谱图综合解析
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第4章 四谱综合解析(最初)讲解
●在实际工作中，用四谱进行结构分 析时，往往是根据IR、NMR确定结 构式，用UV和MS对结构式进行确 证，最后用四种标准谱图对照，并 经各种物理常数验证后，得出结论。
第四章 四谱综合解析
§4-2 谱图解析的一般方法
一、摩尔质量和化学式的确定 1. MS法 （1）利用高分辨MS的分子离子峰直接测 定精确的摩尔质量并推断出化学式； （2）用低分辨MS中的分子离子峰及同位 素的M+1、M+2峰和贝农表结合获得摩尔 质量和化学式。
（3）用1H谱获得分子中总H原子数目，与13CNMR谱得到的H数目比较，对无对称性的分 子 1H-NMR 谱 中 获 得 的 H 数 目 减 去 13C-NMR 谱得到的H数目既为与杂原子相连的H数。
第四章 四谱综合解析
（4）用重氢交换法验证与杂原子相连的活 泼氢及其数目；
（5）将1H-NMR谱中获得的各组峰的H数 与13C-NMR谱的基团中H数进行对照调 整，结合摩尔质量，推算出O和其它杂 原子比例。
●MS谱
27
PWBD
§4-3 四谱综合解析示例
解：（1）确定化学式
●将上述4个谱图信息汇总
谱学
C数目
H数目
名称 羰C区:sp2:sp3 总C数 羰C区:sp2:sp3 总H数
13CNMR 1:2:4
7
0:3:9
12
1HNMR 谱图有6组峰 ≥6 (面积)1:2:2:2:2:3 12
IR
谱峰1724、1170、1100cm-1三个峰
m/z
§4-3 四谱综合解析示例
（3）确定结构式
●综合上述分析，该化合物为丁酸烯 丙酯，其结构式为：
H
H
O
C=C
CH3CH2CH2C-O-CH2
第四章 四谱综合解析
§4-2 谱图解析的一般方法
一、摩尔质量和化学式的确定 1. MS法 （1）利用高分辨MS的分子离子峰直接测 定精确的摩尔质量并推断出化学式； （2）用低分辨MS中的分子离子峰及同位 素的M+1、M+2峰和贝农表结合获得摩尔 质量和化学式。
（3）用1H谱获得分子中总H原子数目，与13CNMR谱得到的H数目比较，对无对称性的分 子 1H-NMR 谱 中 获 得 的 H 数 目 减 去 13C-NMR 谱得到的H数目既为与杂原子相连的H数。
第四章 四谱综合解析
（4）用重氢交换法验证与杂原子相连的活 泼氢及其数目；
（5）将1H-NMR谱中获得的各组峰的H数 与13C-NMR谱的基团中H数进行对照调 整，结合摩尔质量，推算出O和其它杂 原子比例。
●MS谱
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PWBD
§4-3 四谱综合解析示例
解：（1）确定化学式
●将上述4个谱图信息汇总
谱学
C数目
H数目
名称 羰C区:sp2:sp3 总C数 羰C区:sp2:sp3 总H数
13CNMR 1:2:4
7
0:3:9
12
1HNMR 谱图有6组峰 ≥6 (面积)1:2:2:2:2:3 12
IR
谱峰1724、1170、1100cm-1三个峰
m/z
§4-3 四谱综合解析示例
（3）确定结构式
●综合上述分析，该化合物为丁酸烯 丙酯，其结构式为：
H
H
O
C=C
CH3CH2CH2C-O-CH2
谱图综合解析1
2021/7/3
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13
5）核磁共振碳谱 (13C NMR)
δ 30
33 44 120~130 142
2021/7/3
偏共振多重性
t
t t d s
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归属
CH2
CH2 CH2 CH
C
14
推断
CH2-CH2-CH2
C=C-CH2-CH2 Cl-CH2-CH2
苯环上没取代的碳 苯环上取代的碳
CH 2O C CH 3
6）质谱验证MS
2021/7/3
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22
O CH 2 O C CH 3
O
- O C CH 3
-
CH 2 O
CH 2 m /z= 91
O
HC CH
-O CH 2 O C CH 3
- CH 3
C CH 3
m /z= 43
m /z= 65
m /z= 77
- HC CH
86(M ) 71
m /z
7
H3C O
-
H2C CH C CH 3
H3C
- H3C CH
O C CH 3 m/z=43
CH 3 H3C H3C CH
O C m/z=71
-CO H3C
m/z=43 H3C CH
-H2
C3H5
m/z=41
2021/7/3
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8
例2 . 某化合物元素分析数据如下：
3）核磁共振氢谱 1H NMR
3H
3H
2H 2H
2H
2021/7/3
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5. 谱图综合解析的方法
13C:
双峰，四重峰。
2. 综合解析的步骤
1) 解析前应了解尽可能多的信息
首先了解样品的来源和纯度; 纯物质要了解其熔点、沸点、溶解性能等物理化学性 质以及用其它分析手段所测得的数据（如分子量、元素 分析数据）等; 混合物需要精制后才能进行光波谱分析,或采用一些联 用技术分析 .
2) 初步观察各种谱图并得出一些明显的结论
C-NMR：只有四类碳说明分子有对称结构，偏共振去偶图 中处于50～70ppm的3种亚甲基受中等去屏蔽，表示碳与 氮、氧原子相连，1个甲基在高场，为C-CH3结构。
2013-8-20
2013-8-20
例2 依据四谱推测该化合物的分子结构。
2013-8-20
2013-8-20
3
2 4
2013-8-20
2011714nmethylphenethylacetamide化合物的谱图如下试推导其可能的结构式化合物的谱图如下试推导其可能的结构式化合物的谱图如下试推导其可能的结构式439110513414920117142011714444phenylphenylphenyl222butanonebutanonebutanone2011714化合物的四谱图如下试推导其可能的结构式化合物的四谱图如下试推导其可能的结构式化合物的四谱图如下试推导其可能的结构式9312115020117142011714ohohho2羟基苯基乙基酮2011714化合物的四谱图如下试推导其可能的结构式化合物的四谱图如下试推导其可能的结构式化合物的四谱图如下试推导其可能的结构式8010920117142011714nhohnhohnhoh对氨基苯酚对氨基苯酚对氨基苯酚2011714化合物的四谱图如下试推导其可能的结构式化合物的四谱图如下试推导其可能的结构式化合物的四谱图如下试推导其可能的结构式9011820117142011714indoleindoleindole2011714波谱综合解析小节波谱综合解析步骤
波普分析 谱图综合解析ok
δ =2.25ppm 6.67 6.50ppm 7.2～7.5ppm 3:1:6
例5
构。
以下是某化合物的IR、MS和NMR图。推测有机物结
1709cm-1 1650cm-1 1240cm-1 1140cm-1 990cm-1
m/z=67, 83, 95, 96, 112, 125, 140
δ =1.25, 1.81, 4.1, 5.65～6.2, 7.2 3:3:2:3:1
m/z=43, 77, 103, 131, 146, 147, 148 147(M+1)/146(M)=10.81%, 148(M=2)/146(M)=0.73%
3100～3000cm-1 1670cm-1 1620cm-1 1600cm-1 1575cm-1 1495cm-1 970cm-1 740cm-1 690cm-1
谱图综合解析
解析步骤： 1 首先根据质谱的分子离子峰和同位素峰及其相 对强度，确定分子式，并计算不饱和度；
2
3
4
5
初步查看，从四种谱图中判断化合物是脂肪族 还是芳香族，是否含不饱和键； 仔细辨认四种谱图，从中了解样品分子中的官 能团及其取代关系； 利用已确定的结构单元，组成化合物的几种可 能结构； 从推测的几种结构，进行四谱指认，最终确定 化合物结构。
5）根据A和B的结构计算化学位移，取两种亚甲基中δ较大的比较：
A
B
因此结构为A。
例3
某化合物为无色液体，bp为144℃。以下分别为NMR、 IR、UV和MS图。推测有机物结构。
3413cm-1 2950cm-1 1709cm-1
例4
以下是某化合物的MS、IR和NMR图。UV图中，乙醇溶剂 中λ max＝220nm（logε ＝4.08），λ max＝287nm（logε ＝ 4.36）， 探测有机物结构。
热分析谱图综合解析
Td(0)：加热失重的 起始温度
稳定剂有时间限制，超过1000min失效。
Weight (wt%)
100.0
99.5
PP sample
250C
加稳定剂
等温TG
99.0
98.5
98.0
97.5
PP powder sample
无稳定剂
97.0
96.5 0.0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
热分解反应
一般化学反应的速度v与浓度、温度等有关，速度与浓 度的关系即质量作用定律：
v = k(1- )n
为失重率，1-为未失重率
某固态聚合物A热分解后生 成固态产物B和气态产物C W0： A起始重量 W∞：B的重量
样品的失重率可表示为：
W0 W W
W0 W W
(1)
由质量作用定律得到
d k(1- )n (2)
Weight (%)
100
90
80
70
12.5C/min
60
10C/min
7.5C/min
50
5C/min
2.5C/min
40
30
Nitrogen
47%
100 200 300 400 500 600 700
Temperature C
氮气中失重也分两个阶段。第一阶段也到430C，失重47% 第二阶段失重慢于第一阶段，至700C重量保持>30%
1.氧气促进降解 2.稳定剂仅在惰性环境中有效
结论
1. 聚丙烯热失重有两种主要机理:脱低聚物与降解 2. 纯PP的起始降解温度为190C 3. 恒温条件下线性降解，升温条件下降解加速 4. 氧气促进降解 5. 稳定剂的作用:
稳定剂有时间限制，超过1000min失效。
Weight (wt%)
100.0
99.5
PP sample
250C
加稳定剂
等温TG
99.0
98.5
98.0
97.5
PP powder sample
无稳定剂
97.0
96.5 0.0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
热分解反应
一般化学反应的速度v与浓度、温度等有关，速度与浓 度的关系即质量作用定律：
v = k(1- )n
为失重率，1-为未失重率
某固态聚合物A热分解后生 成固态产物B和气态产物C W0： A起始重量 W∞：B的重量
样品的失重率可表示为：
W0 W W
W0 W W
(1)
由质量作用定律得到
d k(1- )n (2)
Weight (%)
100
90
80
70
12.5C/min
60
10C/min
7.5C/min
50
5C/min
2.5C/min
40
30
Nitrogen
47%
100 200 300 400 500 600 700
Temperature C
氮气中失重也分两个阶段。第一阶段也到430C，失重47% 第二阶段失重慢于第一阶段，至700C重量保持>30%
1.氧气促进降解 2.稳定剂仅在惰性环境中有效
结论
1. 聚丙烯热失重有两种主要机理:脱低聚物与降解 2. 纯PP的起始降解温度为190C 3. 恒温条件下线性降解，升温条件下降解加速 4. 氧气促进降解 5. 稳定剂的作用:
有机波谱分析 第五章 波谱综合解析
（5）主要碎片离子峰－官能团
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四大光谱综合波谱解析
一般情况，由IR、1H NMR及MS三种光谱提供的数据，即可确定未知 物的化学结构。若不足，再增加13C NMR等。
在进行综合光谱解析时，不可以一种光谱 “包打天下”，各有所长，
取长补短，相互配合、相互补充。
如何利用紫外光谱，红外光谱、核磁共振光谱和质谱的资料推断结构、
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波谱综合解析步骤
4) 通过谱图解析确定存在的官能团以及结构单元 (1) 红外光谱
IR能给出大部分官能团和某些结构单元存在的信息，从谱
图特征区可以清楚地观察到存在的官能团，从指纹区的某些 相关峰也可以得到某些官能团存在的信息。
(2) 有机质谱
MS除了能够给出分子式和相对分子量的信息，还可以
某种波谱分析可能会产生反映某个原子团或官能 团存在最明显的谱峰，进而得出某个官能团明显存在 的结论，对进一步的谱图综合解析工作具有至关重要 的意义。
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波谱综合解析步骤
3)分子式的确定及不饱和度的计算
采用高分辨质谱分析可以获得分子的精确分子量并给出分
子式； 通过元素分析数据可以求出化合物的分子式； 低分辨质谱可以获得整数分子量数据，借助同位素峰的相 对强度根据Beynon表也可以得到化合物的分子式； 通过谱图综合解析获得基本结构单元,进而获得分子式； 根据确定的分子式计算出该化合物的不饱和度。
第五章 波谱综合解析
一、波谱综合解析方法
了解每一种有机波谱分析方法的特点，以及从哪个侧
面反映分子骨架和部分结构（基团或原子团）的信息。
不同分析方法获得的信息和数据在彼此相互补充和印证
谱图的综合解析
等离子体物理
等离子体物理中的谱图主要用于研究 等离子体的离子和电子成分、能量分 布以及与电磁场的相互作用等。
例如，通过微波干涉仪可以测量等离 子体的电磁波传播特性，通过质谱仪 可以分析等离子体的成分和化学性质 。
天体物理
天体物理中的谱图主要用于研究天体的化学组成、温度、 密度和运动状态等。通过分析天体发出的光谱，可以深入 了解天体的演化历程和宇宙的起源与演化。
谱图综合解析
contents
目录
• 谱图基础知识 • 谱图解析方法 • 谱图在信号处理中的应用 • 谱图在化学领域的应用 • 谱图在物理领域的应用 • 谱图解析的未来发展
01 谱图基础知识
谱图定义
谱图是一种用于表示数据点在多维空间中分布情况的图形表示方法。它将多维数 据点映射到二维平面上，通过颜色、形状、大小等视觉元素来表示数据的特征和 差异。
医学影像处理
利用谱图技术可以对医学影像进行增强和分析， 用于医学影像诊断和治疗。
04 谱图在化学领域的应用
分子光谱学
红外光谱
用于检测分子中的振动和转动能级跃迁，从而推断分子的结构和 化学键信息。
拉曼光谱
通过散射光的频率变化分析分子振动和转动信息，常用于研究分 子结构和化学反应过程。
紫外可见光谱
通过测量物质对紫外和可见光的吸收来分析分子中的电子跃迁， 用于研究分子结构和电子性质。
谱图应用领域
01
谱图在数据挖掘、机器学习 、生物信息学、社交网络分 析等领域有着广泛的应用。
02
03
04
在数据挖掘和机器学习中， 谱图可用于数据降维、聚类 分析、异常检测等任务。
在生物信息学中，谱图可 用于基因表达分析、蛋白 质相互作用分析等。
综合解析
m/Z 85
C3H7
+
. C2H5
C2H5
C CH3
C3H7
+
. CH3
m/Z 99
其 中 m/Z=71 的 碎 片 离子强度最大。 原 因 ： —C3H7 的 + I 效应最强，使 C—C 的可极化度增大， 最易断裂（最大烷 基丢失）。
11、根据下面给出的质谱图，求出化合物的分 子式，并推导其可能的结构
H2 C
2.1(m)
C H
4.2(t)
6、 化合物C6H12O2的IR在1740、1250和1060cm1 均有强吸收，而在 2950cm-1 以上无吸收。其 PMR 仅有两个单峰， 分别为 3.4 和 1.0 ，强度 比为1:3。试推测该化合物的结构。 IR: 1740cm-1的强吸收峰为C=O，2950cm-1以上无 吸收，表明无O—H和=C—H，1250cm-1的强吸收 峰为不对称C—O—C，1060cm-1的强吸收峰为对称 C—O—C，以上IR数据表明该化合物为酯。 1H NMR：d3.4的单峰相对强度为1，代表3个 H，为 CH3，该CH3与O相连；d1.0的单峰相对强度 为3，代表9个H，为3个CH3，这3个CH3与饱和C相 连，为(CH3)3C。 结构：(CH3)3CCOOCH3
7 化合物C4H8O2的IR和1H NMR谱数据如下，推 测其结构。 IR ： 3000~2850cm-1 ， 2725cm-1 ， 1725cm-1 (vs) ， 1220~1160cm-1(s)，1100cm-1。 1H NMR：=1.29(双峰，6H)，=5.13(七重峰， 1H)，=8.0(单峰，1H)。
二、综合解析程序
1、推导分子式，计算不饱和度
(1). 利用质谱分子离子峰簇，推导分子式；
C3H7
+
. C2H5
C2H5
C CH3
C3H7
+
. CH3
m/Z 99
其 中 m/Z=71 的 碎 片 离子强度最大。 原 因 ： —C3H7 的 + I 效应最强，使 C—C 的可极化度增大， 最易断裂（最大烷 基丢失）。
11、根据下面给出的质谱图，求出化合物的分 子式，并推导其可能的结构
H2 C
2.1(m)
C H
4.2(t)
6、 化合物C6H12O2的IR在1740、1250和1060cm1 均有强吸收，而在 2950cm-1 以上无吸收。其 PMR 仅有两个单峰， 分别为 3.4 和 1.0 ，强度 比为1:3。试推测该化合物的结构。 IR: 1740cm-1的强吸收峰为C=O，2950cm-1以上无 吸收，表明无O—H和=C—H，1250cm-1的强吸收 峰为不对称C—O—C，1060cm-1的强吸收峰为对称 C—O—C，以上IR数据表明该化合物为酯。 1H NMR：d3.4的单峰相对强度为1，代表3个 H，为 CH3，该CH3与O相连；d1.0的单峰相对强度 为3，代表9个H，为3个CH3，这3个CH3与饱和C相 连，为(CH3)3C。 结构：(CH3)3CCOOCH3
7 化合物C4H8O2的IR和1H NMR谱数据如下，推 测其结构。 IR ： 3000~2850cm-1 ， 2725cm-1 ， 1725cm-1 (vs) ， 1220~1160cm-1(s)，1100cm-1。 1H NMR：=1.29(双峰，6H)，=5.13(七重峰， 1H)，=8.0(单峰，1H)。
二、综合解析程序
1、推导分子式，计算不饱和度
(1). 利用质谱分子离子峰簇，推导分子式；
有机波谱第七章谱图综合解析
• UV：210nm以上无吸收，可判断分子中无共轭体 系，也无醛、酮羰基存在。
•3. 活泼氢的识别 OH, NH2, NH, COOH, CHO 等活泼氢的存
在可由IR谱、1H NMR谱的特征吸收来识别， 1H NMR 重水交换谱可进一步证实。对于某 些存在互变异构(如β-二酮的烯醇结构)的活泼 氢也可由此识别。除此之外，由分子中氢原 子的数目减去由偏共振去偶13C NMR谱计算 的与碳原子直接相连的氢原子的数目，剩余 氢亦为活泼氢。
复习题
1．在质谱分析中，试以分子中由双电子构成的σ键断裂过程说明均裂、异 裂和半异裂的含义。 2．在红外光谱分析中，习惯上把红外光谱图按波数范围分为四大峰区，每 个峰区都对应于某些特征的振动吸收。请简述各峰区的波数范围及对应的 特征振动吸收，并在每一峰区列举至少三种属于该类特征振动吸收的具体 化学键。 3．有机分子电子跃迁类型主要有哪些？请简要回答并画出简图进行说明。 4. 影响化学位移的因素有哪些？
• 13C NMR δ 114～117 范围的共振吸收峰为sp2杂化 碳的共振吸收，其中有 ,C=C, C=O基存在。
• 1H NMR δ 6～8的多组多重峰为烯烃和苯氢的共振 吸收峰。
以上推导的不饱和基在不同光谱中均有其特征吸收 峰，且与不饱和度相符。故分子中含有 ,C=C, C=O。
• 活泼氢的确定：
CH3 H3C C CH2 OH
CH3
4、 化合物的分子式为C4H6O2,其1H NMR 谱图(300MHz)如图所 示，谱图中δ12.5ppm峰重水交换后消失，推导其结构。
由以上分析可知，当N=0时，O=4，可能分子式 为C14H18O4。当N=2时，O=2.5，不合理应舍去。 故该化合物的分子式为C14H18O4 ，因UN=6
•3. 活泼氢的识别 OH, NH2, NH, COOH, CHO 等活泼氢的存
在可由IR谱、1H NMR谱的特征吸收来识别， 1H NMR 重水交换谱可进一步证实。对于某 些存在互变异构(如β-二酮的烯醇结构)的活泼 氢也可由此识别。除此之外，由分子中氢原 子的数目减去由偏共振去偶13C NMR谱计算 的与碳原子直接相连的氢原子的数目，剩余 氢亦为活泼氢。
复习题
1．在质谱分析中，试以分子中由双电子构成的σ键断裂过程说明均裂、异 裂和半异裂的含义。 2．在红外光谱分析中，习惯上把红外光谱图按波数范围分为四大峰区，每 个峰区都对应于某些特征的振动吸收。请简述各峰区的波数范围及对应的 特征振动吸收，并在每一峰区列举至少三种属于该类特征振动吸收的具体 化学键。 3．有机分子电子跃迁类型主要有哪些？请简要回答并画出简图进行说明。 4. 影响化学位移的因素有哪些？
• 13C NMR δ 114～117 范围的共振吸收峰为sp2杂化 碳的共振吸收，其中有 ,C=C, C=O基存在。
• 1H NMR δ 6～8的多组多重峰为烯烃和苯氢的共振 吸收峰。
以上推导的不饱和基在不同光谱中均有其特征吸收 峰，且与不饱和度相符。故分子中含有 ,C=C, C=O。
• 活泼氢的确定：
CH3 H3C C CH2 OH
CH3
4、 化合物的分子式为C4H6O2,其1H NMR 谱图(300MHz)如图所 示，谱图中δ12.5ppm峰重水交换后消失，推导其结构。
由以上分析可知，当N=0时，O=4，可能分子式 为C14H18O4。当N=2时，O=2.5，不合理应舍去。 故该化合物的分子式为C14H18O4 ，因UN=6
有机化学的四谱综合解析
O H H3C C N CH3
最后再对有关结构进行验证，最终确定该化合物的结构无误。
例5、试根据下列谱图解析该化合物的结构
元素分析结果： C: 78.6%， H: 8.3%
解析步骤： 确定分子式： 从红外谱图知结构中可能含-OH，所以可能含氧原子；
从质谱图中知道分子离子峰为122，所以分子量为122。
波谱解析的技巧策略
确定相对分子质量 推测化学式并计算不饱和度 确定结构单元 列出结构片段并组成可能的分子结构 对可能结构进行指认或与标准谱图对照， 确定最终结果 立体化学问题
关于立体化学问题
化合物分子结构中有无手性中心？ 是纯对映异构体还是非对映异构体？ 是外消旋化合物？
测定化合物的旋光度 通过1H NMR 的化学位移和耦合常数 得到信息 通过二维NMR谱得到证实
偶合常数与结构的关系
偶合常数不像化学位移用于确 定有机化合物的结构，但偶合 常数在确定构象等立体化学方 面非常有用。
①偶合常数的大小与磁场强度 无关； ②一般1H的偶合常数不超过 25Hz；
③因偶合而分裂的两组峰，一 般是内侧高，外侧低。
核磁共振氢谱的解析
从积分曲线，算出各组信号的相对面 积，再参考分子中氢原子数目来决定 各组峰代表的质子数 从各组峰的化学位移，偶合常数及峰 形，根据它们与化学结构的关系，推 出可能的结构单元
cosy谱图堆积图平面等值线图1氯2丙醇cosy图1氯2丙醇的cosy图波谱综合解析波谱综合解析波谱解析的基本知识波谱解析的基本知识波谱解析的基本步骤波谱解析的基本步骤波谱解析的技巧策略波谱解析的技巧策略实例实例习题习题波谱解析的基本步骤波谱解析的基本步骤从每一张谱图中尽可能找出所提示的有机从每一张谱图中尽可能找出所提示的有机化合物的结构信息列出结构片段化合物的结构信息列出结构片段综合各类谱图提供的结构信息将结构信综合各类谱图提供的结构信息将结构信息按照化学逻辑进行息按照化学逻辑进行拼装拼装将将拼装拼装的结构对照波谱图验证的结构对照波谱图验证波谱解析的技巧策略波谱解析的技巧策略确定相对分子质量确定相对分子质量推测化学式并计算不饱和度推测化学式并计算不饱和度确定结构单元确定结构单元列出结构片段并组成可能的分子结构列出结构片段并组成可能的分子结构对可能结构进行指认或与标准谱图对照对可能结构进行指认或与标准谱图对照确定最终结果确定最终结果立体化学问题立体化学问题测定化合物的旋光度测定化合物的旋光度测定化合物的旋光度测定化合物的旋光度通过通过11nmr的化学位移和耦合常数的化学位移和耦合常数得到信息得到信息通过二维通过二维nmrnmr谱得到证实谱得到证实化合物分子结构中有无手性中心
有机波谱第七章谱图综合解析
注意：分子式中Cl, Br, F, I, N, O, S等元素的存
在，可由质谱或元素分析判断，氧元素的存在
还可由红外光谱(υO-H, υC-O)或1H, 13C核的化学
位移判断。 分子式确定后，计算不饱和度(UN), UN≥4时， 分子中可能有苯环存在。
• 2. 不饱和基的判断 • UN﹥0的化合物，分子中含有不饱和基或苯环系。 不饱和基的存在在不同谱图中有不同的特征。 • IR谱：1870～1650cm-1 (s)为υC=O。3100 ～ 3000cm-1 (w或m)的υ＝C-H，结合1670～1630cm-1 (m) υC=C或1600～1450cm-1 (m,2 ～3条谱带) 的苯 环骨架伸缩振动，可判断烯基或苯基结构的存在。 在2250cm-1 附近(m) 可能为υC≡N;在2220cm-1 附近 (w) 可能为υC≡C; 1300～1000cm-1 (m,2 ～3条谱带) 为υC-O-C;在1560cm-1 附近(s) 和1360cm-1 附近(s) 为υNO2 ; 1900 ～2300cm-1 (w ～ m)为υx＝y＝z等。 这些不饱和基都具有其特征吸收带。
裂和半异裂的含义。
2．在红外光谱分析中，习惯上把红外光谱图按波数范围分为四大峰区，每
个峰区都对应于某些特征的振动吸收。请简述各峰区的波数范围及对应的 特征振动吸收，并在每一峰区列举至少三种属于该类特征振动吸收的具体 化学键。 3．有机分子电子跃迁类型主要有哪些？请简要回答并画出简图进行说明。 4. 影响化学位移的因素有哪些？
CH3CH2OCH2OCH CH
COOCH3
CH3CH2OCH2O
CH CH COOCH3
CH3CH2OCH2CH2OCOCH CH
OCH3
波谱分析教程 第六章 多谱综合解析
第六章多谱综合解析一综合解析谱图的一般程序1．确定样品的纯度。
2．确定分子式。
确定分子式的方法有：(1) 质谱法或冰点下降法等测定未知物的分子量，结合元素分析结果可以计算出化合物的分子式。
(2) 根据高分辨质谱给出的分子离子的精确质量数，查Beynon表或Lederberg表计算得出，也可根据低分辨质谱中的分子离子峰和M+1，M+2同位素峰的相对丰度比，查Beynon 表来推算分子式。
(3) 由核磁共振13CNMR宽带去偶谱的峰数和峰的强度估算碳原子数，结合分子量，判断分子对称性。
由偏共振去偶谱或DEPT谱得到与各碳相连的氢原子数，由1HNMR的积分曲线高度比也可认别各基团含氢数目比，确定化合物分子式。
可通过元素定性分析确定分子中是否含有杂原子，如含有N、S、X（卤素）等元素，还需测定其含量。
分子是否含氧，可从红外光谱含氧基团（OH、C=O、C-O等）的吸收峰判断。
3．计算化合物的不饱和度。
计算不饱和度对判断化合物类型很有必要。
如不饱和度在1～3之间，分子中可能含有C=C、C=O或环，如不饱和度≥4，分子中可能有苯环。
4．结构单元的确定。
5．可能结构式的推导。
6．化合物的确定。
二、不同化合物的谱图特征1．取代苯环氢谱：6.5~8.0有峰,除对位取代外,峰形复杂碳谱: 110~165有峰,一般有取代的碳原子化学位移明显移向低场质谱: 存在39,51,65,77序列;常可见91,92. 分析离子峰强红外: ~3030,~1600,~1500cm-1, 苯环取代区670-910cm-1有峰紫外: 吸收波长大于250nm2. 正构长链烷基无紫外吸收氢谱碳谱:处于高场质谱: 29,43,57——系列，各峰顶形成光滑曲线红外：2920，2850 强吸收，1470吸收，723弱吸收3．醇和酚羟基可用重水交换，氧存在使碳谱中碳原子化学位移移向低场质谱：醇通常不显示分子离子峰，但可见M－18，伯醇显示强31，仲，叔醇显示强31＋14n峰红外：3300cm-1 处的羟基强宽峰，1050－1200cm-1C-O振动吸收，酚比醇高波数。
四大谱图综合解析
1 某未知物分子式为C5H12O，它的质谱、红外光谱以及核磁共振谱如图，它的紫外吸收光谱在200 nm以上没有吸收，试确定该化合物结构。
1 :2 : 9[解] 从分子式C5H12O，求得不饱和度为零，故未知物应为饱和脂肪族化合物。
未知物的红外光谱是在CCl4溶液中测定的，样品的CCl4稀溶液的红外光谱在3640cm-1处有1尖峰，这是游离O H基的特征吸收峰。
样品的CCl4浓溶液在3360cm-1处有1宽峰，但当溶液稀释后复又消失，说明存在着分子间氢键。
未知物核磁共振谱中δ4. 1处的宽峰，经重水交换后消失。
上述事实确定，未知物分子中存在着羟基。
未知物核磁共振谱中δ0.9处的单峰，积分值相当3个质子，可看成是连在同一碳原子上的3个甲基。
δ3.2处的单峰，积分值相当2个质子，对应1个亚甲基，看来该次甲基在分子中位于特丁基和羟基之间。
质谱中从分子离子峰失去质量31（－CH 2OH ）部分而形成基峰m/e57的事实为上述看法提供了证据，因此，未知物的结构是CCH 3H 3CCH 3CH 2OH根据这一结构式，未知物质谱中的主要碎片离子得到了如下解释。
CCH 3H 3CCH 3CH 2OH+.C +CH 3CH 3H 3CCH 2OH +m/e31m/e88m/e57-2H -CH 3-CH 3-HCH 3C CH 2+m/e29m/e73m/e412 某未知物，它的质谱、红外光谱以及核磁共振谱如图，它的紫外吸收光谱在210nm 以上没有吸收，确定此未知物。
2263[解] 在未知物的质谱图中最高质荷比131处有1个丰度很小的峰，应为分子离子峰，即未知物的分子量为131。
由于分子量为奇数，所以未知物分子含奇数个氮原子。
根据未知物的光谱数据亚无伯或仲胺、腈、酞胺、硝基化合物或杂芳环化合物的特征，可假定氮原子以叔胺形式存在。
红外光谱中在1748 cm -1处有一强羰基吸收带，在1235 cm -1附近有1典型的宽强C －O －C 伸缩振动吸收带，可见未知物分子中含有酯基。
综合解谱
波谱解析综合解析综合解析的方法识别氢谱与碳谱中的溶剂峰与杂质峰。
初步分析谱图找出特征峰并确定各谱线的大致归属初步分析谱图，找出特征峰并确定各谱线的大致归属。
分析一维1H 谱，根据谱图中化学位移值、耦合常数值、峰形和峰面积找出一些特征峰，获得一些最明显的结论。
出些特征峰，获得些最明显的结论。
对照13C 质子噪声去偶谱以及各个DEPT 碳谱，确定各碳原子的级数。
按照化学位移分区的规律，大致确定各谱线所属的区域，如在饱和区还是在不饱和区是否含杂原子羰基以及活泼氢等是在不饱和区，是否含杂原子、羰基以及活泼氢等。
借助二维核磁共振谱对图谱作进一步的指认。
解析H -H COSY 谱，从一维谱中已经确定的氢谱线出发找到与之相关的其它谱线。
解析13C -1H COSY （或HMQC 、HSQC ）谱，同样从已知的氢谱线出发找到各相关的碳谱线，以此推断出这些碳谱线的归属。
发找到各相关的碳谱线，以此推断出这些碳谱线的归属 解析13C -1H 远程相关谱（COLOC 或HMBC ），从已确定的碳谱线出发，找到与之相关的各氢谱线或从已知的氢谱线出发找到各相关的碳谱线，由此完成对一些未知谱线的指认。
在二维谱中由于一些相关峰的强2线，由此完成对些未知谱线的指认。
在二维谱中由于些相关峰的强度较弱，在实验中常常未被检测到，另外在图谱中还常常会出现假峰，这些在二维谱的解析中应特别注意。
根据下面给出的1H,13C（dept）,COSY和HMBC谱确认C10H10O的结构，并指出所有的相关信号OO41120137HNMR中12.0和13.7处的两个宽单峰为两个活泼氢的信号，8.2~6.8处的氢为芳香氢的信号。
该化合物活泼氢含7个氢。
活泼氢814(d J78H)8.14(d,J=7.8Hz)8.14(d,J=7.8Hz),7.54(t,J=7.8Hz),7.37(t,J=7.8Hz),737(t J78H)7.22(d,J=7.8Hz)处的四个氢为明显的苯环邻二取代的信号，8.14处的一个d峰明显处于低场，暗示其受附近羰基的各向异性效应。
波谱四种谱图的综合解析
四种谱图的综合解析
• 目的：
• 鉴定有机化合物、 新合成的有机化合 物、中间体、天然 产物的提取物、违 禁药物的鉴定、精 细化工产品配方的 剖析
荷 兰 人 华 士·胡 博用他 的两幅 慈禧油 画肖像 ，为我 们留下 了一个 百年谜题。这
两 幅 画 ， 容 貌的细 节不同 ，精神 气质更 是迥异 ，这是 什么原 因呢？ 哪幅画 更接近 晚 年 慈 禧 的 真实面 貌呢？ 如 果 慈 禧 知道这 位画家 还另外 为她画 了一幅 肖像， 她 还 会 对 他 说“Good”吗 ？ 当 一 位 荷 兰画 家把他 绘制的 肖像小 样交给 慈禧审 阅 的 时 候 ， 太后出 人意料 地用英 语评价 道——“Good！ ” 这 是 1905年 曾 经真
• 其它辅助参考： • 物理常数的测定：熔点、沸点、比重、
折射率… … • 元素分析：C、H、N、S、O、P、F、
Cl、Br、I … … • 物理状态的观察：液、固、气味、灼烧-
--特证火焰颜色… …
四种谱图的综合解析
例1：由如下四种谱图解析C5H10O的结 构 (UV谱的浓度为0.31克/100毫升)
从IR谱中的1600和1500 cm-1 处后者比前者强的双 峰是苯环的骨架伸缩振动，1380cm-1 处是-CHCH3的弯曲振动，860-800 cm-1 处强峰是苯环对 位二取代的特征峰；
从估计分子式：C9H9ClO3中减去—Cl、—C6H4-、 >CH-CH3、—COOH基团，只剩下—O—基团， 因此，可拼出以下结构：
从NMR谱可直接看到烷 基联在羰基碳上， δ=2.4ppm处有一个质 子多重峰，2.05ppm处 为三个质子的单峰，中 心为δ=1.08ppm处有6 个质子的双峰
（J•=27.H0z5）p，pm处三个质子的单峰为CH3（C=O）-, 2.4ppm处一质子多重峰 与1.08ppm 处6个质子的双峰偶合，是 （CH3）2-CH- 基团的典型共振吸收峰， 从而得出该化合物可能为（CH3）2-CH（C=O）-CH3 。
• 目的：
• 鉴定有机化合物、 新合成的有机化合 物、中间体、天然 产物的提取物、违 禁药物的鉴定、精 细化工产品配方的 剖析
荷 兰 人 华 士·胡 博用他 的两幅 慈禧油 画肖像 ，为我 们留下 了一个 百年谜题。这
两 幅 画 ， 容 貌的细 节不同 ，精神 气质更 是迥异 ，这是 什么原 因呢？ 哪幅画 更接近 晚 年 慈 禧 的 真实面 貌呢？ 如 果 慈 禧 知道这 位画家 还另外 为她画 了一幅 肖像， 她 还 会 对 他 说“Good”吗 ？ 当 一 位 荷 兰画 家把他 绘制的 肖像小 样交给 慈禧审 阅 的 时 候 ， 太后出 人意料 地用英 语评价 道——“Good！ ” 这 是 1905年 曾 经真
• 其它辅助参考： • 物理常数的测定：熔点、沸点、比重、
折射率… … • 元素分析：C、H、N、S、O、P、F、
Cl、Br、I … … • 物理状态的观察：液、固、气味、灼烧-
--特证火焰颜色… …
四种谱图的综合解析
例1：由如下四种谱图解析C5H10O的结 构 (UV谱的浓度为0.31克/100毫升)
从IR谱中的1600和1500 cm-1 处后者比前者强的双 峰是苯环的骨架伸缩振动，1380cm-1 处是-CHCH3的弯曲振动，860-800 cm-1 处强峰是苯环对 位二取代的特征峰；
从估计分子式：C9H9ClO3中减去—Cl、—C6H4-、 >CH-CH3、—COOH基团，只剩下—O—基团， 因此，可拼出以下结构：
从NMR谱可直接看到烷 基联在羰基碳上， δ=2.4ppm处有一个质 子多重峰，2.05ppm处 为三个质子的单峰，中 心为δ=1.08ppm处有6 个质子的双峰
（J•=27.H0z5）p，pm处三个质子的单峰为CH3（C=O）-, 2.4ppm处一质子多重峰 与1.08ppm 处6个质子的双峰偶合，是 （CH3）2-CH- 基团的典型共振吸收峰， 从而得出该化合物可能为（CH3）2-CH（C=O）-CH3 。
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二、确定分子式，计算不饱和度
杂原子存在的判断
MS
F: M-19, M’-20, M-50 m/z: 20(w), 31, 57(Ar) Cl: M+2 >33% M; M-35, M’-36 m/z: 35/37, 36/38, 49/51, … Br: M+2 = M; M-79, M’-80 m/z: 79/81, 80/82 I: M+1偏低; M-127, M’-127, M’-128 m/z: 127, 128, 254(I2) P: m/z: 47(PO), 65(PO2H2), 99(PO4H4)
O: M’-17, M’-18, M’-28, M’-29 m/z: 31+14n; 32+14n; 33+14n (no S) N: M+奇数，大量偶数碎片 M’-17, M’-27, M’-30, M’-46 m/z: 30+14n (amine) S: M’+2 (>5%) M’-33, 34, 47, 48, 64, 65 m/z: 34, 35, 44, 45; 47+14n; 48(SO), 64(SO2)…
1 2 2 1 20 8 8 20
2
7 (3+2+2)
3
Problem 12
Problem 12
Problem 12
H-NMR: 峰形, J, H(计算) 13C-NMR: (计算) C IR: 910-670 cm-1 MS: 邻位效应
正构长链烷基
1H-NMR:
-CH2 低场，1.25 ppm强耦合体系 13C-NMR: 除-C以外， < 35 ppm C MS: m/z: 29, 43, 57, … IR: 2920, 2850, 1470, 723 cm-1
取代苯
取代基类型
1
H-NMR: 化学位移：D-, A-, R13C-NMR: N, O取代， 增加明显 IR: 共轭导致下降 MS: 丢失中性碎片: CO, HCN, C2H2O, C2H2, CS, CHS,… UV: 酚、苯胺：pH
取代苯
取代基位置
1
Problem 8
Problem 8
积分
3
2
2
1
Problem 8
Problem 8
OH
Problem 10
UV (Ethanol): max = 208 nm; log = 3.9
Problem 10
Problem 10
积分
1
1
1
13
Problem 10
Problem 12
积分 J (Hz)
UV: 酚
羰基化合物
1H-NMR:
CHO: 9-10 ppm, COOH: 10-13 ppm, COOR: 3.3-4.5 ppm 13C-NMR: C=O差异大 MS: McLafferty重排离子
醛：M-1, M-29; 酯：双重重排 CHO: 2820, 2720 cm-1(m-w), COOH: 3000-2500 cm-1(宽) 醛、酮：280-290 nm, 小; 酸、酯：205 nm, 小
醇、酚
1H-NMR:
D2O交换 13C-NMR: 低场，活泼氢(非C-H) C MS: 醇：M+弱, M-18, m/z: 31+14n 酚：M+强, M-CO, M-HCO IR: 3300 cm-1(s), 1050-1200 cm-1
酚：1390-1330cm-1, 1260-1180 cm-1
IR: C=O变化规律
UV:
示例1
示例1
示例2
示例2
示例2
示例3
示例3
UV: EtOH拐点 232nm 136
3
2
1
示例4
示例4
积分: 1
4 3
示例4
UV: EtOHmax: 262 log : 1.5
Problem 1
积分
1
2222
2Байду номын сангаас
Problem 1
二、确定分子式，计算不饱和度
综合已有原子数信息
M – nx×Ax = 0, 分子式已知
M – nx×Ax = 16, 28, 32, …
补上相应元素 O, CO, O2(S), …
计算不饱和度
与饱和烃比较（ CnH2n+2）
三、确定分子中存在的官能团
取代苯 正构长链烷基 醇、酚 羰基化合物 （详见下一节）
四、找出官能团相邻基团，组成结构单元
1H-NMR:
耦合裂分及峰形、化学位移 13C-NMR: 分子对称性 MS：质量差、亚稳离子、重排离子 UV：共轭体系 IR：官能团与邻基关系（共轭）
五、组合结构单元为可能结构
结构单元不饱和度与分子式相符
考虑连接顺序
考虑环的组成
结构单元不饱和度小于分子不饱和度
重点关注不饱和键、杂原子位置
六、对谱图指认，选择最可能结构
对各种谱图进行指认
符合：结构合理 不符合：结构不合理，重新分析 多个结构符合
计算化学位移，与实验值比较
5.2 确定未知物所含官能团
取代苯
1H-NMR
6.5-8.0 ppm 取代基数目与积分关系
13C-NMR:
二、确定分子式，计算不饱和度
高分辨质谱：直接得到分子式 低分辨质谱
结合元素分析数据： nx = x%×M/Ax Beynon质量表 C数: 13C-NMR H数: 1H-NMR 杂原子
确定原子数目其它方法
二、确定分子式，计算不饱和度
杂原子存在的判断
13
C-NMR: C=O, -COX, -CN, … 1H-NMR: 活泼氢，X-CH3,… MS
2. 确定分子式，计算不饱和度
3. 确定分子中存在的官能团 4. 找出官能团的相邻基团，组成结构单元 5. 将结构单元组合成可能结构 6. 对谱图指认，选择最可能结构
7. 若无合理结构，需重新分析
一、初步分析各种谱图
1H-NMR
：化学环境 J：取代位置、异构体 I：H比例、数目 13C-NMR 三个区域：C=O, C=C, C-C; 对称性：与谱线数目关系 C-H关联分析：C级数，活泼H；H积分（C数）； MS 强度、碎片数量：化合物类型 M+1, M+2：化合物组成 IR: 官能团区，指纹区 UV: 共轭、芳香环
Problem 2
Problem 2
Problem 2
积分
1
4
19
Problem 2
Problem 5
Problem 5
积分
1
1
2
1
3
Problem 5
Problem 5
Problem 7
Problem 7
积分
1
2
2 11111
Problem 7
Problem 7
Problem 8
110-165 ppm MS: m/z: 39, 51, 65, 77系列， 91, 92; M+强 IR
3030, 1600-1450 cm-1 官能团区 910-670 cm-1， 取代位置判断
UV: max > 250 nm
取代苯
取代基数目
1
H-NMR: 积分 13C-NMR: 取代位偏共振去耦单峰， 增加
有机结构分析 （谱图综合解析）
肖斐 feixiao@ 021-65642110 2015-12-8
第五章
谱图综合解析
5.1 综合解析各种谱图的方法 5.2 确定未知物所含官能团 5.3 示例
5.1 综合解析各种谱图的方法
1. 初步分析各种谱图并得出一些最明显的结论