波谱分析

有机化学课程教案编写日期：2008年 4月28日-5月15日章、节（或课题、单元）名称第八章有机化合物的波谱分析

授课学时 6

目的要求

1、了解波长、频率、波数、电磁辐射等概念的涵义，根据波长的不同所划分的电磁波谱区域。掌握波长与波数的相互换算。

2、了解红外、核磁共振的基本原理和表示方法。

3、掌握有机分子重要官能团、苯环及某些化学键的红外特征吸收，掌握NMR中化学位移的概念和n+1规律。

4、能识别简单典型有机化合物的红外和核磁共振图谱。

重点：

1、红外光谱与有机分子结构的关系，有机化合物基团的特征吸收频率(P299表8-2)，红外光谱的解析；

2、核磁共振谱与有机分子结构的关系，化学位移及n+1规律，P305表8-3，核磁共振谱的解析。

难点：

1、红外光谱的基本原理，红外光谱与有机分子结构的关系，红外光谱的解析；

2、核磁共振谱的基本原理，核磁共振谱与有机分子结构的关系，核磁共振谱的解析。

教学组织

教学方法：课堂教学及习题课均采用多媒体教学，以ppt为主。

作业：P315 二(1、3、4)、三、四(1、3)、五、六(1、2、6、7)；

参考书目文献：

1、徐寿昌编，有机化学(第二版) ，北京：高等教育出版社，1993 , 86~95，294~303

2、邢其毅等，基础有机化学上册. 第2版. 北京：高等教育出版社，1993. 322~374

3、陈德恒著，有机结构分析，.北京：科学出版社，1985 .

4、张友杰著，有机波谱学教程，.武汉：华中师范大学出版社，1990.

5、沈淑娟编著. 波谱分析法. 上海：华东化工学院出版社，1992

6、Dudley H.Williams，Ian Fleming著，有机化学中的光谱方法，王剑波施卫峰译，北京：北京大学出版社，2001

7、高鸿宾主编，有机化学(第三版) ，北京：高等教育出版社，1999. 153~175 ,

授课小结

1、授课情况基本正常。

2、对于积分高度的讲解要仔细、耐心，必要时还应给出更多具体实例。

第八章有机化合物的波谱分析

有机化合物的结构测定，是有机化学的重要组成部分。

过去，主要依靠传统的化学方法来测定有机物的结构，样品用量大，费时、费力，且对＊C及－C＝C－的构型确定困难，有时还会发生分子重排，导致错误结论。

现在，主要利用现代波谱分析手段，能够使用微量样品，快速、准确地测定有机物的结构。同时，波谱法不破坏样品（质谱除外），对＊C及－C＝C－的构型确定也比较方便，甚至能获得某些分子聚集状态及分子间相互作用的信息。

波谱法包括紫外(UV)、红外(IR)、核磁共振(NMR)和质谱(MS)，号称“四大谱”。其中UV、IR、NMR属于分子吸收光谱，MS则是根据带电离子的质量进行分析的方法，但MS法中也有聚焦、散射等术语。所以，将这四种分析方法统称为波谱法。

8.1 分子吸收光谱和分子结构

一定波长的光与分子相互作用并被吸收，用特写仪器记录下来就是分子吸收光谱：

Ó£«µç´Å²¨¸àÆ×

Óкú·

Ö×

除平动外，振动、转动、核外电子运动等分子运动的形式都是量子化的，分子中存在着各种运动能级。当有机分子与电磁波作用时，分子可吸收电磁波从较低能级激发到较高能级，发生跃迁。

µç×ÓԽǨ

电磁波波长越短，频率越快，能量越高。

200nm 400nm 800nm

¹ìÍà¸à΢²¨¡¢

µçÊÓ²¨

200－800nm:引起电子运动能级跃迁，得到紫外及可见光谱；

2.5-15μm:引起分子振、转能级跃迁，得到红外光谱；

60-600MHz:核在外加磁场中取向能级跃迁，得到核磁共振谱。 8.2 ）

红外光谱就是当红外光照射有机物时，用仪器记录下来的吸收情况（被吸收光的波长及强度等）。

红外线可分为三个区域：

l /m m

0.8 2.550100012500400020010n /cm -1

可见光

微波近中远分子跃迁类型

分子振动和转动晶格振动和纯转动泛频、倍频适用范围有机官能团定量分析

有机分子结构分析和样品成分分析无机矿物和金属有机物

红外光谱法主要讨论有机物对中红区的吸收。 8.2.1 分子的振动和红外光谱

(1) 振动方程式

分子是由各种原子以化学键互相连结而生成的。可以用不同质量的小球代表原子，以不同硬度的弹簧代表各种化学键。它们以一定的次序互相连结，就成为分子的近似机械模型。

振动分子的振动可用Hooke ’s rule 来描述：

)11(212

1m m k +=

πn (1) 红外光谱中，频率常用波数表示。 波数每厘米中振动的次数。波数与波长互为倒数。 41011-⨯=-m cm m l σ (1cm=104μm)

若将频率采用波数表示，Hooke ’s rule 则可表示为：

)11(212

1m m k c +=πσ (2) 讨论：

①键能↑，k ↑，则ν或ζ↑。例如：

键的类型 C ≡C C=C

C ―C K/1010N •cm -1 12～18 8～12

4～6 ζ/ cm -1 2100～2260 1620～1680 700～1200

②成键原子的质量m 1或m 2↓，则ν或ζ↑。例如：

化学键 H ―N H ―O H ―C

ζ/ cm -1 3590～3650 3300～3500 2853～2960

化学键 C ―N C ―O C ―C

ζ/ cm -1 1180～1360 1080～1300 600～1500

(2) 分子振动模式

分子的振动类型有两大类：

伸缩振动（ν）：只改变键长，不改变键角；波数较高。

弯曲振动（δ）：只改变键角，不改变键长；波数较低。

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(3) 红外光谱产生的条件

必要条件：辐射光的频率与分子振动的频率相当。

充分条件：振动过程中能够改变分子偶极矩！

所以，分子对称性高者，其IR 谱图简单；分子对称性低者，其IR 谱图复杂。 例：O C O

ÎÞ¹ìÍàÎüÊÕÓйìÍàÎüÊÕCH 3 C C CH 3CH 3-CH 2-C C-H -C C-

n ÓÐÎÞn -C C-