有机化合物的谱图解析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
-34
J.s
该式表明：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。 由此可见，λ与E，ν成反比，即λ↓，ν↑（每秒 的振动次数↑），E↑。 在分子光谱中，根据电磁波的波长（λ）划分为几个
不同的区域，如下图所示：
分子的总能量由以下几种能量组成：
电子自旋 微波波谱 E总 = Ee
三、影响化学位移的因素 四、决定原子数目的方法 五、共振吸收峰（信号）的数目 六、自旋偶合与自旋裂分 七、偶合常数 八、谱图解析
有机化合物的结构表征
【本章重点】 红外光谱、核磁共振谱。 【必须掌握的内容】 1. 红外光谱、核磁共振谱的基本原理。 2. 红外光谱、核磁共振谱谱图的解析方法。 前 言： 有机化合物的结构表征（即测定）—— 从分子水平 认识物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。过
T %
I0
100 %
I0：表示入射光的强度。
二、分子振动与红外光谱 1.分子的振动方式 (1)伸缩振动：
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
对称伸缩振动( ν s) -1 2853 cm
C
不对称伸缩振动 (ν as) -1 2926 cm
(2)弯曲振动：
+ + + +
C
剪式振动(δ s) 面 内
λ σ
σ
1 λ
为频率，单位为 Hz 为光速，其量值 = 3 × 1010 cm.s-1
为波长 cm， 常用单位 nm 1cm长度中波的数目 1nm=10
-7
微粒性：可用光量子的能量来描述：
式中： E h
hc E hν λ 为光量子能量，单位为 J 代表 Planck 常数，其量值为6.63 × 10
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
1. 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。 2. 振动过程中必须是能引起分子偶极矩变化的分子才 能产生红外吸收光谱。 三、有机化合物基团的特征频率 总结大量红外光谱资料后，发现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
电子能
+
Ev
振动能
+
Er
转动能
紫外光谱 可见光谱
红外光谱 所需能量较 ，波长较
红外光谱
一、红外光谱的表示方法 一般指中红外（振动能级跃迁）。
T%
I 100 % I0
横坐标：波数（σ ）400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。T↓，表明吸收的
越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。 I：表示透过光的强度； I
C H
-1
N
H
O
H
-1
2800-300cm
3000-3600cm
3. 分子的振动能级跃迁和红外吸收峰位 分子的振动是量子化的，其能级为：
E振 1 ( v )h 振 2
式中：v — 为振动量子数 (0,1,2,…);ν 率。
振为化学键的振动频
分子由基态v = 0 跃迁到激发态v = 1 时，吸收光的能
去，主要依靠化学方法进行有机化合物的结构测定，其 缺点是：费时、费力、费钱，试剂的消耗量大。例如： 鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究，直至1952
年才完全阐明，历时147年。
OH
O HO NCH3 吗 啡 碱
而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其优点是： 省时、省力、省钱、快速、准确，试剂耗量是微克级的，甚 至更少。
量为：
1 1 E1 E 2 h [(1 ) (0 )]h 振 2 2
振
分子振动频率习惯以σ （波数）表示：
1 k k 1307 c 2c c
由此可见：σ （ν ）∝ k，σ （ν ）与μ 成反比。 吸收峰的峰位：化学键的力常数k越大，原子的折合 质量越小，振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短 波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。
2.振动方程式（Hooke定律）
振
1 2 k
百度文库
m1 .m2 m1 m2
式中：k — 化学键的力常数，单位为N.cm-1
μ — 折合质量，单位为g 力常数k：与键长、键能有关：键能↑（大），键长↓（短）， k↑。
化学键 C― C C＝ C C≡ C 键长（nm） 0.154 0.134 0.116 键能（Kj.mol-1） 347.3 610.9 836.8 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
C
面内摇摆振动 (ρ )
C
面外摇摆振动 (ω ) 面 外
C
扭式振动 (τ )
弯曲振动只改变键角,不改变键长
值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收，
只有偶极矩(μ )发生变化的，才能有红外吸收。
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。
一些常见化学键的力常数如下表所示：
键型
O H N H
-1
C H 5.9
C H 5.1
C H C N C C C O C C C O C C 4.8 17.7 15.6 12.1 9.6 5.4 4.5
k /N.cm
7.7 6.4
折合质量μ ：两振动原子只要有一个的质量↓，μ ↓，
σ （ν ）↑，红外吸收信号将出现在高波数区。
它不仅可以研究分子的结构，而且还能探索到分子间各种集 聚态的结构构型和构象的状况，对人类所面临的生命科学、
材料科学的发展，是极其重要的。
对有机化合物的研究，应用最为广泛的是：紫外光 谱（ultravioler spectroscopy 缩写为UV）、红外光谱 （infrared spectroscopy 缩写为IR）、核磁共振谱
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）。
1.特征频率区： 在1600～3700 cm-1区域（称为：高频区）出现的吸 收峰，较为稀疏，容易辨认，主要有：
（nuclear magnetic resonance 缩写为NMR）和质谱
（mass spectroscopy 缩写为MS）.
有机化合物的结构与吸收光谱
光是一种电磁波，具有波粒二相性。 波动性：可用波长(λ)、频率（ν）和波数（σ）来描述。 按量子力学，其关系为： c cσ ν λ
式中： ν c
J.s
该式表明：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。 由此可见，λ与E，ν成反比，即λ↓，ν↑（每秒 的振动次数↑），E↑。 在分子光谱中，根据电磁波的波长（λ）划分为几个
不同的区域，如下图所示：
分子的总能量由以下几种能量组成：
电子自旋 微波波谱 E总 = Ee
三、影响化学位移的因素 四、决定原子数目的方法 五、共振吸收峰（信号）的数目 六、自旋偶合与自旋裂分 七、偶合常数 八、谱图解析
有机化合物的结构表征
【本章重点】 红外光谱、核磁共振谱。 【必须掌握的内容】 1. 红外光谱、核磁共振谱的基本原理。 2. 红外光谱、核磁共振谱谱图的解析方法。 前 言： 有机化合物的结构表征（即测定）—— 从分子水平 认识物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。过
T %
I0
100 %
I0：表示入射光的强度。
二、分子振动与红外光谱 1.分子的振动方式 (1)伸缩振动：
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
对称伸缩振动( ν s) -1 2853 cm
C
不对称伸缩振动 (ν as) -1 2926 cm
(2)弯曲振动：
+ + + +
C
剪式振动(δ s) 面 内
λ σ
σ
1 λ
为频率，单位为 Hz 为光速，其量值 = 3 × 1010 cm.s-1
为波长 cm， 常用单位 nm 1cm长度中波的数目 1nm=10
-7
微粒性：可用光量子的能量来描述：
式中： E h
hc E hν λ 为光量子能量，单位为 J 代表 Planck 常数，其量值为6.63 × 10
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
1. 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。 2. 振动过程中必须是能引起分子偶极矩变化的分子才 能产生红外吸收光谱。 三、有机化合物基团的特征频率 总结大量红外光谱资料后，发现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
电子能
+
Ev
振动能
+
Er
转动能
紫外光谱 可见光谱
红外光谱 所需能量较 ，波长较
红外光谱
一、红外光谱的表示方法 一般指中红外（振动能级跃迁）。
T%
I 100 % I0
横坐标：波数（σ ）400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。T↓，表明吸收的
越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。 I：表示透过光的强度； I
C H
-1
N
H
O
H
-1
2800-300cm
3000-3600cm
3. 分子的振动能级跃迁和红外吸收峰位 分子的振动是量子化的，其能级为：
E振 1 ( v )h 振 2
式中：v — 为振动量子数 (0,1,2,…);ν 率。
振为化学键的振动频
分子由基态v = 0 跃迁到激发态v = 1 时，吸收光的能
去，主要依靠化学方法进行有机化合物的结构测定，其 缺点是：费时、费力、费钱，试剂的消耗量大。例如： 鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究，直至1952
年才完全阐明，历时147年。
OH
O HO NCH3 吗 啡 碱
而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其优点是： 省时、省力、省钱、快速、准确，试剂耗量是微克级的，甚 至更少。
量为：
1 1 E1 E 2 h [(1 ) (0 )]h 振 2 2
振
分子振动频率习惯以σ （波数）表示：
1 k k 1307 c 2c c
由此可见：σ （ν ）∝ k，σ （ν ）与μ 成反比。 吸收峰的峰位：化学键的力常数k越大，原子的折合 质量越小，振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短 波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。
2.振动方程式（Hooke定律）
振
1 2 k
百度文库
m1 .m2 m1 m2
式中：k — 化学键的力常数，单位为N.cm-1
μ — 折合质量，单位为g 力常数k：与键长、键能有关：键能↑（大），键长↓（短）， k↑。
化学键 C― C C＝ C C≡ C 键长（nm） 0.154 0.134 0.116 键能（Kj.mol-1） 347.3 610.9 836.8 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
C
面内摇摆振动 (ρ )
C
面外摇摆振动 (ω ) 面 外
C
扭式振动 (τ )
弯曲振动只改变键角,不改变键长
值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收，
只有偶极矩(μ )发生变化的，才能有红外吸收。
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。
一些常见化学键的力常数如下表所示：
键型
O H N H
-1
C H 5.9
C H 5.1
C H C N C C C O C C C O C C 4.8 17.7 15.6 12.1 9.6 5.4 4.5
k /N.cm
7.7 6.4
折合质量μ ：两振动原子只要有一个的质量↓，μ ↓，
σ （ν ）↑，红外吸收信号将出现在高波数区。
它不仅可以研究分子的结构，而且还能探索到分子间各种集 聚态的结构构型和构象的状况，对人类所面临的生命科学、
材料科学的发展，是极其重要的。
对有机化合物的研究，应用最为广泛的是：紫外光 谱（ultravioler spectroscopy 缩写为UV）、红外光谱 （infrared spectroscopy 缩写为IR）、核磁共振谱
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）。
1.特征频率区： 在1600～3700 cm-1区域（称为：高频区）出现的吸 收峰，较为稀疏，容易辨认，主要有：
（nuclear magnetic resonance 缩写为NMR）和质谱
（mass spectroscopy 缩写为MS）.
有机化合物的结构与吸收光谱
光是一种电磁波，具有波粒二相性。 波动性：可用波长(λ)、频率（ν）和波数（σ）来描述。 按量子力学，其关系为： c cσ ν λ
式中： ν c