有机化合物波谱分析综合解析
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或150-128-162=22 因此该化合物不含N，合理的分子式为C9H10O2。 （或由Beynon表确定分子式） 不饱和度=5，可能存在苯环。
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MS在m/Z 77、65、51处的系列碎片峰表明存在苯环 在91的碎片表明存在C6H5CH2—。 108(重排离子C6H5—CH2OH+)
6．核磁共振氢谱的解析顺序 首先确认孤立甲基及类型，以积分高度，计算出氢分布。 其次是解析共振吸收峰，确定归属。 最后解析谱图上的偶合部分，根据偶合常数、峰分裂情况 及形状推测结构信息。
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7.验证 根据综合光谱解析，拟定出未知物的分子结构， 而后需经验证才能确认。
①根据所得结构式计算不饱和度，与由分子式计算的不 饱和度应一致。
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(2)红外光谱： 实验条件：液膜法。图谱主要结果：
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②IR表明：
• 1688cm-1有吸收，表明有-C=O，此吸收与正常羰基相比 有一定红移，推测此-C=O可能与其他双键或π键体系共轭。
• 2000-1669 cm-1有吸收,有泛频峰形状表明可能为单取代苯。 • 1600cm-1，1580cm-1，1450cm-1有吸收，表明有苯环存在。 • 746 cm-1，691 cm-1有吸收表明可能为单取代苯。故推测
5．红外吸收光谱 用未知物的红外吸收光谱主要推测其 类别及可能具有的官能团等。
解析重点： 羰基峰是红外吸收光谱上最重要的吸收峰(在1700cm-1左
右的强吸收峰)，易辨认。其重要性在于含羰基的化合 物较多，其次是羰基在1H-NMR上无其信号。 氰基(2240cm－l左右)等不含氢的官能团，在1H-NMR上也 无信号； 此时IR是1H-NMR的补充。
②按裂解规律，查对所拟定的结构式应裂解出的主要碎 片离子，是否能在MS上找到相应的碎片离子峰。
③核对标准光谱或文献光谱。 若上述三项核对无误，则所拟定的结构式可以确认。
三 综合光谱解析示例
前面已分别介绍了综合解析的大致顺序与重点 在下面列出的几个未知化合物中，提供了它们的
UV、IR、MS、1H-NMR谱图或部分谱图。
红外吸收光谱(IR)
主要提供未知物具有哪些官能团、化合物的类别 (芳香族、脂肪族；饱和、不饱和)等。
提供未知物的细微结构，如直链、支链、链长、 结构异构及官能团间的关系等信息，但在综合光 谱解析中居次要地位。
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核磁共振氢谱(1H-NMR)
• 主要提供化合物中所含 ⒈质子的类型：说明化合物具有哪些种类的含氢官能团。 ⒉氢分布：说明各种类型氢的数目。 ⒊核间关系: 氢核间的偶合关系与氢核所处的化学环境 核间关系可提供化合物的二级结构信息，如连结方式、
例：某未知物 C11H16 的 UV、IR、1H NMR、MS 谱 图如下，推导未知物结构。
解：1. 从分子式为 C11H16 ，计算 Ω＝4； 2. 结构式推导 UV : 240～275 nm 吸收带具有精细结构，表明化合物为芳烃
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IR : 695、740 cm-1 表明分子中含有单取代苯环；
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IR在1750、1220和1000cm-1处的吸收表明为酯类 化合物。
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验证
O
CH2 C
O
CH3
(1)不饱和度：乙酸苄酯的不饱和度为5，不饱和度验证合理。
(2) 质 谱 ： m ／ z 150 为 分 子 离 子 、 108( 重 排 离 子 C6H5— CH2OH+) 、91为苯甲离子、43为CH3CO+离子。由苯甲离子 的存在，可证明C6H5-CH2基团的存在；m／z 43离子是 -COCH3的特征峰。由MS也证明未知物是乙酸苄酯。 (3)标准光谱对照： 未知物的IR与1H-NMR分别与 Sadtlerl67K(IR)及10222M(1H-NMR)一致，证明解析正确。 由于该未知物的分子结构简单，通过综合光谱解析即可认定， 不查对标准光谱也可。
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光谱？非光谱？
• 质谱虽非光谱，因其与光谱的密切关系， 且确定未知物的分子量与分子式是进行综 合光谱解析时，首先要知道的问题。加之 质谱仪的质量色散与光谱仪的复光色散有 某些类似之处，因此习惯上也把它视为一 种光谱。
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一、各种光谱的在综合光谱解 析中的作用
质 谱 (MS)
A
B
H
HA
A
HA
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综合解析
⑤ MS表明：分子离子峰m/z=170，M+2峰172，此为Br的 同位素峰。
m/z=91峰对应于 170-91=79,恰好为一个Br原子,即
+ CH2
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综合以上分析结果，此化合物结构为：
根据下列图谱推测未知化合物的结构。
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由MS确定分子式： 分子量为偶数，应不含N或含偶数N。 (M+1)/M%=(2.80/28.7)100=9.76 (M+2)/M%=(0.26/28.7)100=0.91，不含Br,Cl,S等。 C数：9.76/1.1=9，含9个C或8个C O数：[0.91-(1.19或8)2/200]/0.20=2 剩余质量：150-129-162=10
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紫外吸收光谱(UV)
主要用于提供分子的芳香结构和共轭体系信息。 是否是不饱和化合物？ 是否具有芳香环结构等化合物的骨架信息。
紫外吸收光谱虽然可提供某些官能团的信息？ 是否含有醛基、酮基、羧基、酯基、炔基、烯基等生色团 与助色团。 但特征性差，在综合光谱解析中一般可不予以考虑。 紫外吸收光谱法主要用于定量分析。
解： MS : m/z 148为分子离子峰，其合理丢失一个碎片，得到
m/z 91 的苄基离子 21
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解： 1H NMR: 积分高度比表明分子中有 1 个 CH3 和 4 个 －CH2－，
其中（1.4～1.2）ppm 为 2 个 CH2 的重叠峰； 因此，此化合物应含有一个苯环和一个 C5H11 的烷基。 1H NMR 谱中各峰裂分情况分析，取代基为正戊基，即化合
结论：具有共轭体系或芳香体系 (2)红外光谱： 实验条件：液膜法。
图 谱 主 要 结 果：
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综合解析
①根据分子式C7H7Br，计算不饱和度为4，推测化合物 可能含有苯环(C6H5)。
②UV表明存在苯环。 ③ IR 表 明 ： 1500cm-1 ， 1450cm-1 有 吸 收 ， 表 明 有 苯 环 。
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二、综合光谱解析的顺序与重点
1．了解样品 来源： 天然品、合成品、三废样品等、 物理化学性质与物品理化学参数：
物态、熔点、沸点、旋光性、折射率、溶解度、极 性、灰分等，
可提供未知物的范围，为光谱解析提供线索。一般 样品的纯度需大于98％，此时测得的光谱，才可与标 准光谱对比。
第五章 综合解析
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本章学习要求
• 了解有机化合物结构分析的一般 程序。
• 能够综合运用所学的波谱知识， 进行有机化合物的结构分析。
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综合波谱解析法
• 定义：利用未知物（纯物质）的 质谱（MS) 紫外吸收光谱 (UV) 红外吸收光谱 (IR) 核磁共振氢谱 (1H-NMR)
进行综合解析，确定未知物分子结构的方法
二、综合光谱解析的顺序与重点
2．确定分子式 由质谱获得的分子离子峰的精密质量数或同位素峰强 比确定分子式。必要时，可配合元素分析。质谱碎片 离子提供的结构信息，有些能确凿无误地提供某官能 团存在的证据，但多数信息留作验证结构时用。
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二、综合光谱解析的顺序与重点
3．计算不饱和度 由分子式计算未知物的不饱和度 推测未知物的类
4. 列出可能结构，并进行验证。
例：
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解析过程： 1.确定分子量和分子式
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分子离子峰为86，即分子量为86； 分子离子(m/z 86)与M＋1同位素离子(m/z 87)的相对强 度比可推测该分子中可能有5C;
1.确定分子量和分子式
(3) 积分曲线高度比可知该分子中有10H; (4) 5C+10H → 70， 86 - 70 =16， O(16) 。
——分子式为0O
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2.计算分子的不饱和度
U ＝（2＋2*n4＋n3－n1)/2 ＝(2＋2*5＋0－10)/2＝1
分子中有一个双键或环
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3．确定结构单元
1720cm-1 附 近 强 吸 收 峰 可 知 含 羰 基 。 靠 近 3000cm-1强吸收峰 ；含-CH2-或-CH3；
770cm-1，700cm-1有吸收表明可能为单取代苯。对照分 子式C7H7Br，推测分子可能结构为：
④1H-NMR表明：
吸收峰位置(δ)
7～8 4～5
吸收峰强度 峰裂分情况 对应基团
5
单峰 苯环
2
单峰
-CH2 无相邻碳上氢
解析结果 ： 位置 δ A 7.51～7.09
B 4.440
HA
H
CH2 Br
O C2H5
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⑤1H-NMR表明：
O C2H5
• 三种氢，比例为5：2：3。
• δ=7～8，多峰，五个氢，对应于单取代苯环， C6H5；
• δ=3，四重峰，二个氢，对应于CH2，四重峰表明邻 碳上有三个氢，即分子中存在 CH2CH3片断，化学 位移偏向低场，表明与吸电子基团相连；
• δ=1～1．5，三重峰，三个氢，对应于CH3，三重峰 表明邻碳上有两个氢，即分子中存在CH2CH3片断。
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练习2：某化合物B的分子式为C7H7Br， 请解析各谱图并推测分子结构。
(1)紫外光谱： 实验条件：0.917mg/10mL正己烷溶液，0.2cm样品池； 实验结果：最大吸收峰位于240nm处，吸光度为0.95;
化合物有C6H5-C=O基团(C7H5O)，分子式为C9Hl0O，则 剩余基团为C2H5。
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• ③UV表明存在苯环。 • ④MS表明：分子离子峰m/Z=134，碎片离子峰m/z=77，
可能为C6H5；碎片离子峰m/z=105，可能为C6H5CO； M-105=134-105=29，失去基团可能为C2H5。由此推测 分子可能结构为:
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(二)波谱解析综合示例
练习1：某化合物A的分子式为C9H10O，请解析各谱图并 推测分子结构。
(1)紫外光谱： 实验条件：1.075 mg/10mL乙醇溶液，0.1cm样品池； 实验结果：最大吸收峰位于240nm处，吸光度为0.95。
结论：具有共轭体系或芳香体系
综合解析：
① 根据分子式C9Hl0O，计算不饱和度为5，推测化合 物可能含有苯环(不饱和度为4)
位置、距离；结构异构与立体异构(几何异构、光学异构、
构象)等)。
三方面的结构信息。
四大光谱综合波谱解析
• 一般情况，由IR、1H-NMR及MS三种光谱提供的数 据，即可确定未知物的化学结构。特殊情况，还可以 辅助以其它光谱
• 在进行综合光谱解析时，不可以一种光谱“包打天 下”，各有所长，取长补短，相互配合、相互补充。
1720cm-1
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核磁图
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三组峰
三种质子
积分曲线：三种质子个数比为1 : 3 : 6 裂分数：二重峰和七重峰
-CH—(CH3) 2
主要用于确定化合物的分子量、分子式。 质谱图上的碎片峰可以提供一级结构信息。
对于一些特征性很强的碎片离子，如烷基取代苯的m／z 91的苯甲离子及含γ 氢的酮、酸、酯的麦氏重排离子 等，由质谱即可认定某些结构的存在。 质谱的另一个主要功能是作为综合光谱解析后，验证 所推测的未知物结构的正确性。
别，如芳香族(单环、稠环等)、脂肪族(饱和或不饱 和、链式、脂环及环数)及含不饱和官能团数目等。
二、综合光谱解析的顺序与重点
4．紫外吸收光谱 由未知物的紫外吸收光谱上吸收峰的位置，推 测共轭情况(p-π与π-π共轭、长与短共轭、官能 团与母体共轭的情况)及未知物的类别(芳香族、 不饱和脂肪族)。
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物的结构为：
MS ：主要的离子峰可由以下反应得到：
各谱数据与结构均相符，可以确定未知物是正戊基苯。 22
六、 波谱的综合利用
1．确定分子量和分子式 (MS图) 2．计算分子的不饱和度U。 3．确定结构单元
紫外光谱：了解化学键及共轭程度 红外光谱：官能团 核磁共振谱：质子种类与个数、碳骨架 质谱：稳定结构单元
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MS在m/Z 77、65、51处的系列碎片峰表明存在苯环 在91的碎片表明存在C6H5CH2—。 108(重排离子C6H5—CH2OH+)
6．核磁共振氢谱的解析顺序 首先确认孤立甲基及类型，以积分高度，计算出氢分布。 其次是解析共振吸收峰，确定归属。 最后解析谱图上的偶合部分，根据偶合常数、峰分裂情况 及形状推测结构信息。
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7.验证 根据综合光谱解析，拟定出未知物的分子结构， 而后需经验证才能确认。
①根据所得结构式计算不饱和度，与由分子式计算的不 饱和度应一致。
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(2)红外光谱： 实验条件：液膜法。图谱主要结果：
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②IR表明：
• 1688cm-1有吸收，表明有-C=O，此吸收与正常羰基相比 有一定红移，推测此-C=O可能与其他双键或π键体系共轭。
• 2000-1669 cm-1有吸收,有泛频峰形状表明可能为单取代苯。 • 1600cm-1，1580cm-1，1450cm-1有吸收，表明有苯环存在。 • 746 cm-1，691 cm-1有吸收表明可能为单取代苯。故推测
5．红外吸收光谱 用未知物的红外吸收光谱主要推测其 类别及可能具有的官能团等。
解析重点： 羰基峰是红外吸收光谱上最重要的吸收峰(在1700cm-1左
右的强吸收峰)，易辨认。其重要性在于含羰基的化合 物较多，其次是羰基在1H-NMR上无其信号。 氰基(2240cm－l左右)等不含氢的官能团，在1H-NMR上也 无信号； 此时IR是1H-NMR的补充。
②按裂解规律，查对所拟定的结构式应裂解出的主要碎 片离子，是否能在MS上找到相应的碎片离子峰。
③核对标准光谱或文献光谱。 若上述三项核对无误，则所拟定的结构式可以确认。
三 综合光谱解析示例
前面已分别介绍了综合解析的大致顺序与重点 在下面列出的几个未知化合物中，提供了它们的
UV、IR、MS、1H-NMR谱图或部分谱图。
红外吸收光谱(IR)
主要提供未知物具有哪些官能团、化合物的类别 (芳香族、脂肪族；饱和、不饱和)等。
提供未知物的细微结构，如直链、支链、链长、 结构异构及官能团间的关系等信息，但在综合光 谱解析中居次要地位。
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核磁共振氢谱(1H-NMR)
• 主要提供化合物中所含 ⒈质子的类型：说明化合物具有哪些种类的含氢官能团。 ⒉氢分布：说明各种类型氢的数目。 ⒊核间关系: 氢核间的偶合关系与氢核所处的化学环境 核间关系可提供化合物的二级结构信息，如连结方式、
例：某未知物 C11H16 的 UV、IR、1H NMR、MS 谱 图如下，推导未知物结构。
解：1. 从分子式为 C11H16 ，计算 Ω＝4； 2. 结构式推导 UV : 240～275 nm 吸收带具有精细结构，表明化合物为芳烃
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IR : 695、740 cm-1 表明分子中含有单取代苯环；
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IR在1750、1220和1000cm-1处的吸收表明为酯类 化合物。
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验证
O
CH2 C
O
CH3
(1)不饱和度：乙酸苄酯的不饱和度为5，不饱和度验证合理。
(2) 质 谱 ： m ／ z 150 为 分 子 离 子 、 108( 重 排 离 子 C6H5— CH2OH+) 、91为苯甲离子、43为CH3CO+离子。由苯甲离子 的存在，可证明C6H5-CH2基团的存在；m／z 43离子是 -COCH3的特征峰。由MS也证明未知物是乙酸苄酯。 (3)标准光谱对照： 未知物的IR与1H-NMR分别与 Sadtlerl67K(IR)及10222M(1H-NMR)一致，证明解析正确。 由于该未知物的分子结构简单，通过综合光谱解析即可认定， 不查对标准光谱也可。
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光谱？非光谱？
• 质谱虽非光谱，因其与光谱的密切关系， 且确定未知物的分子量与分子式是进行综 合光谱解析时，首先要知道的问题。加之 质谱仪的质量色散与光谱仪的复光色散有 某些类似之处，因此习惯上也把它视为一 种光谱。
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一、各种光谱的在综合光谱解 析中的作用
质 谱 (MS)
A
B
H
HA
A
HA
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综合解析
⑤ MS表明：分子离子峰m/z=170，M+2峰172，此为Br的 同位素峰。
m/z=91峰对应于 170-91=79,恰好为一个Br原子,即
+ CH2
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综合以上分析结果，此化合物结构为：
根据下列图谱推测未知化合物的结构。
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由MS确定分子式： 分子量为偶数，应不含N或含偶数N。 (M+1)/M%=(2.80/28.7)100=9.76 (M+2)/M%=(0.26/28.7)100=0.91，不含Br,Cl,S等。 C数：9.76/1.1=9，含9个C或8个C O数：[0.91-(1.19或8)2/200]/0.20=2 剩余质量：150-129-162=10
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紫外吸收光谱(UV)
主要用于提供分子的芳香结构和共轭体系信息。 是否是不饱和化合物？ 是否具有芳香环结构等化合物的骨架信息。
紫外吸收光谱虽然可提供某些官能团的信息？ 是否含有醛基、酮基、羧基、酯基、炔基、烯基等生色团 与助色团。 但特征性差，在综合光谱解析中一般可不予以考虑。 紫外吸收光谱法主要用于定量分析。
解： MS : m/z 148为分子离子峰，其合理丢失一个碎片，得到
m/z 91 的苄基离子 21
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解： 1H NMR: 积分高度比表明分子中有 1 个 CH3 和 4 个 －CH2－，
其中（1.4～1.2）ppm 为 2 个 CH2 的重叠峰； 因此，此化合物应含有一个苯环和一个 C5H11 的烷基。 1H NMR 谱中各峰裂分情况分析，取代基为正戊基，即化合
结论：具有共轭体系或芳香体系 (2)红外光谱： 实验条件：液膜法。
图 谱 主 要 结 果：
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综合解析
①根据分子式C7H7Br，计算不饱和度为4，推测化合物 可能含有苯环(C6H5)。
②UV表明存在苯环。 ③ IR 表 明 ： 1500cm-1 ， 1450cm-1 有 吸 收 ， 表 明 有 苯 环 。
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二、综合光谱解析的顺序与重点
1．了解样品 来源： 天然品、合成品、三废样品等、 物理化学性质与物品理化学参数：
物态、熔点、沸点、旋光性、折射率、溶解度、极 性、灰分等，
可提供未知物的范围，为光谱解析提供线索。一般 样品的纯度需大于98％，此时测得的光谱，才可与标 准光谱对比。
第五章 综合解析
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本章学习要求
• 了解有机化合物结构分析的一般 程序。
• 能够综合运用所学的波谱知识， 进行有机化合物的结构分析。
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综合波谱解析法
• 定义：利用未知物（纯物质）的 质谱（MS) 紫外吸收光谱 (UV) 红外吸收光谱 (IR) 核磁共振氢谱 (1H-NMR)
进行综合解析，确定未知物分子结构的方法
二、综合光谱解析的顺序与重点
2．确定分子式 由质谱获得的分子离子峰的精密质量数或同位素峰强 比确定分子式。必要时，可配合元素分析。质谱碎片 离子提供的结构信息，有些能确凿无误地提供某官能 团存在的证据，但多数信息留作验证结构时用。
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二、综合光谱解析的顺序与重点
3．计算不饱和度 由分子式计算未知物的不饱和度 推测未知物的类
4. 列出可能结构，并进行验证。
例：
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解析过程： 1.确定分子量和分子式
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分子离子峰为86，即分子量为86； 分子离子(m/z 86)与M＋1同位素离子(m/z 87)的相对强 度比可推测该分子中可能有5C;
1.确定分子量和分子式
(3) 积分曲线高度比可知该分子中有10H; (4) 5C+10H → 70， 86 - 70 =16， O(16) 。
——分子式为0O
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2.计算分子的不饱和度
U ＝（2＋2*n4＋n3－n1)/2 ＝(2＋2*5＋0－10)/2＝1
分子中有一个双键或环
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3．确定结构单元
1720cm-1 附 近 强 吸 收 峰 可 知 含 羰 基 。 靠 近 3000cm-1强吸收峰 ；含-CH2-或-CH3；
770cm-1，700cm-1有吸收表明可能为单取代苯。对照分 子式C7H7Br，推测分子可能结构为：
④1H-NMR表明：
吸收峰位置(δ)
7～8 4～5
吸收峰强度 峰裂分情况 对应基团
5
单峰 苯环
2
单峰
-CH2 无相邻碳上氢
解析结果 ： 位置 δ A 7.51～7.09
B 4.440
HA
H
CH2 Br
O C2H5
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⑤1H-NMR表明：
O C2H5
• 三种氢，比例为5：2：3。
• δ=7～8，多峰，五个氢，对应于单取代苯环， C6H5；
• δ=3，四重峰，二个氢，对应于CH2，四重峰表明邻 碳上有三个氢，即分子中存在 CH2CH3片断，化学 位移偏向低场，表明与吸电子基团相连；
• δ=1～1．5，三重峰，三个氢，对应于CH3，三重峰 表明邻碳上有两个氢，即分子中存在CH2CH3片断。
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练习2：某化合物B的分子式为C7H7Br， 请解析各谱图并推测分子结构。
(1)紫外光谱： 实验条件：0.917mg/10mL正己烷溶液，0.2cm样品池； 实验结果：最大吸收峰位于240nm处，吸光度为0.95;
化合物有C6H5-C=O基团(C7H5O)，分子式为C9Hl0O，则 剩余基团为C2H5。
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• ③UV表明存在苯环。 • ④MS表明：分子离子峰m/Z=134，碎片离子峰m/z=77，
可能为C6H5；碎片离子峰m/z=105，可能为C6H5CO； M-105=134-105=29，失去基团可能为C2H5。由此推测 分子可能结构为:
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(二)波谱解析综合示例
练习1：某化合物A的分子式为C9H10O，请解析各谱图并 推测分子结构。
(1)紫外光谱： 实验条件：1.075 mg/10mL乙醇溶液，0.1cm样品池； 实验结果：最大吸收峰位于240nm处，吸光度为0.95。
结论：具有共轭体系或芳香体系
综合解析：
① 根据分子式C9Hl0O，计算不饱和度为5，推测化合 物可能含有苯环(不饱和度为4)
位置、距离；结构异构与立体异构(几何异构、光学异构、
构象)等)。
三方面的结构信息。
四大光谱综合波谱解析
• 一般情况，由IR、1H-NMR及MS三种光谱提供的数 据，即可确定未知物的化学结构。特殊情况，还可以 辅助以其它光谱
• 在进行综合光谱解析时，不可以一种光谱“包打天 下”，各有所长，取长补短，相互配合、相互补充。
1720cm-1
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核磁图
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三组峰
三种质子
积分曲线：三种质子个数比为1 : 3 : 6 裂分数：二重峰和七重峰
-CH—(CH3) 2
主要用于确定化合物的分子量、分子式。 质谱图上的碎片峰可以提供一级结构信息。
对于一些特征性很强的碎片离子，如烷基取代苯的m／z 91的苯甲离子及含γ 氢的酮、酸、酯的麦氏重排离子 等，由质谱即可认定某些结构的存在。 质谱的另一个主要功能是作为综合光谱解析后，验证 所推测的未知物结构的正确性。
别，如芳香族(单环、稠环等)、脂肪族(饱和或不饱 和、链式、脂环及环数)及含不饱和官能团数目等。
二、综合光谱解析的顺序与重点
4．紫外吸收光谱 由未知物的紫外吸收光谱上吸收峰的位置，推 测共轭情况(p-π与π-π共轭、长与短共轭、官能 团与母体共轭的情况)及未知物的类别(芳香族、 不饱和脂肪族)。
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物的结构为：
MS ：主要的离子峰可由以下反应得到：
各谱数据与结构均相符，可以确定未知物是正戊基苯。 22
六、 波谱的综合利用
1．确定分子量和分子式 (MS图) 2．计算分子的不饱和度U。 3．确定结构单元
紫外光谱：了解化学键及共轭程度 红外光谱：官能团 核磁共振谱：质子种类与个数、碳骨架 质谱：稳定结构单元