第八章 有机波谱精品PPT课件

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有机化学有机化合物的波谱分析PPT课件

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红外光谱是以波长λ或波数σ第为5横页/坐共8标0页,表示吸收峰的峰位;以透射比 T(以百分数表示,又称为透光率或透过率)为纵坐标,表示吸收强度。
5
7.2.1分子化学键的振动和红外光谱
1.振动方程式
可把双原子分子的振动近似地看成用弹簧连接着的两个小球的 简谐振动。根据Hooke定律可得其振动频率为:
分子化学键的振动是量子化的,其能级为:
式中: υ为振动量子数(0,1,2,…);h为Planck常量;ν振为化学 键的振动频率。
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8
分子由基态υ =0跃迁到激发态υ =1时吸收光的能量为:
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9
分子振动频率习惯以σ表示,由(7–2)式、(7–3)式和(7–5)式得:
红外吸收峰的峰位(σ)取决于键的力常数,以及键两端所连原子的 质量m1和m2,即取决于化合物分子的结构。这是红外光谱用来测 定化合物结构的理论依据。
n≥4在 725~720 处有吸 收。
32
1300 cm-1以下区域的光谱:715 cm-1处的面外弯曲振动吸收,表明 烯烃为顺式构型。
综合以上分析,有双键吸收,无三键及甲基吸收,另一不饱 和≥4在 725~720 处有吸 收。
33
7.3核磁共振谱(NMR)
这样对测定有机化合物结构毫无意义。但实验证明,在相同频 率照射下,化学环境不同的质子在不同的磁场强度处出现吸收峰。
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3.鉴定已知化合物
用被测物的标准试样与被测物在相同条件下测定红外光谱,若 吸收峰位置、强度和形状完全相同,可认为是同一种物质(对映异 构体除外)。若无标准试样而有标准谱图,可查阅标准谱图。
查阅时应注意被测物与标准谱图所用试样的状态、制样方法、 所用仪器的分辨率等是否相同。

第八章有机化合讲义物波谱分析

第八章有机化合讲义物波谱分析

8.2.2 有机化合物基团的特征频率
具有同一类型化学键或官能团的不同化合物,其IR频率总是出现 在一定的波数范围内。将这种能代表某基团,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)。
4000-1400cm-1区域又叫官能团区. 该区域出现的吸 收峰,较为稀疏,容易辨认. 1400-400cm-1区域又叫指纹区. 这一区域主要是: C-C、C-N、C-O 等单键和各种弯曲振动的 吸收峰,其特点是谱带密集、难以辨认。(p299页表8-2)
8.1 分子吸收光谱和分子结构
光是一种电磁波,具有波粒二相性。
波动性:可用波长( )、频率(v )和波数(v )来描述。
按量子力学,其关系为:
v c cv
式中: ν为频率,单位为Hz
c 为光速,其量值= 3×1010cm.s-1
λ_ v
为波长(cm), 也用nm作单位(1nm=10-7cm) 1cm长度中波的数目,单位cm-1
X-H C Y
CY
C-O单键
C-H弯 C-H弯 曲振动 曲振动
力常数 k(N.cm-1)
4.5
9.6
15.6
波数范围 (cm-1) 700~1200
1620~1680
2100~2600
一些常见化学键的力常数如下表所示:
键 型 O H N HC HC HC HCN CC CO CC CO CC
k/ N . c m - 17 . 76 . 45 . 95 . 1 4 . 81 7 . 7 1 5 . 61 2 . 19 . 65 . 44 . 5
C
不对称伸缩振动(vas) (2926 cm-1)
伸缩振动的特征及规律
化学键的伸缩振动是在不停进行的,有三 个显著特点:

第八章有机化合物的波谱分析

第八章有机化合物的波谱分析

1H核的I=1/2,当它围绕自旋轴转动时就产生了磁场,
因质子带正电荷,根据右手定则可确定磁场方向。
氢核在外磁场中的两种取向示意图 ΔE与外磁场感应强度(B0)成正比,如下图及关系式 所示:
图 8-6 质子在外加磁场中两个能级与外磁场的关系
h E B 0 h 2
B 0 (8-4) 2
式中:γ称为磁旋比,是核的特征常数,对1H而言, 其值为2.675×108A·m2·J-1·s-1;h为Plank常量;ν无线电 波的频率。
因为只有吸收频率为ν的电磁波才能产生核磁共振, 故式(8-4)为产生核磁共振的条件。 ⑵核磁共振仪和核磁共振谱
被测样品溶解在CCl4、CDCl3、D2O等不含质子的溶 剂中,样品管在气流的吹拂下悬浮在磁铁之间并不停的旋 转,使样品均匀受到磁场作用。
化学键类型
伸 缩 振 动
-N-H sp C-H sp2 C-H sp3 C-H sp2 C-O sp3 C-O
化学键类型
特征频率/cm-1(化合物类型) 1680~1620(烯烃) 1750~1710(醛、酮) 1725~1700(羧酸) 1850~1800,1790~1740(酸酐) 1815~1770(酰卤) 1750~1730(酯) 1700~1680(酰胺) 1690~1640(亚胺、肟) 1550~1535,1370~1345(硝基化合物) 2200~2100(不对称炔烃) 2280~2240(腈)
低场
高场
外加磁场 B0
因而,质子核磁共振的条件应为:

B实 B 0(1 ) 2 2
(8-6)
对质子化学位移产生主要影响的屏蔽效应有两种: ①核外成键电子的电子云密度对所研究的质子产生的 屏蔽作用,即局部屏蔽效应。 ②分子中其它质子或基团的核外电子对所研究的质子 产生的屏蔽作用,即远程屏蔽效应(磁各向异性效应)。 综上所述,不同化学环境的质子,受到不同程度的屏 蔽效应,因而在核磁共振谱的不同位置出现吸收峰,这种 峰位置上的差异称为化学位移。

第八章有机波谱知识

第八章有机波谱知识

• B. C-H伸缩振动区(3300 - 2700cm-1)

• 不同类型化合物的伸缩振动在本区域的不同位置。 ≡C-H、=C-H、Ar-H的吸收峰均在3000 cm-1以上 区域,其中炔烃的吸收强度大、谱带较窄。
• 芳烃在3030cm-1附近,烯烃的吸收出现在30103040cm-1,末端烯烃的吸收出现在3028cm-1附近。 饱和烃和醛类的吸收波长低于3000cm-1,由此可 区分饱和烃和不饱烃。
• π→π*跃迁是不饱和键中的π电子吸收 能量跃迁到π*反键轨道的跃迁,其所需能 量较要小,吸收峰波长一般为160-180nm, 仍在远紫外光区。
• 但当双键以共轭形式存在时,随共轭体 系增大,吸收波长增长(红移),吸收峰 可出现在近紫外区甚至可见光区。
• 3.有机化合物的紫外吸收光谱
• 烷烃

推导出结构后可通过查阅标准谱库确认。
解析谱图注意事项

(1)对映异构体具有相同的红外光谱,不能用IR
区分。

(2)特征吸收峰不存在时,可以确认基团不存在。
但吸收峰存在并不意味该基团一定存在,可能是杂质干扰。

(3)在一个光谱图中的所有吸收峰并不能全部指
出其归属,因有些峰是其它峰的倍频或组频,另外还有一
层电子则跃迁到高能级上,这种过程所对应的光谱称为吸收
光谱。由于不同的分子内部其电子能级或振动、转动能级是
不同的,而根据量子理论,原子或分子中各种运动状态所对
应的能级是量子化的,即能级的能量变化是不连续的。分子
体系吸收的电磁辐射的能量,总是等于体系的两个允许状态
能级的能量差,因此不同的分子所吸收的电磁辐射的频率是
C 参键和累积双键区(2400-2100cm-1) 本区的谱带较少。主要吸收带有:

有机化学课件-波谱分析

有机化学课件-波谱分析

995~985,915~905(单 取代烯) 980~960(反式二取代烯) 690(顺式二取代烯) 910~890(同碳二取代烯) 840~790(三取代烯)
C H 面外 弯曲振动
660~630(末端炔烃)
烷烃:C—H伸缩振动 2940 cm-1和 2860 cm-1,C—H 面内
弯曲1460(不对称)和1380 cm-1 (对称), -(CH2)n- (n>=4)一般在 720 cm-1处有特征峰(弱)
第八章 有机化合物的波谱分析
1.分子吸收光谱和分子结构 2.红外吸收光谱 3.核磁共振谱
第八章
1.紫外光谱(UV) 2.红外光谱(IR)
有机化合物的波谱分析
3.核磁共振谱(NMR ) 4.质谱(MS)
有机化学中应用最广泛的四大波谱:
一、分子的吸收光谱和分子结构 E= hν= hc/λ ν= c/λ 1/λ=σ E 代表光子的能量,单位为J; h planck 常数 6.63x10-34J•S
TMS:四甲基硅烷
低场
屏蔽效应大,共振信号在高场,
CH3
吸收峰为单峰,化学惰性。
TMS 化学位移定为0 ppm 高场
10
9
8பைடு நூலகம்
7
6
5
4
3
2
1
零 点
-1
-2
-3
TMS
三、核磁共振谱
3. 影响化学位移的因素
(1). 电负性的影响 电负性较大的吸电子基团,使与之相连的碳上的质子周围 电子云密度降低,屏蔽作用弱,共振信号→低场(位移增大)
1
0
一张NMR谱图,通常可以给出四种重要的结构信息:化学位 移、自旋裂分、偶合常数和峰面积(积分线) 峰面积大小与质子数成正比,可由阶梯式积分曲线高度求出。

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应化第八章波谱法
内容提要
§8-1 有机化合物的结构和吸收光谱 §8-2 红外光谱 一、基本原理简介 二、红外光谱在有机物结构鉴定中的应用 §8-3 核磁共振谱 一、基本原理简介 二、1H NMR谱图的组成及表示方法 三、化学位移 四、自旋-自旋偶合和裂分 五、1H NMR图谱解析
2.多原子分子的振动方式 (1)伸缩振动 (ν) 原子沿着键的轴线的伸展 和收缩,振动时键长变化,键角不变。 ①对称振动(νs) ②不对称振动(νas) 例如:—CH2— ③骨架振动(呼吸振动) 环状化合物的 完全对称伸缩振动,例如:苯环。 (2)弯曲振动(变形振动,δ) 原子垂直 于键轴方向的振动,振动时键长不变,键角变 化。
(2)屏蔽效应
1H在磁场中受到的H = H0+H感应=H0 (1-σ) σ>0, H<H0,信号出现在高场;σ<0,H> H0,信号出现在低场。 σ>0, H<H0,此时核外层电子环电流所产 生的感应磁场抵消了H0的部分作用,屏蔽了外 磁场的磁力线。σ称为屏蔽常数。
核外成键电子的电子云密度↑→屏蔽效应↑
C—H(面内)
指纹区 区段 (8)不饱和C—H 面外弯曲 振动区
波数/cm-1 1000650
振动类型
=C—H(面外) C—H(面外)
2.确定官能团的存在及化合物的类别 3.利用标准谱图鉴定有机化合物
例1 烷烃
C—H CH3:2962±10(s)和2872±10(s) CH2:2926±10(s)和2853±10(s) C—H CH3:1470~1430(m,平面摇摆)
2.化学位移的量度 各种核的共振磁场差别范围不大,难以精 确地测出其绝对值。一般以相对数值表示,即 以某一标准物(常以四甲基硅烷作为标准物, 简写为TMS)的峰为原点,测出其它各峰与 原点的相对距离作为化学位移值。但所用仪器 型号不同,其照射频率不同,共振的绝对场强 不同;一种核与标准物的共振位置差与外场成 比例。所以应当用与场强无关的数值来表示化 学位移。此外,测定时应注意所用的标准物和 溶剂。

第八章 波谱分析

第八章 波谱分析

15
1.烷烃的主要吸收峰为:
特征峰
吸收峰位置/cm-1 振动形式
强度
CH
2850~3000
伸缩振动
CH3 CH2
(n≥4) CH2 (n<4)
1370~1380
1450~1470 720~725 734~743
平面摇摆振动

剪式振动

平面摇摆振动 中等强度
分子中存在
CH3
C H
CH3
CH3 C CH3 CH3
14
◆ 2500~2000cm-1:叁键和累积双键区。C≡C、C≡N以及累积双
键如C=C=C、N=C=O的伸缩振动。
◆ 2000~1500cm-1:双键区。C=C、C=N、C=O、C=S、N=
O以及苯基的伸缩振动。
◆ 小于1500 cm-1:单键区。C-C、C-O、C-N等单键的伸缩
振动和O-H、N-H、C-H等的弯曲振动。
的相对振动 ;(3)分子本身绕其重心的转动
分子具有三种不同能级:电子能级、振动能级和转动能级。
三种能级都是量子化的,且各自具有相应的能量。
分子的内能包括:电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er
即: E=Ee+Ev+Er
3
4
当吸收外界光的能量时,分子从某个较低的能级跃迁到较高 的能级。
吸收是有选择性的,只有在光子的能量等于分子运动的两个 能级之差时会发生吸收。
6
第二节 红外吸收光谱(IR) 红外吸收光谱是分子吸收红外光引起振动和转动能级跃迁产
生的吸收信号。
7
一、 红外光谱的基本原理 1. 化学键的振动与频率
当分子吸收红外光时,两个原子将在连接的轴线上作振动,

有机第八章波谱分析

有机第八章波谱分析

8.2.3 有机化合物红外光谱举例和谱图分析
T/%
δ (CH2)5
图8.3 正辛烷的红外光谱图
T/%
图8.4 2–甲基庚烷的红外光谱图 甲基庚烷的红外光谱图
测定未知化合物: 测定未知化合物: 1.准备性工作: 1.准备性工作: 准备性工作 了解试样的来源、纯度、熔点、沸点等; 了解试样的来源、纯度、熔点、沸点等; 经元素分析确定实验式 确定实验式; 经元素分析确定实验式; 有条件时可有MS谱测定相对分子量,确定分子式; 谱测定相对分子量,确定分子式; 有条件时可有 谱测定相对分子量 根据分子式计算不饱和度,其经验公式为: 根据分子式计算不饱和度,其经验公式为: 计算不饱和度 = 1 + n4 + 1 / 2(n3 – n1) ( 式中: 代表不饱和度; 式中:Ω—代表不饱和度;n1、n3、n4分别代表分 代表不饱和度 子中一价、三价和四价原子的数目。 子中一价、三价和四价原子的数目。 双键和饱和环状结构的 双键和饱和环状结构的Ω为1、三键为2、苯环为4。 、三键为 、苯环为 。 2.按鉴定已知化合物的程序解析谱图。 2.按鉴定已知化合物的程序解析谱图。 按鉴定已知化合物的程序解析谱图
对称伸缩振动 (νs)
反对称伸缩振动(ν 反对称伸缩振动 as)
剪切振动 (δs)
面内弯曲振动
摇摆振动 (ρ)
摇摆振动 (ω )
面外弯曲振动
卷曲振动 (τ)
• 同一类型化学键,由于环境不同,力常数 同一类型化学键,由于环境不同, 并不完全相同,因此,吸收峰的位置不同。 并不完全相同,因此,吸收峰的位置不同。 • 只有引起分子偶极矩发生变化的振动才会 出现红外吸收峰。 出现红外吸收峰。
综合上述分析,该化合物结构应该是: 综合上述分析,该化合物结构应该是: 分析完毕) CH3CH2CH2CH2CH=CH2 (分析完毕)
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8.3.4 NMR谱图举例 8.3.5 13C 核磁共振谱简介 8.4 紫外吸收光谱 8.4.1 紫外光与紫外吸收光谱 8.4.2 电子跃迁类型 8.4.3 紫外谱图解析 8.5 质谱 8.5.1 质谱的基本原理 8.5.2 质谱解析
表8.1 测定有机化合物结构的主要波谱方法
波谱方法
代号 提供的信息
图8.4 2–甲基庚烷的红外光谱图
T/%
图8.5 2,2–二甲基己烷的红外光谱图
CH CH CH
CO
3200~3600 2500~3600 3350~3500
3310~3320 3000~3100 2850~2950
1025~1200
CC CO 醛和酮 羧酸 酸酐
酰卤 酯 酰胺
1620~1680
1710~1750 1700~1725 1800~1850 和 1740~1790 1770~1815 1730~1750 1680~1700
6.63 × 10-34 J• s
电磁波谱与波谱分析方法
电磁波谱区域与类型:
γ X远
射 线
射紫
线
外 线
紫 外 线
可 见 光
近 红 外 线
中 红 外 线
远 红 外 线
微 波
无 线 电 磁 波
0.1nm 10nm 200nm 400nm 800 nm 2.5μm 25μm
100cm 1m
500μm
分子结构与吸收光谱的关系:
λ 2.5 ~ 25 μm 区域 σ 4000 ~ 400 cm-1
σ -波数
吸收峰的强度
吸收峰的位置
图8.2 1–己烯红外光谱图
8.2.1 分子的振动和红外光谱
(1) 振动方程式
分子中成键的两个原子的简谐振动:
Hooke定律:
√ ν=
1 2π
k(
1 m1
+
1 m2
)
m1,m2为成键原子的质量(g); K为化学键的力常数(N·cm-1)(牛[顿]·厘米-1)
第八章 有机化合物的波谱分析
8.1 分子吸收光谱和分子结构 8.2 红外吸收光谱 8.2.1 分子的振动和红外光谱 (1)振动方程式 (2) 分子振动模式 8.2.2 有机化合物基团的特征频率 8.2.3 有机化合物红外光谱举例 (1)烷烃 (2) 烯烃 (3) 炔烃 (4) 芳烃
8.3 核磁共振谱 8.3.1 核磁共振的产生 (1) 原子核的自旋与核磁共振 (2) 核磁共振仪和核磁共振谱图 8.3.2 化学位移 (1) 化学位移的产生 (2) 化学位移的表示方法 (3) 影响化学位移的因素 8.3.3 自旋偶合与自旋裂分 (1)自旋偶合的产生 (2) 偶合常数 (3) 化学等同核和磁等同核 (4) 一级谱图和n+1规律
UV
MS
1. 碳骨架 2. 与碳原子相连的氢
原子的化学环境 主要的官能团 分子中π电子体系 1. 相对分子质量 2. 分子式 3. 分子中结构单元
8.1 分子吸收光谱和分子结构
电磁波的性质:(一个光子的能量) E= hν = hc /λ
h- 普朗克(Planck)常量: ν- 频率( Hz), ν= c ·σ λ- 波长 (nm) c―光速: 3 × 108 (m·s-1) σ-波数(cm-1)
例如:羰基的特征频率为1850~1600 cm-1
特征频率: 最大吸收对应的频率
影响化学键振动频率的因素:
• 键合原子质量的影响:键合原子质量越小, 其化学键的振动频率越高。
基团
烷基 羟基 氨基
化学键 C―H O―H N―H
频率范围/cm-1
2850~2950 3200~3600 3350~3500
核磁共振波谱
(nuclear magnetic
resonance spectroscopy)
红外光谱 (infrared spectroscopy) 紫外可见光谱 (ultraviolet-visible spectroscopy)
质谱 (mass spectrometry)
NMR 吸收 光谱 IR
它们比C―C、C―N、 C―O键的振动频率高。
• 化学键的相对刚性影响
化学键刚性越强,其振动频率越高
化学键
CC CN CC CO
频率范围/cm-1
2100~2200 2240~2280 1620~1680 1630~1780
样品的处理:
纯样品:纯液体夹在两个NaCl 晶体片之间。 固体:与KBr混合后,压成薄片。 溶液:配制成CCl4或氯仿的溶液。
•键的振动频率与力常数(与化学键强度有关) 成正比,而与成键的原子质量成反比。
• 同一类型化学键,由于环境不同,力常数 并不相同,因此,吸收峰的位置不同
• 引起分子偶极矩发生变化的振动才会出现
红外吸收峰。
RCCR
R
H
CC
HR
无红外吸收峰
化学键极性越强,振动时偶极矩变化越大, 吸收峰越强。
(2) 分子振动模式
红外光谱的区域划分: 4000~1500 cm-1 伸缩振动吸收
官能团的特征吸收(官能团区)
1500~400 cm-1 伸缩振动与弯曲振动吸收
化合物的特征吸收(指纹区)
表8.2 常见有机化合物基团的特征频率
化学键类型
频率 化学键类型
cm-1
频率 cm-1
伸缩振动
单键
双键
O H(醇、酚) O H(羧酸) NH三键 NhomakorabeaCC
2100~2200
CN
2240~2280
8.2.3 有机化合物红外光谱举例
(1) 烷烃
CH
2960 ~ 2850 cm-1 伸缩振动
C H (-CH2―) 1467 cm-1 C H (-CH3) 1380 cm-1
异丙基或叔丁基: 双峰
面内弯曲振动
T /%
图8.3 正辛烷的红外光谱图
T/%
化学键的振动方式
伸缩振动 弯曲振动
对称伸缩振动 (νs) 反对称伸缩振动(νas)
摇摆振动 (ω ) 面外弯曲振动 卷曲振动 (τ) 摇摆振动 (ρ) 面内弯曲振动 剪切振动 (δs)
8.2.2 有机化合物基团的特征频率
由化学键或基团 特征的振动,在特定的位置 出现吸收峰 ——基团的特征吸收峰(特征峰)
E2
h ν = ΔE = E2 -E1
ΔE
红外光能量
ΔE
电子能级:UV
振动能级:IR
E1
原子核自旋能级:NMR
振动能级跃迁
有机化合物
红外光谱
分子发生振动能级跃迁时,也伴随着转动能级的跃迁。
分子吸收光谱:
I0
I/I0(%) I
光源
样品池
图 8.1 分子吸收光谱示意图
8.2 红外吸收光谱
红外光谱的功能:鉴别分子中的某些官能团 红外光谱对应的电磁波辐射:
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