第八章红外光谱和核磁共振氢谱IRandHNMR
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第八章红外光谱和核磁共振氢谱IRandHNMR
－ 1
， RCOCl/~1800 cm － 1 ，因氯有强的吸电子诱导效应。
③ 减弱键强度的共轭效应能使吸收向低频移动。如： CH3COCH =CH2 中 C=O 的吸收峰 1720 cm － 1 移至 ~1685 cm － 1 ， C=C 的吸 收峰由 1647 cm － 1 移至 1623 cm － 1 。
1 、红外光谱的产生
红外光谱引起的是分子的振动和转动能级的跃迁，又称为振转光谱
2 、分子的振动形式与红外吸收频率
伸缩振动 υ ：原子沿着键轴伸长或缩短，引起键长的变化 弯曲振动 δ ：组成化学键的原子离开键轴上下、左右振动，引 起键角的变化
+
O O
C C
O O
H C
H H C
面内弯曲
H
H C
H H C
波数 /cm-1
二、有机基团的特征吸收频率
X－H伸 缩振动区 υ ＞ 3000c m－1 O-H 3600~3200 N-H 3500~3100 C-H 3300~2700 三键或累积 双键吸收区 2400 ～ 1950 cm － 1 C=C 2260~2100 C=N 2400~2100 C=Y=Z ~1950 C=X 双键振动 区 1800 ～ 1300 cm － 1 C=O 1800~1650 C=C 1690~1600 芳环 1600 ～ 1 450 C=N 1960~1460 δN-H 1650~150 0 δC-H 1475~130 0 指纹区 C － X 伸缩或弯曲振动 区 1300 ～ 600 c m－1 C-O 1300~1000 C-N 1360~1030 C-C 1200~600 δ=C-H 1000~650
E = hυ ， υ ＝ c / λ
光区 紫外光 区4～4 00 nm 可见 光区 红外 光区 800nm ～ 200 μ m 近紫外 远紫外 近红外 中红外 远红外
， RCOCl/~1800 cm － 1 ，因氯有强的吸电子诱导效应。
③ 减弱键强度的共轭效应能使吸收向低频移动。如： CH3COCH =CH2 中 C=O 的吸收峰 1720 cm － 1 移至 ~1685 cm － 1 ， C=C 的吸 收峰由 1647 cm － 1 移至 1623 cm － 1 。
1 、红外光谱的产生
红外光谱引起的是分子的振动和转动能级的跃迁，又称为振转光谱
2 、分子的振动形式与红外吸收频率
伸缩振动 υ ：原子沿着键轴伸长或缩短，引起键长的变化 弯曲振动 δ ：组成化学键的原子离开键轴上下、左右振动，引 起键角的变化
+
O O
C C
O O
H C
H H C
面内弯曲
H
H C
H H C
波数 /cm-1
二、有机基团的特征吸收频率
X－H伸 缩振动区 υ ＞ 3000c m－1 O-H 3600~3200 N-H 3500~3100 C-H 3300~2700 三键或累积 双键吸收区 2400 ～ 1950 cm － 1 C=C 2260~2100 C=N 2400~2100 C=Y=Z ~1950 C=X 双键振动 区 1800 ～ 1300 cm － 1 C=O 1800~1650 C=C 1690~1600 芳环 1600 ～ 1 450 C=N 1960~1460 δN-H 1650~150 0 δC-H 1475~130 0 指纹区 C － X 伸缩或弯曲振动 区 1300 ～ 600 c m－1 C-O 1300~1000 C-N 1360~1030 C-C 1200~600 δ=C-H 1000~650
E = hυ ， υ ＝ c / λ
光区 紫外光 区4～4 00 nm 可见 光区 红外 光区 800nm ～ 200 μ m 近紫外 远紫外 近红外 中红外 远红外
红外光谱学习课件之氢谱H NMR
1.5 Proton NMR Spectrum
PULSED EXCITATION
N
n1
BROADBAND RF PULSE
contains a range of frequencies
n2
O CH2 C CH3
(n1 ..... nn)
n3
S
All types of hydrogen are excited simultaneously with the single RF pulse.
EACH DIFFERENT TYPE OF PROTON COMES AT A DIFFERENT PLACE - YOU CAN TELL HOW MANY DIFFERENT TYPES OF PROTONS THERE ARE BY INTEGRATION.
Equivalent Hydrogens
magnet and has what is called a magnetic moment
13-3
Nuclear Spin States
The
same effect holds for certain atomic nuclei
• any atomic nucleus that has an odd mass number, an odd atomic number, or both also has a spin and a resulting nuclear magnetic moment • the allowed nuclear spin states are determined by the spin quantum number, I, of the nucleus
13-12
红外光谱与核磁氢谱
C:\Program
Transmit ance [%] 20 30 40 50 60 70 80 90 100
C:\Program
4000
40 00
4000
Files \ OPUS_65\ s earc h\ Ent ry 106. 0
Files \OPUS_65\s earc h\Entry 107.0
特征吸收：1300~1000cm-1 的伸缩振动， 脂肪醚：1150~1060cm-1 （C-O-C伸缩）一 个强的吸收峰 芳香醚：1270~1230cm-1（为Ar-O伸缩）， 1050~1000cm-1（为R-O伸缩）
20
30
40
50
60
70
80
90
100
4000 3500 3000
cm-1
分析各个峰的 归属
3334cm-1, -OH 的伸缩振 动峰，一般波数范围： 3350 ± 10 cm-1。这是一 个很特征的OH峰，由于氢 键的存在，所有OH峰均比 较宽。
2960cm-1, -CH3反 对称伸缩振动峰。
2931cm-1,-CH2 反对称伸缩振 动峰。
2870cm-1, CH3 对 称 伸 缩振动峰。
2441.30
2433.91
Page 1/1
W avenum ber c m -1
W avenum ber c m -1
2000
2000
2000
1954.48 1827.78
1975.01 1944.72 1817.44 1741.27
1500
1921.97
1589.51
1500
1500
1626.41 1597.47 1537.85 1479.58 1432.55 1339.98 1255.38 1182.77 1139.10 1103.97 1061.97
Transmit ance [%] 20 30 40 50 60 70 80 90 100
C:\Program
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Files \ OPUS_65\ s earc h\ Ent ry 106. 0
Files \OPUS_65\s earc h\Entry 107.0
特征吸收：1300~1000cm-1 的伸缩振动， 脂肪醚：1150~1060cm-1 （C-O-C伸缩）一 个强的吸收峰 芳香醚：1270~1230cm-1（为Ar-O伸缩）， 1050~1000cm-1（为R-O伸缩）
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cm-1
分析各个峰的 归属
3334cm-1, -OH 的伸缩振 动峰，一般波数范围： 3350 ± 10 cm-1。这是一 个很特征的OH峰，由于氢 键的存在，所有OH峰均比 较宽。
2960cm-1, -CH3反 对称伸缩振动峰。
2931cm-1,-CH2 反对称伸缩振 动峰。
2870cm-1, CH3 对 称 伸 缩振动峰。
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1975.01 1944.72 1817.44 1741.27
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1626.41 1597.47 1537.85 1479.58 1432.55 1339.98 1255.38 1182.77 1139.10 1103.97 1061.97
13级《研究有机化合物的一般步骤和方法(3)分子结构的确定
图谱题解题：
2、必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。
3、根据图谱获取的信息，按碳四价的原则对 官能团、基团进行合理的拼接。 4、得出结构(简)式后，再与谱图提供信息对 照检查，主要为分子量、官能团、基团的 类别是否吻合。
1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。
研究有机化合物要经过以下几个步骤: 粗 产 品 结晶 萃取 分离 提纯 定性 分析 定量分析
化学 方法
除 杂 质
蒸馏
确定 质 组成 量 元素 分 析
测 结 质 定 构 红外 谱 分 分 光谱、 法 子 析 核磁 共振 量
氢谱
实验式或最简式
分子式
结构式
1、2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果， 其中一项是瑞士科学家库尔特· 维特里希 发明了“利用核磁共振技术测定溶液中 生物大分子三维结构的方法”。在化学 上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根 据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振 谱中给出的信号不同来确定有机物分子 中的不同的氢原子。下列有机物分子在 核磁共振氢谱中只给出一种信号的是 A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3
根据实验数据填空： 1.8 (1)实验完毕后，生成物中水的质量为________g，假设广 5 口瓶里生成一种正盐，其质量为________g。 (2)生成的水中氢元素的质量为________g。 0.2 (3)生成的CO2中碳元素的质量为________g。 0.6 (4)该燃料中碳、氢元素的质量比为________。 3∶1 (5)已知这种燃料的每个分子中含有一个氧原子，则该燃 料的分子式为________，结构简式为________。
－ －1
＝0.1∶0.3∶0.05＝2∶6∶1, 即 A 的实验式为 C2H6O.
HNMR氢核磁共振波谱法-文档资料
• 自旋核间的相互干扰作用是通过它们之间的成键电 子传递的，所以偶合常数的大小主要与连接1H核 之间的键的数目和键的性质有关，也与成键电子的 杂化状态、取代基的电负性、分子的立体结构等因 素有关。因此，可根据偶合常数的大小及其变化规 律，推断分子结构
i 同碳偶合，谐偶（J同， J谐， 2J）
系因相互干扰的两个氢核（如不同构象）处于同一 碳原子上引起。两者之间的偶合常数叫J同。同碳 偶合经过两个C—H键（H—C—H），因此，可用 2J表示。
• 影响电子云密度的一个重要因素，就是与质子相连 接的原子或基团的电负性的大小：
电负性大的取代基（吸电子基团），可使邻近氢核 的电子云密度减少（去屏蔽效应），导致该质子的 共振信号向低场移动，化学位移左移；
电负性小的取代基（给电子基团），可使邻近氢核 的电子云密度增加（屏蔽效应），导致该质子的共 振信号向高场移动，化学位移右移。
Hb Ha Hc
Ha裂分为多少重峰？
Jba Jca
Jca Jba
4
3
210
Ha裂分峰:(3+1)(2+1)=12
实际Ha裂分峰:(5+1)=6
强度比近似为：
1:5:10:10:5:1
偶合常数
• 偶合常数与化学位移值一样，都是解析核磁共振谱 的重要数据。但偶合常数与化学位移值的区别，在 于偶合常数的大小与外加磁场强度无关
7.29 7.21
7.55 8.18
7.27
7.18
CH2CH3 7.68
NO2
7.29 7.21
7.55 8.18
7.27
7.18
CH2CH3 7.68
NO2
7.29 7.21
7.55 8.18
i 同碳偶合，谐偶（J同， J谐， 2J）
系因相互干扰的两个氢核（如不同构象）处于同一 碳原子上引起。两者之间的偶合常数叫J同。同碳 偶合经过两个C—H键（H—C—H），因此，可用 2J表示。
• 影响电子云密度的一个重要因素，就是与质子相连 接的原子或基团的电负性的大小：
电负性大的取代基（吸电子基团），可使邻近氢核 的电子云密度减少（去屏蔽效应），导致该质子的 共振信号向低场移动，化学位移左移；
电负性小的取代基（给电子基团），可使邻近氢核 的电子云密度增加（屏蔽效应），导致该质子的共 振信号向高场移动，化学位移右移。
Hb Ha Hc
Ha裂分为多少重峰？
Jba Jca
Jca Jba
4
3
210
Ha裂分峰:(3+1)(2+1)=12
实际Ha裂分峰:(5+1)=6
强度比近似为：
1:5:10:10:5:1
偶合常数
• 偶合常数与化学位移值一样，都是解析核磁共振谱 的重要数据。但偶合常数与化学位移值的区别，在 于偶合常数的大小与外加磁场强度无关
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CH2CH3 7.68
NO2
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CH2CH3 7.68
NO2
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核磁共振谱、红外光谱和质谱
② 结构对化学位移的影响 芳环,双键和叁键化合物的各向异性. 芳环,双键和叁键化合物的各向异性.
16
a. 芳环
苯环的电子在外加磁场影响下, 苯环的电子在外加磁场影响下,产生一 个环电流,同时生成一个感应磁场, 个环电流,同时生成一个感应磁场,感 应磁场方向在环内与外加磁场相反, 应磁场方向在环内与外加磁场相反,在 环外与外加磁场同向. 环外与外加磁场同向.苯环上的质子在 环外,处于去屏蔽区,因此, 环外,处于去屏蔽区,因此,苯环上的 质子出现在低场,化学位移 值较大 值较大, 质子出现在低场,化学位移δ值较大,
12
假定核磁共振仪所用的射频固定在60MHz,慢慢改变 , 假定核磁共振仪所用的射频固定在 外加磁场强度,使其略有增加, 外加磁场强度,使其略有增加,当增加到一定程度 时,独立质子的 hν = r h H 2π o 此时发生共振(自旋转向),产生共振信号. ),产生共振信号 此时发生共振(自旋转向),产生共振信号.而有机 分子中的质子,由于屏蔽效应, 分子中的质子,由于屏蔽效应,必须在外加磁场强度 略大于H 时才发生共振. 略大于 o时才发生共振. 即屏蔽使吸收移向高场.去屏蔽使吸收移向低场. 即屏蔽使吸收移向高场.去屏蔽使吸收移向低场. 有屏蔽 无屏蔽 低磁场
6
原子核作为带电荷的质点,它自旋也可产生磁矩. 原子核作为带电荷的质点,它自旋也可产生磁矩. 但并非所有原子核都具有磁炬. 但并非所有原子核都具有磁炬. 例:下面一些原子核自旋产生磁矩: 下面一些原子核自旋产生磁矩:
1H 13C 15N 17O 19F 31P等. 等
有机化合物主要由碳,氢两种元素组成,现以氢为例说 有机化合物主要由碳,氢两种元素组成, 明核磁共振的基本原理. 明核磁共振的基本原理.
第八章 红外光谱与核磁共振
物理方法： 1、紫外光谱（UV）：电子吸收光谱（电子跃迁） （Ultraviolet Spectroscopy） 2、红外光谱（IR） ：分子振动光谱和拉曼光谱 （Infrared Spectroscopy） 3、核磁共振谱（NMR）：原子核自旋 (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy) （1H NMR, 13C NMR等） 4、质谱（MS） ：分子裂解 （Mass Spectroscopy）
3）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 同而显示出不同的吸收峰。表示信号离TMS若干ppm
试样的共振频率
TMS的共振频率
试样 TMS 6 10 0
化学位移 仪器使用的射频
标准物质：TMS，规定其δ=0
3、峰面积与氢原子数
峰面积：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。
4、峰的裂分与自旋偶合 裂分：相邻两个碳上质子之间的自旋偶合而产生的。 自旋偶合：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 自旋偶合。
1）自旋偶合的产生（以溴乙烷为例）
2）峰的重数（ n+1规律） a、邻位的H相同：峰数=n+1 如 ：CH3CH2CH3
b、邻位的H不相同：峰数=(n+1)(n`+1)(n``+1) ……
｛｝
说明：1、特征吸收谱带主要集中在4000～1250cm-1
（化学键或官能团的特征频率区）。
2、一般地，振动时所产生的偶极距越大， 吸收峰越强。 如-OH，-CO-等极性基团的吸收较强。 3、分子结构引起的谱带的细微变化集中在 1250～675cm-1（指纹区），可用来判断两个样品是 否为同一化合物。
红外光谱与核磁共振
异丙基，两个等强度的峰 三级丁基，两个不等强度的峰
振 动
C-H拉伸（或伸缩）
C-H弯曲
烷烃
有机化学实用基础
吸收峰 化合物
振 动
C-H拉伸 （或伸缩）
C=C，CC，C=CC=C苯环(拉伸或伸缩)
1680-1620 强
C-H弯曲
1000-800
>3000 （中） 烯烃 3100-3010
1645（中）910-905强 995-985强 R2C=CH2 1653（中） 895-885强 730-650弱且宽 顺RCH=CHR 1650（中） 980-965强 反RCH=CHR 1675（弱） 三取代 1680（中-弱） 840-790强 四取代 1670（弱-无） 无
酰卤 酸酐 酯 酰胺 腈
有机化学实用基础
烷烃C—H的伸缩振动吸收峰在3000~2800 cm-1之间。
而C—H弯曲振动的吸收峰在1475-1300cm-1之间，甲基在
1375 cm-1左右处有一特征吸收峰，异丙基则在1370和 1385 cm-1处出现等强度的两个峰，叔丁基则在1370cm-1和 1395cm-1处出现不等强度的两个峰，前者强于后者，若为 亚甲基时会在1465 cm-1左右处出现特征峰，若多个CH2比
有机化学实用基础
开链饱和化合物的U值为0，含有一个双键的
开链化合物或饱和环状化合物的U值为1，含有两
个双键或一个三键的开链化合物以及含有一个双键 的环状化合物的U值为2，一个苯环的U值为4，依 此类推。 例1 某化合物分子式为Cl lH24，其红外光谱如图所 示，确定此化合物的结构。
有机化学实用基础
因而可用于确定某种特殊的键和官能团是否存在， 是红外光谱的主要用途，一般把这段叫特征谱带区。 在该区中凡是能用于鉴定有机化合物各种基团存在 的吸收峰叫做特征吸收或特征峰。
振 动
C-H拉伸（或伸缩）
C-H弯曲
烷烃
有机化学实用基础
吸收峰 化合物
振 动
C-H拉伸 （或伸缩）
C=C，CC，C=CC=C苯环(拉伸或伸缩)
1680-1620 强
C-H弯曲
1000-800
>3000 （中） 烯烃 3100-3010
1645（中）910-905强 995-985强 R2C=CH2 1653（中） 895-885强 730-650弱且宽 顺RCH=CHR 1650（中） 980-965强 反RCH=CHR 1675（弱） 三取代 1680（中-弱） 840-790强 四取代 1670（弱-无） 无
酰卤 酸酐 酯 酰胺 腈
有机化学实用基础
烷烃C—H的伸缩振动吸收峰在3000~2800 cm-1之间。
而C—H弯曲振动的吸收峰在1475-1300cm-1之间，甲基在
1375 cm-1左右处有一特征吸收峰，异丙基则在1370和 1385 cm-1处出现等强度的两个峰，叔丁基则在1370cm-1和 1395cm-1处出现不等强度的两个峰，前者强于后者，若为 亚甲基时会在1465 cm-1左右处出现特征峰，若多个CH2比
有机化学实用基础
开链饱和化合物的U值为0，含有一个双键的
开链化合物或饱和环状化合物的U值为1，含有两
个双键或一个三键的开链化合物以及含有一个双键 的环状化合物的U值为2，一个苯环的U值为4，依 此类推。 例1 某化合物分子式为Cl lH24，其红外光谱如图所 示，确定此化合物的结构。
有机化学实用基础
因而可用于确定某种特殊的键和官能团是否存在， 是红外光谱的主要用途，一般把这段叫特征谱带区。 在该区中凡是能用于鉴定有机化合物各种基团存在 的吸收峰叫做特征吸收或特征峰。
红外核磁
芳香族酰卤
7. 醚类
VC=O 1785~1765cm-1
VC-O-C 1275~1020cm-1
8. 胺类 一级胺 VN-H 3490~3400 二级胺 VN-H 3500~3300 三级胺 无VN-H 吸收峰 七. 红外谱图解析 1. 根据给出的分子式、IR、NMR数据，推测化合物的结构式。 分子式：C3H8O ； IR：3600~3200cm-1(宽) N-H 1650~1590， 900~650 N-H 750~700 无N-H 吸收峰
6. 羰基化合物
1）酮 脂肪酮 VC=O ~1715cm-1 芳香酮 VC=O ~1695cm-1 不饱和酮 VC=O ~1675cm-1 2）醛
VC=O ~1725cm-1
3）酯 VC=O ~1740cm-1 4）羧酸
VC-H 2720cm-1 （鉴别-CHO）
VC-O-C 1300~1150
5. 振动的偶合
分子内两基团位置很近并且振动频率相同或相近时, 它们之
间发生强相互作用, 结果产生两个吸收峰, 一个向高频移动, 一个向低频移动。
五. 红外吸收峰的强度 红外吸收强度取决于跃迁的几率： 跃迁几率 ab
2
Eo
2
2
ab
跃迁偶极矩
E o 红外电磁波的电场矢量
强度决定于振动时偶极矩变化大小。偶极矩变化愈大，吸收 强度愈大；偶极矩变化愈小，吸收强度愈小；没有偶极矩变 化, 则不产生红外吸收。 例：VC=O 吸收强度大于 VC=C 收峰很弱。 吸收强度的表示： vs (ε > 200)、s(ε = 75~200)、 m(ε = 25~75)、w(ε = 5~25)、vw(ε < 5)。 六. 各类有机化合物的特征基团频率 1. 烷烃 C-H 2900~2850cm-1 C-H 1465~1340cm-1 CH3 1380cm-1
红外光谱与核磁共振光谱
单色器：把通过试样池和参比池而进入入射狭缝的复
合光散射成单色光，再投射到检测器上进行测量。色
散元件为棱镜或光栅。
检测器 ：检测器的作用是接收红外辐射并使之转换成电
信号。
常用的有三种：真空热电偶、高莱池和电阻测辐射热计。
IR与UV的主要区别：
(1)IR谱仪的试样放在光源与单色器之间，而UV的试
样放在单色器之后、检测器之前。
定性好，均匀，不均匀性小于六千万
分之一。扫场线圈。
2 ．射频振荡器：线圈垂直于外磁场，
发射一定频率的电磁辐射信号。
60MHz或100MHz。
3 ．射频信号接受器（检测器）：当
质子的进动频率与辐射频率相匹配时，
中红外光谱法又简称为红外光谱法。
认识IR
T透过率
红外吸收光谱一般用T~曲线或T~ 波数曲线表
示。纵坐标为百分透射比T%，因而吸收峰向下，
向上则为谷；横坐标是波长（单位为µm ），或波
数（单位为cm-1）。中红外区的波数范围是4000 ~
400 cm-1 。
二、红外光谱法的特点
➢分子的振动、转动光谱
➢吸收能量较低，波长范围在红外区的电磁波
➢分子不产生电子能级的跃迁
➢只产生分子的振动和转动
紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特
别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要
研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物，几乎所有
的有机化合物在红外光谱区均有吸收。凡是具有结构
不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。
在4000~1300cm-1 区域内有一个明显的特点，即每一
个吸收峰都和一定的官能团相对应，而且有机化合物
分子中的一些主要官能团的特征吸收，多发生在这个
【有机化学】核磁共振谱、红外光谱和质谱
以上化学键的红外吸收出现在3700－1500cm-1，且这些 化学键为官能团或与官能团有关，因此3700－1500cm-1 叫官能团区。
四
弯曲振动
面内弯曲振动 面外弯曲振动（弯曲振动引起键角变化）
弯曲振动的特点： 力常数小，吸收频率在1400－650cm-1, 此区域通常 叫指纹区。指纹区可用于有机物的鉴别。
例 =4 NMR 7.2 (多重峰 5H) 4.5 (单峰 2H)
二
3.7 (宽峰 1H)
C6H5-CH2-OH
例三
C14H14 IR 756，702，1600，1495，1452，2860， 2910，3020cm-1
=8 NMR 7.2(单峰， 10H) 2.89(单峰， 4H) C6H5-CH2-CH2-C6H5
第九章
核磁共振谱、红外光谱和质谱
(NMR, IR and MS)
O
H
N
O
O
N
H
O
4
3
2
1
0
PPM
Nuclear Magnetic Resonance
第一节 核磁共振谱
NMR
第一节 1H 核磁共振谱: 1HNMR, PMRΒιβλιοθήκη 一 核磁共振现象及其基本原理
请
观
质子的自旋运动
察！
﹢＋
+
1.质子自旋产生两种磁矩（ ） 2.两种自旋态的能量相等； 3.两种自旋态的几率相等。
低场处 H感生
高场处
0 14100Gs （独立质子）
有机物
TMS H0
4. 化学位移计算(chemical shift ,δ)
质子的化学环境不同 电子云密度不同 核磁共振信号的位移不同。
四
弯曲振动
面内弯曲振动 面外弯曲振动（弯曲振动引起键角变化）
弯曲振动的特点： 力常数小，吸收频率在1400－650cm-1, 此区域通常 叫指纹区。指纹区可用于有机物的鉴别。
例 =4 NMR 7.2 (多重峰 5H) 4.5 (单峰 2H)
二
3.7 (宽峰 1H)
C6H5-CH2-OH
例三
C14H14 IR 756，702，1600，1495，1452，2860， 2910，3020cm-1
=8 NMR 7.2(单峰， 10H) 2.89(单峰， 4H) C6H5-CH2-CH2-C6H5
第九章
核磁共振谱、红外光谱和质谱
(NMR, IR and MS)
O
H
N
O
O
N
H
O
4
3
2
1
0
PPM
Nuclear Magnetic Resonance
第一节 核磁共振谱
NMR
第一节 1H 核磁共振谱: 1HNMR, PMRΒιβλιοθήκη 一 核磁共振现象及其基本原理
请
观
质子的自旋运动
察！
﹢＋
+
1.质子自旋产生两种磁矩（ ） 2.两种自旋态的能量相等； 3.两种自旋态的几率相等。
低场处 H感生
高场处
0 14100Gs （独立质子）
有机物
TMS H0
4. 化学位移计算(chemical shift ,δ)
质子的化学环境不同 电子云密度不同 核磁共振信号的位移不同。
红外光谱与核磁共振谱解读
《红外光谱与核磁共振谱》【学习要求】1、了解红外光谱与核磁共振谱基本原理及其有关的概念2、了解红外吸收光谱产生的条件3、了解红外吸收的强度、核磁共振谱中化学位移的概念4、大致了解各类有机化合物红外吸收光谱和核磁共振谱特征一、红外吸收光谱（一）红外吸收光谱的基本原理红外光波波长位于可见光波和微波波长之间0.75-1000 mm(1 mm = 10-4 cm) 其中：远红外 0.75-2.5 mm中红外 2.5-25 mm 4000-400 cm-1近红外 25-1000 mm红外光波的波长常用波数(cm-1)表示。
波数的定义是：每1厘米范围内所含光波的数目。
波数 = 104/l(mm)。
因此，2.5 mm波长，相当于104/2.5 cm-1，即：4000 cm-1，而25 mm相当于400 cm-1。
1．分子的振动能级引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的跃迁。
红外吸收光谱是分子的振动-转动光谱。
用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。
2、基本振动的类型一般把分子的振动方式分为两大类：化学键的伸缩振动和弯曲振动。
（1）伸缩振动指成键原子沿着价键的方向来回地相对运动。
在振动过程中，键角并不发生改变，如碳氢单键，碳氧双键，碳氮三键之间的伸缩振动。
伸缩振动又可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。
（2）弯曲振动弯曲振动又分为面内弯曲振动和面外弯曲振动，用d、g表示。
如果弯曲振动的方向垂直于分子平面，则称面外弯曲振动，如果弯曲振动完全位于平面上，则称面内弯曲振动。
剪式振动和平面摇摆振动为面内弯曲振动，面外摇摆振动和扭曲变形振动为面外弯曲振动。
以-CH2-：剪式振动、平面摇摆振动、面外摇摆振动、扭曲变形振动3、影响峰数减少的因素（1）红外非活性振动（2）分子结构对称，某些振动频率相同。
（3）强宽峰复盖频率相近的弱而窄的峰。
（4）在红外区域外的峰。
（5）别弱的峰或彼此十分接近的峰（二）红外吸收光谱产生的条件一定波长的红外光照射被研究物质的分子，若辐射能(hn)等于振动基态(Vo)的能级(E1)与第一振动激发态(V1)的能级(E2)之间的能量差(DE)时，则分子可吸收能，由振动基态跃迁到第一振动激发态(V0® V1)：DE = E2 - E1= hn分子吸收红外光后，引起辐射光强度的改变，由此可记录红外吸收光谱，通常以波长(mm)或波数(cm-1)为横坐标，百分透过率(T %)或吸光度(A)为纵坐标记录。
第八章 核磁共振波谱_PPT课件
概述
核磁共振的方法与技术作为分析物质的手段 ，由 于其可深入物质内部而不破坏样品 ，并具有迅速、 准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用 ，已经从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以 及材料等学科 ，在科研和生产中发挥了巨大作用 。
核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫 (F.Block)和哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)各自独立发 现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。50多 年来，核磁共振已形成为一门有完整理论的新学科 。
生物膜和脂质的多形性研究
化学位移各向异性的研究
脂质双分子层的脂质分子动态结构
金属离子同位素的应用
生物膜蛋白质——脂质的互相作用
动力学核磁研究
压力作用下血红蛋白质结构的变化
质子密度成像
生物体中水的研究
T1T2成像
生命组织研究中的应用
化学位移成像
生物化学中的应用
其它核的成像
在表面活性剂方面的研究
magnetic resonance spectroscopy for determining the threedimensional structure of biological macromolecules in solution".
他将获得2002年诺贝尔化学奖另一半的奖金。
If one knows all the measurements of a house one can draw a three-dimensional picture of that house. In the same way, by measuring a vast number of short distances in a protein, it is possible to create a three-dimensional picture of that protein.
红外光谱和核磁共振
80
70
2-壬酮
1466 1410
60 %Transmittance
50
40
30
0 3000 Wavenumbers (cm-1)
1718
2000
1718
10
2928
2856
20
1358
1163
1000
7. 酰胺： 酰胺Ⅰ带νC = O ：1690 ~ 1650（强） 缔合及叔酰胺 ：1650 酰胺Ⅱ带 δN – H： 伯:(游离态) ~ 1600;缔合态: ~ 1640 仲：缔合或游离 < 1600 叔：无
O CH3
ANISOLE, 99% 90
80
70 3034 3031
60 %Transmittance
50
1463
1298
3034 3031 3002
3002
2951
2836
1077
30
692 1041
40
2836 2951 1598 1495 1463
3000 2000 Wavenumbers (cm-1) 1598
ν
k m
1.2 峰位、峰强
2 两个质量都较大的原子成键
1 ν = = λ 2πc
1
k
μ
= 1307
k
k 化学键的键力常数（105达因/厘米）
μ
μ 成键原子的折合原子量；
M1、M2成键原子的原子量。
M1 ⋅ M 2 μ= (M 1 + M 2 )
1.2 峰位、峰强
T %越低，A越强，谱带强度越大。 T % < 10 10 < T % < 40 40 < T % < 90 90 < T %
红外光谱和核磁共振
红外光谱简介
（P86）
化学方法
有机分子结构的测定
物理方法：
红外光谱、紫外光谱、 核磁共振、质谱。
优点：快速、微量、准确
红外吸收光谱：是分子中成键原子振动能级（伸
缩振动和弯曲振动）跃迁而产生的吸收光谱，
有机四大谱及其特点
有机四大谱：紫外吸收光谱、红外吸收光谱、 核磁 共振谱、质谱
UV
优点样准品确用快量速少
上式关系时，H1可以吸收特定波长的光波，从 低能态排布方式可转变成高能态的排布方式。 即产生了“共振”。
4、核磁共振：具有磁性原子核吸收能量，从低能 态跃迁到高能态的现象。
5、实现“共振”的办法：用恒定的频率的无线电 波照射，通过改变外磁场强度的方法来实现共振。
核磁共振波谱仪：连续波扫描NMR和FT-NMR
C—H伸缩振动3300cm-1（700-600 cm-1） CC伸缩振动： 2100-2140cm-1
芳H伸缩振动3100-3000cm-1 单核芳环骨架C=C伸缩振动1600、1580、1500、 1450cm-1(强度与分子对称性有关)
五、各类化合物的特征的红外吸收光谱
1、烷烃：
C—H伸缩振动：2８５0cm-1和３０００ cmC-H（CH3）面内弯曲：1460（不对称）和1380（对称） -(CH2)n- (n>=4)面内弯曲：一般在720 cm-1处有特征峰
为了去除测定时的仪器频率的影响规定测得的化学位移值要除以仪器的频率因四甲基硅烷中由于硅的电负性很小故h周围的电子云密度较大化学屏蔽作用大且同时有12个等同的质子只给出一个特强信号故硅烷中的h在最高的磁场强度下共振吸收把它的吸收位置当作零点这样可使大多数的核磁共振信号都出现在tms的低场一侧化学位移值
（P86）
化学方法
有机分子结构的测定
物理方法：
红外光谱、紫外光谱、 核磁共振、质谱。
优点：快速、微量、准确
红外吸收光谱：是分子中成键原子振动能级（伸
缩振动和弯曲振动）跃迁而产生的吸收光谱，
有机四大谱及其特点
有机四大谱：紫外吸收光谱、红外吸收光谱、 核磁 共振谱、质谱
UV
优点样准品确用快量速少
上式关系时，H1可以吸收特定波长的光波，从 低能态排布方式可转变成高能态的排布方式。 即产生了“共振”。
4、核磁共振：具有磁性原子核吸收能量，从低能 态跃迁到高能态的现象。
5、实现“共振”的办法：用恒定的频率的无线电 波照射，通过改变外磁场强度的方法来实现共振。
核磁共振波谱仪：连续波扫描NMR和FT-NMR
C—H伸缩振动3300cm-1（700-600 cm-1） CC伸缩振动： 2100-2140cm-1
芳H伸缩振动3100-3000cm-1 单核芳环骨架C=C伸缩振动1600、1580、1500、 1450cm-1(强度与分子对称性有关)
五、各类化合物的特征的红外吸收光谱
1、烷烃：
C—H伸缩振动：2８５0cm-1和３０００ cmC-H（CH3）面内弯曲：1460（不对称）和1380（对称） -(CH2)n- (n>=4)面内弯曲：一般在720 cm-1处有特征峰
为了去除测定时的仪器频率的影响规定测得的化学位移值要除以仪器的频率因四甲基硅烷中由于硅的电负性很小故h周围的电子云密度较大化学屏蔽作用大且同时有12个等同的质子只给出一个特强信号故硅烷中的h在最高的磁场强度下共振吸收把它的吸收位置当作零点这样可使大多数的核磁共振信号都出现在tms的低场一侧化学位移值
IR-NMR
电磁波
紫外 可见 红外 微波
无线电波
• 分子吸收电磁波的能量后，从较低能级跃迁到较高能
级，便产生波吸收谱，称波谱。
• 分子内部的运动：
—— 原子核间的相对振动（IR） 振动能级 ——电子运动（UV/Vis） 电子能级 ——原子核自旋运动 （NMR） 核自旋能级
• 同一种分子，由于分子内不同形式运动的跃迁能级差
H C 面外弯曲振动
H
C H
O H3C
ii. 振动频率与键的力常数的平方根成正比，即键能愈大，键长 愈短，键的力常数愈大，振动频率愈高。
产生红外光谱的必要条件是： • 红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能满足
分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱； • 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸
收光谱。
(1) 近红外( = 0.75 ~ 2.5 m, = 13300 ~ 4000 cm-1)
4.5
700～1200
9.6
1620～1680
15.6
2100～2600
CH 2800-300cm-1
NH
OH
3000-3600cm-1
特征吸收峰
具有同一类型化学键或官能团的不同化合物，其红外吸收频率总是 出现在一定的波数范围内，我们把这种能代表某基团，并有较高强 度的吸收峰，称为该基团的特征吸收峰（又称官能团吸收峰）。
(2) 中红外 ( = 2.5 ~ 25 m, = 4000 ~ 400 cm-1)
(3) 远红外 ( = 25 ~ 1000 m, = 400 ~ 10 cm-1)
红外光谱
透 光 率
波数(cm-1)
一般市售的红外光谱仪的测量范围是4000~450 cm-1。
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4 、红外光谱仪和红外光谱图
红外光谱仪组成：光源、单色器、检测器、放大器和记录器 横坐标： 数（） 纵坐标： 度（ A ） 吸收图谱： cm-1 ） 透
过 率 %
上线：波长（） 右側：透过率（ T% ）
波长 λ/μm -1 指纹区（ 1400-400cm ）
下线：波 左侧：吸光 官能团区（ 4000-1400
－ 1
， RCOCl/~1800 cm － 1 ，因氯有强的吸电子诱导效应。
③ 减弱键强度的共轭效应能使吸收向低频移动。如： CH3COCH =CH2 中 C=O 的吸收峰 1720 cm － 1 移至 ~1685 cm － 1 ， C=C 的吸 收峰由 1647 cm － 1 移至 1623 cm － 1 。
波数 /cm-1
二、有机基团的特3000c m－1 O-H 3600~3200 N-H 3500~3100 C-H 3300~2700 三键或累积 双键吸收区 2400 ～ 1950 cm － 1 C=C 2260~2100 C=N 2400~2100 C=Y=Z ~1950 C=X 双键振动 区 1800 ～ 1300 cm － 1 C=O 1800~1650 C=C 1690~1600 芳环 1600 ～ 1 450 C=N 1960~1460 δN-H 1650~150 0 δC-H 1475~130 0 指纹区 C － X 伸缩或弯曲振动 区 1300 ～ 600 c m－1 C-O 1300~1000 C-N 1360~1030 C-C 1200~600 δ=C-H 1000~650
影响化学键和基团特征吸收频率的因素 ① 键的力常数 k 越大，红外吸收频率越大。如：炔键 /2150 cm －
1
， C=C /1650 cm － 1 ， C － C /1200cm － 1 。
② 诱导效应可以改变吸收频率。如羰基上连有吸电子基可增强 C=O 双键，加大力常数 k ，吸收向高频位移。如 RCOR/1715 cm
常见原子对的 k 和 μ 值 原子对 k /105 μ/g C-C C-O C-N C-H C=C C=O C=C O-H 4.5 6 5.77 4.8 5.07 9.77 12.06 12.2 7.6 6.85 1728 1600 ～ 1900 6 0.941
6.85 6.46 0.623 6 3052 2850 ～ 3300
E = hυ ， υ ＝ c / λ
光区 紫外光 区4～4 00 nm 可见 光区 红外 光区 800nm ～ 200 μ m 近紫外 远紫外 近红外 中红外 远红外
波长 λ 4 ～ 200 n m 200 ～ 400 nm 400 ～ 800 nm 800 ～ 2500 nm 2.5 ～ 25μ m 25 ～ 200μ m
第八章 红外光谱和核磁共振氢谱 IR and HNMR
吗啡（ C15H15O3N ）从 1803 年第一次被提纯，至 1952 年弄清楚其结构，其间经过了 150 年。 胆固醇（ C27H47O ）结构的测定经历了 40 年。 紫外光谱（ UV ， Ultraviolet Spectrum ） 红外光谱（ IR ， Infrared Spectrum ） 核磁共振谱（ NMR ， Nuclear Magnetic Resonance ） 质谱（ MS ， Mass Spectrum ）
1 、红外光谱的产生
红外光谱引起的是分子的振动和转动能级的跃迁，又称为振转光谱
2 、分子的振动形式与红外吸收频率
伸缩振动 υ ：原子沿着键轴伸长或缩短，引起键长的变化 弯曲振动 δ ：组成化学键的原子离开键轴上下、左右振动，引 起键角的变化
+
O O
C C
O O
H C
H H C
面内弯曲
H
H C
H H C
~
1
/cm －
测定值
3 、分子的振动自由度
由 n 个原子组成的分子有 3n 个自由度。对线性分子，有三个平 移自由度，两个转动自由度，则有 3n － 5 个振动自由度；对非线 性分子，有三个平移自由度，三个转动自由度，则有 3n － 6 个振 动自由度 当 n=2 ，如 HCl ，只有一种振动方式， fv ＝ 1 ； n=3 时，线性分子 fv ＝ 4 ，如 CO2 。非线性分子 fv ＝ 3 ，如 H2 O 红外吸收带的数目常少于振动自由度的数目 的原因： （ 1 ）分子的振动频率＝红外辐射频率；分子振动时必须伴 有瞬时偶极矩的变化。（ 2 ）振动频率相同的不同的振动形 式可以发生简并。（ 3 ）仪器的分辨率不高，灵敏度不够
25μm ～ 1240 nm 红外 红外
△E 转动： 0.0035 ～ 0.05 eV 354 ～ 25μm
8.1
一 、
红外光谱 （ IR ）
基本原理
红外光谱是指波长为 2.5 ～ 25μm （ 2500 ～ 25000 n m ），波数 400 ～ 4000 cm － 1 区域内的分子吸收光谱。 特点：鉴别化合物的特征键及其官能团，能提供大量的 关于化合物的结构信息。样品用量少、易回收，气、液 、固态样品均适用、灵敏度高
面外
H
对称伸缩 υs 弯曲 不对称伸缩 υas
Hook 定律，谐振体系的谐振频率为： υ ＝ 1/2π 的力常数 g.s － 2 ， μ 为折合质量 m1m2/m1+m2
k / ， k 为键
~ ＝
~ ＝ υ/c ， ~
＝ 1/λ ＝ 1302 k / λ＝c/υ
1/2πc k /
波数 cm-1 2.5×106 ～ 5×10
4
5×104 ～ 2.5×10
4
2.5×104 ～ 1.25 ×104 1.25×104 ～ 400 0 4000 ～ 400 400 ～ 50
化合物的分子也具有各种不同能量的能级： 平移能，振动能，转动能，电子跃迁能 等。 能级差的大小为△ E 电子 >△E 振动 >△E 转动 能量 △E 电子： 1 ～ 20 eV △E 振动： 0.05 ～ 1 eV λ 1240 ～ 62 nm 光区 紫外－可见——电子能谱 振转光谱