有机化合物波谱解析教案汇总

1. 教学重点 (1).红外、紫外光谱的解析方法。 (2).质谱的解析方法。 (3).1H-NMR、13C-NMR 的解析方法。 2. 教学难点 (1).四种谱学的原理和规律。 (2).四种光谱学的综合解析。
四、教学方法与手段
1.教学方法 能采用启发式，谈话式、讨论式等一些先进教学方法。并能采取灵活多样的方式教学，注重 创新能力培养。全部课程实现了多媒体教学。 2.教学手段 采用多媒体、幻灯、实物投影、分子模型模拟等辅助教学手段。
1.基本原理
核的自旋与核磁矩
核的自旋量子数（I）与质量数（A）及原子序数（Z）的关系
质量数（A）原子序数（Z） 自旋量子数（I）
例
奇数
奇数或偶数
半整数 (1/2, 3/2, 5/2,…)
偶数 偶数
偶数 奇数
屏蔽效应
零 整数(1, 2, 3,…)
13C，1H，19F，31P，15N 17O，35Cl，79Br，125I
《有机化合物波谱解析》教案
一、前言
《有机化合物波谱解析》是应用四种谱学方法（紫外光谱、红外光谱、核磁共振波谱和 质谱）研究和鉴定有机化合物结构相关知识的一门课程。
本课程要求学生掌握四种谱学的基本操作技能，应用提供的信息与化合物结构的对应关 系进行相应的结构解析和信号归属。熟悉化合物结构解析的一般方法和程序。了解光谱学发 展的最新动态和技术。
第四章 核磁共振 （第 15-22 节）课时安排 8 学时 [基本内容]
核磁共振(NMR)基础知识。氢核核磁共振和结构解析的程序。碳核核磁共振和结构解析 的程序。1H-NMR 和 13C-NMR 图谱的特征。1H- 1H COSY、HMQC、HMBC、NOESY 和 DEPT 等二维谱的解析方法等。 [基本要求]
(6).费米共振（Fermi resonance）
(7).样品的物理状态的影响
(8).溶剂等外部因素的影响
4.红外光谱的测定
样品的制备：(1).KBr 压片 (2).Nujol 法
5.红外光谱的重要吸收区段
波长(μm)
波数(cm–1)
键的振动类型
①2.7～3.3
3750～3000
OH, NH
②3.0～3.3
第二章 紫外光谱 [基本内容]
（第 3-6 节）课时安排：4 学时
吸收光谱的基础知识。紫外光谱的基本知识，与分子结构的关系，以及在结构研究中的应 用。 [基本要求]
掌握：紫外-可见光谱与化合物结构间的相互关系，以及为结构鉴定提供的信息。 熟悉：紫外光谱在解析中尤其是立体结构鉴定中的主要应用。 了解：紫外-可见光谱分类和最新发展技术。 （一）、概述 1.化合物光谱解析的目的和意义 ①.是药物化学的基本研究方法 ②.是中药研究实现现代化的需要 ③.我国原创新药发展的需要 ④.学科交叉共同发展的需要 2.学习结构解析的方法和注意事项 ①.熟悉结构解析的方法和原理 ②.注意各光谱学方法的特点及注意事项 ③.掌握各种常见化合物的光谱规律 ④.学会总结和归纳不同类型化合物的光谱规律 ⑤.学会模拟各类化合物的光谱图 ⑥.勤学多练 （二）紫外光谱（ultraviolet spectra） 1.紫外光谱的定义 2.对结构解析提供的信息； 2.1.电子跃迁的类型及能量 (1).σ→σ*跃迁：σ 轨道上的电子由基态到激发态属于 σ→σ*跃迁。需要较高的能量，所以能 吸收短波长的紫外线，一般其吸收发生在低于 150nm 的远紫外区。 (2).π→π*跃迁：双键或叁键中 π 轨道的电子跃迁到 π* 。能量较 σ→σ*跃迁的小，孤立双键 或叁键吸收一般在小于 200nm 的紫外区。例如，乙烯在 165nm 处有吸收。 (3). n→π*跃迁：在-CO-、-CHO、-COOH、-CONH2、-CN 等基团中，不饱和键一端直接与 具有未用电子对的杂原子相连，将产生 n→π*跃迁。所需能量最小，吸收强度弱，但对有机 化合物结构分析很有用，例如饱和酮在 280 nm 出现的吸收就是 n→π*跃迁。 (4). n→σ*跃迁：含有未共用电子对的基团，如-OH、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-I 等，未共用 电子对将产生 n→σ*跃迁，吸收多小于 200 nm 的紫外区。 2.2 不同类型化合物产生的电子跃迁类型 (1).饱和烃类化合物 (2).不饱和烃类化合物 (3).含有杂原子的有机化合物 3.紫外吸收光谱常用术语 (1).允许跃迁/禁阻缺欠 (2).发色团 (3).助色团 (4).红移（长移） (5).蓝（紫）移 (6).增色效应和减色效应 4.影响紫外吸收光谱的主要因素
3300～3000
C—H, =CH，≡CH，Ar—H)(极少数可到 2900cm–1 )
③3.3～3.7 ④4.2～4.9 ⑤5.3～6.1 ⑥6.0～6.7 ⑦6.8～7.7 ⑧10.0～15.4
3000～2700 2400～2100 1900～1650 1680～1500 1475～1300 1000～650
红外光谱和拉曼光谱都是研究分子振动和转动能级跃迁的分子光谱。红外光谱为吸收光 谱，拉曼光谱为散射光谱。红外吸收谱带强度正比于偶极矩的变化，而拉曼谱带强度取决于 极化率变化。极化率可以认为是分子中电子云形状受原子核影响的难易程度，因此拉曼谱带 强度取决于平衡前后电子云形状差别的大小。对于具有对称中心的分子，若振动与对称中心 有关，则红外光谱不可见，拉曼光谱可见；若振动与对称中心无关则红外光谱可见，拉曼光 谱不可见，二者可以互补。红外光谱和 Raman 光谱是相互搭配的工具，在有机化学中的应 用日益广泛。
理论课授课 36 学时。
教材选用 常建华 主编《有机化合物波谱分析》（第三版），科学出版社 2011 年出版教学 目的
1.掌握四种谱学的基本操作技能，应用提供的信息与化合物结构的对应关系进行相应的结构 解析和信号归属。 2.熟悉化合物结构解析的一般方法和程序。 3.了解光谱学发展的最新动态和技术。
三、教学重点和难点
五、教学内容与要求
第一章 紫外光谱
（第 1-2 节）课时安排：2 学时
[基本内容] 介绍课程性质，阐述波谱分析课程，了解其功能和作用，介绍波谱中各种技术在有机化合
物监测分析中的角色，充分阐述多谱技术的联合应用的功能和价值。 [基本要求]
熟悉：波谱技术在有机化合物结构检测与分析，尤其是立体结构鉴定中的主要应用。 了解：常规化学检测技术的特点，波谱技术的优缺点。
②.共轭效应（conjugative effect）
(2).空间效应（steric effect）
①.场效应（field effect）
②.空间障碍
③.跨环效应（transannular effect）
④.环张力
(3).氢键效应（hydrogen bond effect）
(4).互变异构：峰位移
(5).振动偶合效应（vibrational coupling effect）
CH (—CH3, —CH2— ，-CHO) C≡C ,C≡N ,—C≡C—C≡C — C ═ O (酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐) C ═ C (脂肪族及芳香族), C ═ N δC—H (面内) , X—Y δC ═用 (1).确定官能团 (2).确定立体化学结构的构型 (3).区分构象异构体 (4).区分互变异构体与同分异构体 7.拉曼光谱(Raman spectra)
(1).共轭效应——延长共轭系统（π-π 、p-π 、超共轭），红移。 ①.π－π 共轭：使 π→π*、n→π*跃迁峰红移，共轭双键数目越多，吸收峰红移越显著。 ②. p-π 共轭：体系越大，助色基团的助色效应越强，吸收带越向长波方向移动 ③.超共轭效应（δ-π 超共轭）：烷基取代双键碳上的氢以后，通过烷基的 C—H 键和 π 体系 电子云重叠引起的共轭作用，使 π→π*跃迁红移，但影响较小。 (2).立体效应 ①.生色团之间、生色团与助色团之间空间过于拥挤，则导致共轭程度降低, 吸收峰位紫移。 ②.顺反异构：因反式异构体空间位阻较小，能有效地共轭，则峰位位于长波端，吸收强度 也较大。 ③.跨环效应：在环状体系，分子中两个非共轭生色团处于一定的空间位置，产生的光谱， 既非两个生色团的加合，亦不同于二者共轭的光谱。 (3).溶剂效应 ①.溶剂极性的改变对吸收峰位置和强度都有影响。 π→π*跃迁：溶剂极性的增大，长移。 n→π*跃迁：溶剂极性的增大，短移。 ②.酸性、碱性或两性物质时，溶剂的 pH 值对光谱的影响很大， (4).含杂原子的双键化合物 ①.羰基化合物 ②.硫羰基化合物 5.紫外光谱的应用 (1).主要用于判断结构中的共轭系统、结构骨架（如香豆素、黄酮等） (2).确定未知化合物是否含有与某一已知化合物相同的共轭体系。 (3).可以确定未知结构中的共轭结构单元。 (4).确定构型或构象 (5).测定互变异构现象 6.分析紫外光谱的几个经验规律 (1).在 200~800nm 区间无吸收峰，结构无共轭双键。 (2).220~250nm，强吸收(max 在 104~2104 之间)，有共轭不饱和键（共轭二烯，,-不饱 和醛、酮） (3).250~290nm，中等强度吸收(max 1000~10000) ，通常有芳香结构。 (4).250~350nm，中低强度吸收 (10~ 100)，且 200 nm 以上无其他吸收，则含有带孤对电子 的未共轭的发色团。（羰基或共轭羰基） (5).有多个吸收峰，有的在可见区，则结构中可能有长链共轭体系或稠环芳香发色团。如有 颜色，则至少有 4~5 个共轭的发色团。 (6).利用溶剂效应、pH 影响：增加溶剂极性：K 带红移、R 带紫移，max 变化大时，有互变 异构体存在。pH 变化：碱化后谱带红移，酸化后又恢复，则有酚羟基、烯醇存在；酸化后 谱带紫移，有芳胺存在。
第三章 红外光谱 （第 7-14 节）课时安排：8 学时
[基本内容] 红外光谱的基础知识、重要吸收区段和在结构解析中的应用。红外光谱应用技术进展和
拉曼光谱。 [基本要求]
掌握：红外光谱提供的信息与化合物结构间的相互关系以及重要吸收区段。 熟悉：红外光谱在化合物结构平面解析和立体结构解析中的应用。