有机化学 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
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基本要求：1、掌握核磁共振氢谱1HNMR的化学位移、⾃旋偶合、⾃旋裂分与分⼦结构的⼀般规律。
掌握各种质⼦的化学位移δ，并能利⽤δ值、峰裂分的数⽬和形状、峰⾯积⽐等⼀级谱图的规律推断简单有机物分⼦的结构。
了解13C谱。
2、了解红外光区吸收分⼦的结构特征，掌握⼀些特征官能团及苯环的特征吸收频率，并能根据谱图的吸收峰位置、强度和形状鉴别简单有机物分⼦。
3、了解在4～400 nm紫外光区，价电⼦在分⼦轨道中跃迁的三种类型，掌握紫外光谱与共轭分⼦结构关系的⼀般规律。
4、了解质谱的基本原理，母离⼦峰与分⼦量的关系。
Contents8.1红外光谱⼀、基本原理⼆、有机基团的特征吸收频率及其影响因素三、各类有机物的红外吸收频率8.2 核磁共振氢谱⼀、基本原理⼆、化学位移三、⾃旋偶合和⾃旋裂分四、特征质⼦的化学位移与谱图解析五、碳谱（13C－NMR）简介8.3 紫外光谱8.4 质谱简介8.5 谱图综合解析有机化学是⽤结构式来描述的⼀门学科。
有机化合物、有机反应、反应机理、合成⽅法等都能⽤结构式来描述，从结构式可以推断出该化合物的性质。
化合物的结构式最早是⽤化学法测定。
⽤化学法测定化合物的结构往往是⼗分繁琐复杂的⼯作，⽽且在化学变化中往往会发⽣意想不到的变化，从⽽给结构的测定带来困难。
如吗啡（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，⽽所得结果经X－射线衍射发现还有某些错误。
测定有机物结构的波谱法，是20世纪五、六⼗年代发展起来的现代物理实验⽅法。
波谱法的应⽤使有机物结构测定、纯度分析等既快速准确，⼜⽤量极少，⼀般只需1～100 mg，甚⾄10-9g 也能给出化合物的结构信息。
应⽤波谱法可弥补化学⽅法之不⾜。
现在，化学⽅法基本上被物理实验⽅法所取代，现代的教科书、⽂献、论⽂中化合物的结构均以波谱数据为依据，正如熔点、沸点、折光率等作为每个化合物的重要物理常数⼀样的普遍，⽽且更加重要。
基础有机化学-第八章 有机化合物的波谱分析
表 8.4 取代苯的C―H面外弯曲振动特征吸收
化合物
吸收位置/cm-1
一取代 邻位二取代
间位二取代
对位二取代
730~770 和 690~710
735~770 750~810 和 680~730
790~840
T /%
图lear magnetic resonance spectroscopy]
射 线
X 射 线
远
紫
紫 外
外
线
线
可
近中
远
微
线电 磁波
见 光
红红 外外 线线
红 外波 线
-0.01 0.01-0.1 10-200 200-400 400-800 -2.5 2.5-25 300-500 100 0.1nm nm nm nm nm μm μm μm mm 1000m
激发 能级
内层电子 σ电子 n电子和π电子
极性官能团一般都在高频区有较强的红外吸收特征峰。
8.2.2 有机化合物基团的特征频率 相同的基团或价键在特定的位置区域出
现相同的吸收峰 ——基团的特征吸收峰(特 征峰)。
影响化学键振动频率的因素：
▲ 成键原子质量越小，其化学键的振动频率 越高。
化学键
C―Ｈ O―H N―H
伸缩振动频率范围/cm-1
低场
高场
B实 = B0 ＋ B感应
由于去屏蔽效应(顺磁屏 蔽效应)，减小磁场强度 就能使质子,共振吸收。
外加磁场 B0
氢周围电子密度越大，屏蔽效应越大，就只有增加磁场强度才 能使氢质子发生共振吸收。所以：
电子密度越高的质子，就越在(右边)高场出现吸收峰。 (去屏 蔽效应效应的相反)
影响化学位移因素有：
有机化合物波谱分析
有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析是一种重要的手段，可用于确定有机物的分子结构和功能基团。
其中，核磁共振波谱（NMR）和红外光谱（IR）是两种常用的波谱技术。
本文将重点介绍这两种波谱分析技术的基本原理、应用和解读方法。
核磁共振波谱（NMR）是一种基于核自旋的波谱分析方法。
它通过测量核自旋与外加磁场相互作用导致的能量变化来获得信息。
核磁共振波谱图通常由若干个特征峰组成，每个峰对应于一种不同类型的核。
峰的位置称为化学位移，可以通过参考物质（如四氯化硅）来标定。
峰的形状和强度可以提供有关分子结构和相互作用的信息。
核磁共振波谱提供了关于有机分子的碳氢骨架以及官能团、取代基等信息，因此在有机化学和药物化学领域有广泛应用。
红外光谱（IR）是一种基于分子振动的波谱分析方法。
它通过测量物质吸收红外辐射的能量来获得信息。
由于不同分子具有不同的振动模式和结构，它们吸收红外辐射的方式也不同。
红外光谱图通常由一系列特征峰组成，峰的位置称为波数，可以用来标识不同的官能团和化学键。
峰的强度和形状可以提供关于分子的结构和取向的信息。
红外光谱在有机化学、聚合物化学和无机化学等领域都有广泛的应用。
在进行有机化合物波谱分析时，需要先对样品进行样品制备。
核磁共振波谱通常需要溶解样品，然后将溶液转移到核磁共振管中进行测量。
红外光谱则可以对固体、液体和气体样品进行测量，通常需要将样品制备成固体片或涂在透明载体上。
波谱仪器通常会提供相应的样品制备方法和参数设置。
在分析核磁共振波谱和红外光谱时，需要注意以下几个方面。
首先，对于核磁共振波谱，要正确解读峰的化学位移。
化学位移受到许多因素的影响，如官能团、电子效应、取代基等。
因此，需要结合文献和经验来确定不同类型核的化学位移范围。
其次，对于红外光谱，要正确解读峰的波数。
不同的官能团和化学键都有特定的波数范围，可以用来确定它们的存在。
最后，对于波谱图的解读，需要综合考虑各种信息，如位置、形状、强度和相对强度等。
(波普解析)有机化合物波谱解析
30
第二节 紫外光谱的基本知识 一、 分子轨道
分子轨道是由组成分子的原子轨道相互作用形成的。 分子成键轨道; 分子反键轨道
33
34
分子轨道的种类
(1) 原子A和B的s轨道相互作用，形成的分子轨道
(2)原子A和B的p轨道相互作用形成的分子轨道
35
(3)原子A的s轨道和原子B的p轨道相互作用形成的分子轨道
• 吸收光谱特征： 吸收峰→λmax 吸收谷→λmin 肩峰→λsh 末端吸收
43
（2）数据表示法
例如λ 溶m剂a2x 37nm(ε104) 或λ 2溶m3剂a7xnm(lgε4.0)
常用术语
生色团（发色团）：分子结构中含有π电子的基团 产生π→ π* 跃迁和（或）n→ π*跃迁 跃迁，E较低
例： C＝C；C＝O；C＝N；—N＝N— ； —NO2
物质对电磁辐射的吸收性质常用吸收曲线来描述，即考察 物质对不同波长的单色光吸收的情况。
溶液对单色光的吸收程度遵守Lambert-Beer 定律。
A = acl
A 为吸光度(光密度), a为吸光系数, l 为吸收池厚度, c 为溶液的浓度。
29
•若溶液的浓度以mol L-1为单位时， Lambert-Beer 定律的吸 收系数(a) 表示，单位为L mol-1 cm-1，即摩尔吸光系数。 •对于相对分子质量未知的物质，常采用质量百分比浓度 (g/100ml)，相应的系数称为百分吸收系数，以E1%1cm表示。 •以摩尔吸收系数 用得最普遍。
三甲基胺n →σ*跃迁的λ分别为173nm、183nm和227nm。
39
第二节 紫外光谱的基本知识
二、 电子跃迁类型
第八章 有机化合物的波谱分析
X电负性
δ
1.8
0
2.1
0.23
2.5
2.16
2.8
2.68
3,1
3.05
3.5
3.40
4.0
4.26
B、磁各向异性效应：构成化学键的电子，在外加磁场作用下，产生 一个各向异性的磁场，使处于化学键不同空间位置上的质子受到不同的屏 蔽作用，即磁各向异性。处于屏蔽区域的质子的δ向高场，处于去屏蔽区 域的质子的δ移向低场。
8.2.2 有机化合物的特征振动频率
红外光谱特征吸收见299页表8-2
IR吸收曲线复杂，IR图划分为两大区域： ①官能团区(3800～1500 cm-1)，都是官能团的特征吸收峰； ②指纹区(1500～650 cm-1)，位置、强度、形状不同。
2.5
----------------------
20m
(2) 偶合常数： 自旋裂分所产生的谱线的间距称为偶合常数，一般用J表示，单 位为Hz。根据相互偶合质子间相隔键数的多少，可将偶合作用分为 同碳偶合(2J)、邻碳偶合(3J)和远程偶合。偶合常数的大小表示了偶 合作用的强弱。N、O、S等电负性大的原子上的质子不参与偶合。 (3) 核的化学全同(等价)、磁全同(等价)： 在NMR谱中，化学环境相同的核具有相同的化学位移，这种化 学位移相同的核称为化学全同核(等价核)。例如，氯乙烷分子。分 子中的一组核，若不但化学位移全同，且对组外任一核的偶合常数 也都相同，则这组核称为磁全同核(等价核)。如CH2F2中的两个质 子为磁全同，因为它们不但化学位移相等，且两个质子对每个F的 偶合常数相等。 (4) 一级谱和n+1规律： 当两组(或几组)质子的化学位移差Δ ν 与其偶合常数之比至少 大于6时，相互之间干扰作用较弱，呈现一级谱图。 一级谱图有如下特征：①峰的裂分符合n+ 1规律，n为相邻碳原 子上磁全同氢核的数目；②各峰强度比符合二项式展开系数之比； ③组峰中心处为该组质子的化学位移；④各裂分峰等距，裂距即为 偶合常数J。
8有机化合物的波谱分析
积分曲线示意图
故核磁共振谱不仅揭示了H原子的种类，而且揭 示了不同H原子的数目。
三、峰的裂分和自旋偶合
1．峰的裂分
应用高分辨率的核磁共振仪时，得到等ห้องสมุดไป่ตู้质子的
吸收峰不是一个单峰而是一组峰。这种使吸收峰分裂
增多的现象称为峰的裂分。
例如：乙醚的裂分图示如下。
CH 3 CH 2 TMS TMS CH 3
CH 2
指纹区
在红外光谱上波数在1400~650cm-1低区域吸收峰
密集而复杂，像人的指纹一样，所以叫指纹区。在
指纹区内，吸收峰位置和强度不很特征，很多峰无
法解释。但分子结构的微小差异却都能在指纹区得
到反映。因此，在确认有机化合物时用处也很大。
如果两个化合物有相同的光谱，即指纹区也相
同，则它们是同一化合物。
2.电子跃迁的类型
在有机化合物中，电子跃迁有三种类型：σ电子、 π电子和未成键的n电子。电子跃迁类型、吸收能量 波长范围、与有机物关系如下：
跃迁类型 σ n π π σ* σ* （孤立） π*
（共轭） π* * π
吸收能量的波长范围 ~150nm 低于 200nm 低于 200nm 200~400nm 200~400nm 烷烃
第三节 红外光谱 ( I R )
在有机化合物的结构鉴定与研究工作中，红外光谱 是一种重要手段，用它可以确证两个化合物是否相 同，也可以确定一个新化合物中某一特殊键或官能 团是否存。 一、红外光谱图的表示方法 红外光谱图一般用波数为横坐标，以表示吸收带 的位置，用透射百分率（T%）为纵坐标表示吸收强 度。
一、化学位移与氢原子的化学环境
氢质子（1H）用扫场（固定磁场频率，改变磁场强度） 的方法产生的核磁共振。分子中各种不同环境下的氢，在不 同Ho下发生核磁共振，给出不同的吸收信号。 例如，对乙醇进行扫场则出现三种吸收信号，在谱图上就 是三个吸收峰。
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。
有机化学波谱分析
质谱的解析方法
谱图解析
01
根据质谱峰的位置和强度，确定有机分子的分子量和结构信息。
同位素峰分析
02
利用同位素峰的强度比推断有机分子的元素组成。
裂解模式分析
03
研究有机分子在质谱仪中的裂解行为，推断有机分子的结构特
征。
质谱在有机化学中的应用
有机分子鉴定
通过比较标准谱图和实验谱图，确定有机分子的 化学结构。
通过自动化和智能化的技术手段，实 现波谱分析与其他分析方法的快速、 高效联用，提高分析效率，减少人为 误差。
波谱分析在有机化学中的新应用
新材料表征
随着新材料研究的不断深入，波谱分析在新型有机材料如高 分子聚合物、纳米材料等的表征中发挥越来越重要的作用。
生物大分子研究
利用波谱分析技术，研究生物大分子如蛋白质、核酸等的结 构和功能，有助于深入了解生物体系的复杂性和相互作用的 机制。
通过有机化学波谱分析，可以确定有机化合物的分子量、官能团、化学键等结构信息，有助于深入了解 有机化合物的性质和反应机理。
有机化学波谱分析还可以用于有机化合物的定性和定量分析，为有机化合物的合成、分离、纯化等提供 有力支持。
有机化学波谱分析的发展趋势
随着科技的不断进步，有机化学波谱分析技术也在不 断发展，新的技术和方法不断涌现。
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高灵敏度检测
利用新型的信号处理技术和高精度的 检测设备，提高波谱分析的灵敏度和 分辨率，有助于更准确地鉴定有机化 合物的结构和性质。
波谱分析与其他分析方法的联用
联用技术
将波谱分析与其他分析方法如色谱、 质谱、核磁共振等联用，可以实现更 全面、准确的分析，提高复杂有机混 合物的分离和鉴定能力。
第八章 有机化合物的波谱分析_2
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 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授课对象：应用化学、制药工程、化学反应工程与工艺、药学学时安排：6h 教材：《有机化学》（第四版）高鸿宾主编2005 年 5 月一、教学目的与要求 1、了解分子的振动与转动能级跃与红外吸的关系， 2、掌握红外吸收峰的位置和强度与分子结构的关系。
3、熟悉各类有机物的特征吸收频率大致范围，解析红外光谱图的一般步骤。
4、核磁共振谱产生的基本原理，核的自旋和共振与 NMR。
掌握屏蔽效应和化学位移，影响化学位移的因素，峰面积与质子数的关系，自旋偶合裂分的一般1HNMR 谱的解析(寻找信号的位置、数目、强度及裂分状态) 。
规律；5、初步了解紫外光谱、质谱、核磁共振碳谱产生的基本原理及应用； 6、掌握红外光谱、核磁共振谱在鉴定有机化合物分子结构中的作用。
二、教学重点 1、屏蔽效应和化学位移，影响化学位移的因素，自旋偶合裂分的一般规律； 2、红外光谱、核磁共振谱分析（谱图剖析）。
三、教学难点 1、屏蔽效应和化学位移，影响化学位移的因1/ 23素，自旋偶合裂分的一般规律。
2、红外光谱和核磁共振谱图的剖析。
3．质谱的产生原理。
四、教学方法讲授法。
为突出重点，突破难点，应注意如下几点：1、通过复习物理学已学过的波的性质，引出四大波谱。
并举例说明其在有机化合物分析中的应用。
2、尽量结合实际波谱谱图来分析有机化合物的结构，多做多练。
六、教学过程及时间分配引言：研究有机化合物，不论是从天然产物中提取的还是化学方法合成的，都要测定它们的分子结构。
如果对某一有机化合物的结构还不太了解，则对其性质和作用的研究是很难深入的，更不用说合成和改进它了，因此，确定有机化合物的结构很自然地变成了研究有机化学的首要任务。
有机化合物波谱分析
化学键伸缩振动频率只与化学键有关，是化学键的一个特征常数；
化学键的伸缩振动是在不停进行的，有三个显著特点：
伸缩振动能是量子化的，不连续的，因此就形成了 不同的能级。
单击此处添加大标题内容
伸缩振动的能级差 ，相当于红外光的能量 因此，用红外光照射有机样品时，化学键就会吸收一份能 量，实现振动能级的要跃迁。即： ν＝ν。 即意味着：化学键以多大的频率振动就吸收多大频率的光， 在此频率处就形成一个吸收峰（表现为吸收带）。
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)
1000 700 500 Y Y O单键 H面内弯曲振动 H弯曲振动
8.1 分子吸收光谱和分子结构
微粒性：可用光量子的能量来描述：
按量子力学，其关系为：
1
与E，v 成反比，即 ↓，v↑(每秒的振动次数↑)，E↑。
3
2
在分子光谱中，根据电磁波的波长 ()划分为几个不同的区域，如下图所示：
上式表明：分子吸收电磁波，从低能级跃迁到高能级，其吸收光的频率与吸收能量的关系。
注意：
只有偶极矩(μ)发生变化的，才能有红外吸收。 如：H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动 也不能引起红外吸收。 化学键极性越强,振动时偶极矩变化越大,吸收峰越强.
分子的振动方式
1
伸缩振动：
2
伸缩振动的特征及规律
吸收峰
有机波谱分析要点例题和知识点总结
有机波谱分析要点例题和知识点总结一、有机波谱分析简介有机波谱分析是有机化学中非常重要的分析手段，它能够帮助我们确定有机化合物的结构。
常见的有机波谱分析方法包括红外光谱（IR）、紫外可见光谱（UVVis）、核磁共振谱（NMR，包括氢谱 1H NMR 和碳谱 13C NMR）以及质谱（MS）。
二、红外光谱（IR）（一）原理分子中的化学键在不同频率的红外光照射下会发生振动和转动，从而产生吸收峰。
不同的官能团具有特定的吸收频率范围。
（二）要点1、官能团的特征吸收峰例如，羰基（C=O）在 1700 1750 cm⁻¹有强吸收峰；羟基（OH）在 3200 3600 cm⁻¹有宽而强的吸收峰。
2、影响吸收峰位置的因素包括诱导效应、共轭效应、氢键等。
（三）例题例 1：某化合物的红外光谱在 1720 cm⁻¹处有强吸收峰，可能含有什么官能团？答：可能含有羰基（C=O）。
三、紫外可见光谱（UVVis）（一）原理基于分子中的电子在不同能级之间跃迁产生吸收。
（二）要点1、生色团和助色团生色团如羰基、双键等能产生紫外吸收；助色团如羟基、氨基等能增强生色团的吸收。
2、影响吸收波长的因素包括共轭体系的大小、取代基的种类等。
（三）例题例 2：某化合物在 250 nm 处有强吸收，可能的结构是什么？答：可能具有共轭双键结构。
四、核磁共振谱（NMR）（一）氢谱（1H NMR）1、原理氢原子核在磁场中的自旋能级跃迁产生信号。
2、化学位移不同环境的氢原子具有不同的化学位移值。
例如，甲基上的氢通常在 08 12 ppm 处出峰。
3、峰的裂分相邻氢原子的个数会导致峰的裂分，遵循 n ＋ 1 规律。
例题 3：一个化合物的氢谱在 12 ppm 处有一个三重峰，在 36 ppm 处有一个单峰，可能的结构是什么？答：可能是 CH₃CH₂OH。
（二）碳谱（13C NMR）1、化学位移不同类型的碳原子具有不同的化学位移范围。
有机化学波谱分析知识要点
有机化学波谱分析知识要点一、红外光谱分析（IR Spectroscopy）红外光谱是利用物质对红外辐射的吸收、散射和透射特性进行分析的方法。
它可以提供关于有机化合物中的官能团、键的类型和官能团的有关信息。
IR光谱仪通常以波数（单位为cm-1）来表示光谱的X轴。
1. 标定标样：红外光谱的波数标定通常以空气中的CO2吸收峰为基准，波数为2349 cm-12.关键峰值：红外光谱中有一些常见的峰值对应着特定的官能团或基团，如OH伸缩振动、C=O伸缩振动等。
3. 官能团特征波数：红外光谱可以通过分析官能团的特征波数，如羧酸（1700-1720 cm-1）、酯（1735-1745 cm-1）等。
二、核磁共振波谱分析（NMR Spectroscopy）核磁共振波谱是通过分析核自旋在外加磁场中的共振吸收来获得有机化合物结构信息的方法。
常见的核磁共振波谱有质子核磁共振（1HNMR）和碳-13核磁共振（13CNMR）。
1.核磁共振吸收峰：核磁共振谱图中出现的各个峰对应着不同核成分的共振吸收。
2.位移：核磁共振谱图中每个峰的信号在横轴上的位置（化学位移）可以提供有关它们所对应原子的环境和化学环境的信息。
3.耦合：在核磁共振谱图中，出现在特定峰附近的小峰是由于核自旋耦合引起的。
耦合的模式和数量可以提供关于分子中不同核之间的相互关系。
三、质谱分析（Mass Spectrometry）质谱分析是通过将有机化合物中的分子离子化，并在电磁场作用下测量其质量/电荷比，从而确定分子的质谱图（mass spectrum）。
质谱技术可提供有机化合物的分子式和分子结构信息。
1.分子离子峰（M+）：质谱图中最高峰对应分子的分子离子峰。
它的质荷比等于分子质量除以电子的质量。
2.碎片离子峰：质谱图中其他峰位来自分子断裂后的离子。
通过分析这些峰可推断出有机化合物的结构。
3.分子离子峰和碎片离子峰之间的相对丰度：通过分析质谱图中分子离子峰和碎片离子峰之间的相对丰度的比例，可以推断出有机化合物中不同官能团的相对含量。
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。
Chapter 08 有机化合物的波谱分析
VN-H 3500~3035 VC=O 1690~1620cm-1
g. 酰卤 脂肪族酰卤 芳香族酰卤
N-H 1620~1590(伯) 1550~1510(仲)
VC=O 1800cm-1 VC=O 1785~1765cm-1
7） 醚类
VC-O-C 1275~1020cm-1
8）胺类
一级胺 VN-H 3490~3400
8.2.1 概况
1945年以F.Bloch和E.M.Purcell为首的两个小组几乎同 时发现了核磁共振（nuclear magnetic resonance）现象。他 们两人获得1952年诺贝尔物理学奖。 今天核磁共振已成为鉴定有机化合物结构及研究化学动 力学等的极为重要的方法，并在多种相关的工业部门得到广 泛的应用。
高鸿宾《有机化学》(第4版)课后习题-有机化合物的波谱分析 (圣才出品)
为环氧乙烷。A 的结构为：
，B 的结构为：
。
2．用红外光谱鉴别下列化合物：
解：（1）A．C—H 伸缩振动
：低于 3000cm－1；
无双键的伸缩振动 及双键的面外弯曲振动 吸收。
B．C—H 伸缩振动
：3010cm－1、～2980cm－1 均有峰；
双键伸缩振动
：～1640cm－1；
双键面外弯曲振动
：～990cm－1，910cm－1。
么峰？而 m/z＝143 的峰的相对强度为 m/z＝142 的 1.1%，怎么解释？
解：m/z＝142 为
产生的峰，叫分子离子峰；
m/z＝143 为
产生的峰，叫分子离子的同位素峰；
m/z＝143 的峰的相对强度为 m/z＝142 的 1.1%是由于 同位素的天然丰度为
的～1.1%。
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第 8 章 有机化合物的波谱分析
1．分子式为
的化合物（A）和（B），（A）的紫外光谱在
吸收；而 B 在 210 以上无吸收峰。试推断两种化合物的结构。
处有弱
解：（A）在 290nm 有弱吸收，说明（A）应该为羰基化合物。所以（A）为乙醛，B
，其
谱如图 8-3 所示，试推断该化合物的结构。
解：该化合物为 1，3-二溴丁烷，
图 8-3
图 8-4
6．下列化合物的
谱中都只有一个单峰，写出它们子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
7．在碘甲烷的质谱中，m/z＝142 和 m/z＝143 两个峰是什么离子产生的峰？各叫什
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(2) 分子振动模式
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 分子中的化学键或基团产生特征的振动，
会在特定的位置出现吸收峰 ——基团的特 征吸收峰(特征峰) 特征频率: 最大吸收对应的频率 例如：羰基的特征频率为1850～1600 cm-1
NMR谱图给出的结构信息: 化学位移、自旋裂分、偶合常数和峰面积 (积分线)
图8.13 乙醇的1H–NMR谱和它的三种不同质子积分曲线
8.3.2 化学位移
(1) 化学位移的产生 化学位移是由于屏蔽与去屏蔽效应
引起的质子的吸收信号的位移。 质子的屏蔽与去屏蔽效应：
外加磁场
B0
+
σ键电子环流
诱导磁场 C H
质子
感应磁场的方向与外加磁场的方向相反时：
B实 = B0 – B感应＝ B0 – σ B0＝ B0 (1 –σ)
低场 高场
σ―屏蔽常数
屏蔽效应(抗磁屏蔽效应)
增加磁感应强度, 产生NMR。
外加磁场 B0
感应磁场的方向与 外加磁场的方向相同时：
低场 高场
B实 = B 0 ＋ B感应
去屏蔽效应(顺磁屏蔽效 应)
化学键
CC CN CC CO
频210率0~范22围00/cm-1 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。 溶红液外：光配谱制的成区C域C划l4或分氯：仿的溶液。
4000~1500 cm-1 伸缩振动吸收 官能团区(特征频率区)
影响化学键振动频率的因素： • 键合原子的质量 键合原子质量越小，其化学键的振动 频率越高。
基团 化学键
频率范围/cm-1
烷基 C―Ｈ
2850~2950
羟基 O―H
3200~3600
氨基 N―H
3350~3500
它们比C―C、C―N、 C―O键的振动频率高。
• 化学键的相对刚性
化学键刚性越强，其振动频率越高
分子发生振动能级跃迁时，也伴随着转动 能级的跃迁。
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
+
m1 2)
式中：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)
R2C CH2 890
顺–RCH CHR' 665~730
反–RCH CHR' 960~980
R2C CHR' 790~840
T/%
图 8.6 1–己烯的红外光谱图
T/%
图 8.7 (Z)–3–己烯的红外光谱图
T/%
图 8.8 (E)–2–己烯的红外光谱图
(3) 炔烃
末端炔烃≡C－H 不对称炔烃C≡C
E2 电νh子能= Δ级E：= EU2V－E1
ΔE 吸收光谱
ΔE
振原动子能 核级自：旋能IR级：NMR分子结构
E1
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 电磁波光谱 电磁波辐射:
λ 2.5~25 μm σ 4000~400 cm-1 区域
σ －波数 化合物吸收了红外光的能量，使得分子 振动能级发生跃迁，由此产生红外光谱。
•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 并不完全相同，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。
RC C R
R
H
CC
H
R
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。
伸缩振动 化学键的振动方式
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
CN
2240~2280
8.2.3 有机化合物红外光谱举例
(1) 烷烃
伸缩振动
CH
2960 ~ 2850 cm-1
C H (－CH2―)
面内弯曲振动
1467 cm-1
C H (－CH3)
1380 cm-1
异丙基或叔丁基: 双峰
T /%
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
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
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： E= hν = hc /λ h－ 普朗克(Planck)常量: 6.63 × 10-34 J• s ν－ 频率( Hz), ν= c ·σ λ－ 波长 (nm) c―光速: 3 × 108 (m·s-1) σ－波数(cm-1) 分子吸收光谱：
官能团的特征吸收
1500~400 cm-1
伸缩振动与弯曲振动吸收 指纹区
化合物的特征吸收
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
CH CH CH
CO
3200~3600 2500~3600 3350~3500
T/%
图8.5 2,2–二甲基己烷的红外光谱图
(2) 烯烃
伸缩振动
＝C－H： 3100 ~ 3010 cm-1(中) 不对称烯烃C＝C： 1680 ~ 1620 cm-1(中)
面外弯曲振动 ＝C－H： 1000 ~ 650 cm-1
表8.3 各类型烯烃面外弯曲振动特征吸收(cm-1) RCH CH2 910, 990
外加磁场 B0
减小磁感应强度，产生NMR。
质子核磁共振的条件应为：
ν=
γ 2π
B实
=
γ 2π
B
0(1
-σ)
由核外成键电子的电子云密度引起的
屏蔽效应—局部屏蔽效应 ；
由分子中其它质子或基团的核外电子
引起的屏蔽效应—远程屏蔽效应 (磁各向异性效应)。
化学位移： 不同化学环境的核，受到不同程度的
屏蔽效应，其共振吸收的位置出现在不同
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
10~13 RCOOH
H C O Ar－H
0.5~5.5 ROH
0.4~3.5
NH
O
2.1 CH3C
3.7 CH3O－ 1.8 CH3C = C
H CC
4.5~6.5
CH3 N
3.0
H C CR
2~3
1.5 R3CH
1.25 R2CH2 0.9
CH3R
10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0
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
三键
CC
2100~2200
表 8.4 取代苯的C―H面外弯曲振动特征吸收
化合物
一取代 邻位二取代 间位二取代 对位二取代
吸收位置/cm-1
730~770 和 690~710
735~770 750~810 和 680~730
790~840
T/%
图 8.10 甲苯的红外光谱图
8.3 核磁共振谱
[nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR)]
C
方向相反，质子处于屏蔽
H
区。
乙炔的各B向0 异性效应
8.3.3 自旋偶合与自旋裂分 (1) 自旋偶合的产生
HH HC C H