学键的力常数； m 成键原子的质量。 不同分子的结构不同，化学键的力常数不同，成键原子的质量不同，导致振动频率不同。 用红外光照射有机分子，样品将选择性地吸收那些与其振动频率相匹配的波段，从而产生红外光谱。共五十八页讨论(toln)：键能，k，则或。例如(lr)： 键的类型CCC=CCCK/1010Ncm-1121881246/ cm-121002260162016807001200成键原子的质量m1或m2，则或。例如： 化学键CHCNCO/ cm-1285329601180136010801300共五十八页6.1.4 有机(yuj)化合物基团的红外特征频率 横坐标：波长(bchng

8、)/或波数/cm-1。纵坐标：透光率T。 共五十八页红外谱图一般(ybn)以1300cm-1为界： 40001300cm-1：官能团区，用于官能团鉴定； 1300650cm-1：指纹区，用于鉴别两化合物是否相同。官能团区吸收峰大多由成键原子的伸缩振动而产生，与整个(zhngg)分子的关系不大，不同化合物中的相同官能团的出峰位置相对固定，可用于确定分子中含有哪些官能团。指纹区吸收峰大多与整个分子的结构密切相关，不同分子的指纹区吸收不同，就象不同的人有不同的指纹，可鉴别两个化合物是否相同。指纹区内的吸收峰不可能一一指认。 共五十八页例：庚酸和正癸酸的红外光谱(gungp)。共五十八页6.1.5 有

9、机(yuj)化合物红外光谱举例共五十八页(一) IR中官能团的吸收(xshu)位置(P.68表6-1) 37003200cm-1:N-H、O-H （其中N-H波数高于O-H，氢键缔合波数低于游离(yul)波数） 例：正丁胺、乙醇(液膜)、乙醇(CCl4)、苄醇的IR谱图 共五十八页丁胺共五十八页乙醇(y chn)(液膜)共五十八页乙醇(y chn)(CCl4)共五十八页C7H8O共五十八页 33002800 cm-1：C-H （以3000 cm-1为界： 高于3000 cm-1为C-H（不饱和），低于3000 cm-1为C-H饱和） 例：十二(sh r)烷、1-癸烯、1-己炔、甲苯的IR谱图共

10、五十八页十二(sh r)烷共五十八页1-癸烯共五十八页1-己炔共五十八页C7H8共五十八页 2200 cm-1：CN、CC（中等(zhngdng)强度，尖峰） 例：1-辛炔、2-辛炔、环戊基腈的IR谱图共五十八页1-辛炔共五十八页2-辛炔共五十八页环戊基腈共五十八页 19001650 cm-1：CO 干扰少，吸收强，重要！酮羰基(tn j)在1715 cm-1出峰 ! 例：2-戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮的IR谱图共五十八页C5H10O共五十八页C8H8O2共五十八页苯乙酮共五十八页 16501600 cm-1 ：CC(越不对称(duchn)，吸收越强) 例：1-癸烯、 1-辛烯的IR谱图。1-癸烯

11、共五十八页1-辛烯共五十八页 1600、1500、1580、1460 ：苯环(bn hun)（苯环呼吸振动） 例：甲苯、苯酚的IR谱图。共五十八页苯酚(bn fn)共五十八页 1500 cm-1以下：单键区。 1450 cm-1：CH2、CH3； 1380 cm-1：CH3 （诊断(zhndun)价值高） 例：CH3CH2CH(CH3)CH2CH3 、十二烷的IR谱图。共五十八页共五十八页 1000 cm-1以下，苯环(bn hun)及双键上CH面外弯曲振动 苯环上五氢相连（单取代(qdi)）：700、750 cm-1 例：苯酚的IR共五十八页四氢相连(xin lin)（邻二取代）：77073

12、0 cm-1 例：邻二甲苯共五十八页三氢相连(xin lin)（间二取代）：700、780cm-1 例：间二甲苯的IR共五十八页二氢相连(xin lin)（对二取代）：840800cm-1 例：对二甲苯的IR共五十八页共五十八页(二) 解析(ji x)IR谱图的原则 解析IR谱图时，不必对每个吸收峰都进行指认。重点解析强度大、特征性强的峰，同时考虑(kol)相关峰原则。 相关峰由于某个官能团的存在而出现的一组相互依 存、相互佐证的吸收峰。 例如：若分子中存在羧基，则其IR谱图中应出现下列一组相关峰： 例：庚酸的IR图 共五十八页本章(bn zhn)重点： 红外光谱与有机(yuj)分子结构的关系，有机(yuj)化合物基团的特征吸收频率(P156表7-2)，红外光谱的解析； 核磁共振谱与有机分子结构的关系，化学位移及n+1规律，核磁共振谱的解析。 共五十八页2-甲基戊烷共五十八页邻二甲苯共五十八页间二甲苯共五十八页对二甲苯共五十八页C3H7NO共五十八页C8H16O共五十八页内容摘要第六章 有机化合物的波谱分析。分离提纯物理常数测定元素分析确定分子式确定其可能的构造式(结构表征)。吸收波长大多(ddu)位于2.525m内(中红外区内),因此称为红外光谱。CS2、CCl4