有机波谱综合解析

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不饱和官能团数目等。
3.确定官能团及结构单元
(1)紫外吸收光谱
由吸收峰位置推测共轭情况 (p-π 与π -π 共轭、 共轭体系大小、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)。
(2)红外吸收光谱
推测其类别及可能具有的官能团等。
解析重点:
含氧官能团:C=O、OH、C-O 含氮官能团:NH、C=N、CN、NO2 烃基:苯环、C=C、、炔基、甲基
MS (m/z) (M-HCN)+,41,54等 30,46
结构
C≡N 117~126 无直接信息
NO2
没有直接信息
无直接信息
C-O-C
碳:~60
碳上质子 3.5~4.5
烷基醚:1150~1070 芳基醚:1275~1200 1075~1020
31、45
13C-NMR
(ppm)
1H-NMR
(ppm)
期末考试说明
闭卷考试(2016年6月26日,周一上午9:30-11:30,闭卷)
试卷中各章内容所占比重:
UV-Vis: ~10%;IR: ~20%;1H NMR: ~30%;13C NMR: ~20%;MS: ~20%
去年题型:
一.选择题:10×2’ = 20’ 二.简答题 :5题(每章一题)共35’ 三.谱图解析:3×15’ = 45’
出如下片段结构:
CH3-CH2-CH2-CO↑ ↑ ↑ 0.86 1.57 2.37
13C
NMR谱:
(1)共有四个峰,表明有分子中四类化学环境不同的碳。 (2)约210ppm处信号表明是醛或酮羰基, 但1H NMR在10 ppm左右无信号,表明为酮,这与紫外、红外结论吻合。 (3)0-20ppm处两峰为与非吸电基的CH3、CH2出峰
忠告:学校对考试全程监控和录像,切不可作弊。
Any Questions?
多谱综合解析
通过对未知物(纯物质)的紫外吸收光谱、
红外吸收光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、
质谱、元素分析的综合解析,确定分子结构。
!! 会解谱是该课程的终极学习目的。
各谱在结构解析中发挥的作用
一 、质谱(MS)
(1)测量分子量(M.+) (2)从M、M+2、M+4推测Cl、Br、S的存在
无直接信息 10~13 与RCOO相连的 烷基质子在3.6~5
1950~1650
酸 60、74…… 酯 R-C≡O(R若是烷基,则43 、57、71…其中之一肯定有一 个强峰;甲酯74、乙酯88)
160~180(s)
酰胺 醛
155~177(s) 174~225(d)
5~8.5 9~10.5
酰胺 44 醛 (M-1)
主要的结构单元与各种图谱之间的关系
13C-NMR
(ppm)
1H-NMR
(ppm)
IR (cm-1)
MS (m/z) 支链上有CH3 时有15或 M-15 有CH2则相差 14
结构 CH3 0~82之间(q,四重峰) 确定,能知道CH3数目。 DEPT中正峰。 在0~5之间,从质 1460,1380,特别在138 子数可确定是CH3 0是CH3的特征谱带,能 ,CH2或CH,由裂 推断有无异丙基、叔丁基 分和出现的位置 0~82之间的化学位移(t, 有可能推测出其 CH2有1470,由于相邻 三重峰)和(d,二重峰) 相邻部分结构。 官能团的不同会有一些位 确定;DEPT分别为倒峰 移,难于得到CH的信息 和正峰。
26、 式和取代基类型
6~9,从氢数能推 断出取代基数, 从裂分谱型推断 取代方式。
有苯环时,出现 91、77、65、51、 39
13C-NMR
(ppm)
1H-NMR
(ppm)
IR (cm-1)
MS (m/z)
结构
C=O 酸 酯
155~225 160~180(s)
CH2
CH 季碳 原子
由位于0~82之间的化学 不能得到直接信 位移(s,单峰)确定, 息 难于推断与其相邻的部分 结构。DEPT中无信号。
难于得到直接信息
叔丁基 (t-C4H9) 57, 41(57掉 CH4)
13C-NMR
(ppm)
1H-NMR
(ppm)
IR (cm-1) 1650(分子对称时 不出现),在1000~ 600可推断出各种取 代类型
MS (m/z) 烯丙基开裂产生 41、55、69
结构 C=C 82~160至少需要有2个 C的吸收峰,用CH2= (t),CH=(d),C=(s)的组 合可确定各种类型。 在4~8。由质子数 和裂分能推断出 各种类型
C≡C
65~100
C≡C-H在2~3
2260~2100,如果有 氢原子在3310~3300 出现吸收带 首先看1600~1500的 吸收谱带,然后用9 00~600可推断出取 代类型。
(4)核磁共振碳谱的解析重点
1. 检验全去偶碳谱上的峰数与分子式中碳数是否相同
数目相同: 每个碳的化学环境均不同,分子无对称性。 数目不相同(少): 部分碳的化学环境相同, 分子有一定对称性。
2. 由偏共振谱或DEPT谱确定碳上氢数(分辨伯仲叔季碳)。
3. 由各碳的化学位移,确定碳的归属(羰基碳、芳环碳、 烷氧基碳、烷基碳)。
结构
OH 无直接信息,与 其相连的碳原子 的吸收峰与烷基 碳原子相比向低 场位移。 出峰范围很宽。依 化合物种类不同差 异很大。 加入重水,峰消失。
3500~3100有中等强度 或强的窄的吸收带。 NH (RCH=NH2)+, 30,44 ….
13C-NMR
(ppm)
1H-NMR
(ppm)
IR (cm-1) 2275~2215 C-NO2 1580~1500 1380~1300 O-NO2 1650~1620 1280~1270 N-NO2 1630~1550 1300~1250
C-X (卤素)
-20~80 不大有效
无直接信息。
有各种吸收谱带,但 不大有效。
35Cl
: 37Cl=3:1 79Br : 81Br=1:1
例1、 一化合物为无色液体,b.p 144 ℃,其UV、 IR、1H
NMR、 13C NMR、 MS数据和图如下,试推测其可能的结构。
UV: λmax = 275 nm (εmax=12) IR:

174~225(s)
与其相邻的烷基 质子在2.1~2.7
酮 R-C≡O (同酯,43、57、71 …)
13C-NMR
(ppm)
1H-NMR
(ppm)
IR (cm-1) 在3550~3100很宽的 范围内有很强的吸收, 1300~900能确定出各 种醇的类型。
MS (m/z) (M-H2O)+ (RCH=OH)+, 31,45 ,….
3. 解析δ >l0处出现的-COOH、-CHO及分子内氢键的氢。
4. 化学位移为4.0左右的信号:CHnO-的可能性大 5. 解释芳氢区(7-8ppm),判断取代类型。 6. 结合积分面积、化学位移、峰裂分数目、偶合常数解析存在 的结构单元(如CH3CH2) 7. 活泼氢可用重水交换鉴定其存在及数目
1H
NMR
13C
NMR
71
MS
43
27
41 39
M(114)
解:(1)分子片段的推导
UV:λmax= 275 nm,弱峰,说明为n→π*跃迁引起的吸收带,又
因200 nm以上没有其它吸收,故分子中无共轭体系,但存在含n
电子的简单发色团。推测有羰基,且为醛或酮的羰基。 IR:1709 cm-1说明分子有C=O,与UV结果吻合。又因在2900 ~ 2700 cm-1之间未见-CHO中的C-H吸收峰,故该化合物应为酮。 重要的IR吸收峰
提供化合物中所含氢核的信息: 1. 氢的类型:含氢官能团种类 2. 氢的分布:各类型氢的数目 3. 氢核间关系 : 通过偶合裂分可知邻碳氢原子数目,进一
步推测含氢官能团连接关系。
五、核磁共振碳谱(13C NMR)
1. 化学互不等价的碳数目:质子宽带去偶(全去偶)碳 谱中出峰数目(除含D、F、P等化合物)
(5)质谱(MS)的解析
主要碎片离子峰推测结构信息(43、77、91、105)
4.推定结构式
总结所有官能团和结构片段,找出各结构单元的关系, 提出一种或几种可能结构式。
5. 验证(检验结构与各种谱图是否都相符)
用IR核对官能团 用13C NMR核对碳核的数目、类型 用1H NMR核对氢核化学位移和相互偶合关系 MS中主要碎片离子峰能否由合理裂解生成 用UV核对共轭体系和一些官能团的取代位置,用经验 公式计算λmax
吸 收 峰(cm-1)
3413 (弱) ~ 2950(强) 1709 (强)
可能的结构类型
νC=O 的 倍频峰 νC-H 有CH3或 CH2 νC=O 有醛、酮、酸等
1H
NMR谱:
(a) 1H NMR图谱出现三组峰,其比值为2:2:3 (b)δ = 0.86 ppm:三个质子,为CH3。裂为三重峰,相邻C上必有2个氢, 即有CH3-CH2-结构。 (c)δ = 2.37 ppm:为-CH2-,与电负性基团相连,-CH2-CO-;又因该峰裂 分为三重峰,说明邻近的C上有2个氢,故应存在结构:-CH2-CH2-CO-。 (d)δ = 1.57 ppm:2个质子,六重峰说明有五个相邻的质子,其结构必为 CH3-CH2-CH2-,又峰位在1.57 ppm处,说明该碳邻近有吸电子基团,故可得
解析顺序与原则: “先特征 ( 区)、后指纹 (区 );先最强 (峰 )、后次强 ( 峰 ); 先粗查、后细找;先否定、后肯定;解析一组相关峰”
(3)核磁共振氢谱的解析顺序
1. 计算各组信号积分面积比,求出每组峰氢原子数目。初步判 断CH、CH2、CH3
2. 先解析单峰:如CH3O-、CH3N-、CH3Ph、CH3-C≡等孤立甲基
IR (cm-1) S-H 2590~2550 S=O 1420~1010
MS (m/z) 32+R,34+R 32S:34S=100:4.44
结构 含硫官 能团 没有直接信息 除SH外无直接信 息。
含磷官 能团
没有直接信息; 有C-P偶合
除PH外无直接信 息; 有P-H偶合
P-H 2440~2250 P=O,P-O 1350~940
(4)约45ppm处出峰表明该碳可能与吸电子基团如C=O相连。
MS:
(1)分子离子峰m/z = 114, 故分子量为114。 (2)计算同位素峰丰度比: (M+1) / M = 1 / 13 = 7.7 % (M+2) / M = 0.06 / 13 = 0.46%
C原子数上限 [M 1] 100 [M] 1.1
从(M+2)/M、(M+1)/M查贝农表,推算分子式 从M、M+2、M+4推测Cl、Br、S的存在 氮律推测氮原子数目
(3)综合光谱数据与元素分析确定分子式
2.计算不饱和度
U = n4+1 – ( n1 – n3) /2
由分子式计算不饱和度推测未知物的类别,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
(3)氮律推测氮原子数目
(4)从(M+2)/M、(M+1)/M查贝农表,推算分子式 (5)主要碎片离子峰推测结构信息(43、77、91、105) (6)验证推测结构的正确性。
二、紫外-可见光谱(UV-Vis)
确定化合物的类型及共轭情况。如:是否是不饱和化合物
(共轭烯烃和不饱和羰基化合物);是否具有芳香环结构。
7.7% / 1.1% = 7,所以该化合物含C数不会超过7。 又由0.46%可知该化合物中不含Cl、Br、S。 (3)CH3CH2CH2CO片段分子量为71,剩余片段分子量 应为114-71=43,推测为丙基,且为正丙基,理由为:若 为异丙基,则与碳谱和氢谱出峰不符。
2. 碳的杂化类型或所连基团信息:由c值来判断
3. 碳上氢的个数:偏共振去偶(C与H的偶合也服从n+1律)
或DEPT确定伯、仲、叔、季碳
综合波谱解析的顺序与重点
1.确定分子式
(1)经典的分子量测定方法 沸点升高、凝固点降低法、蒸汽密度法、渗透压法。
(2)质谱法 高分辨质谱:能精确测定分子量,直接推出分子式。 低分辨质谱:由同位素峰丰度比推出元素组成和分子式。
可提供某些官能团的信息,如是否含有羰基、炔基、烯基等,
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。
三、红外吸收光谱(IR)
推测官能团,判断化合物类别
提供未知物的细微结构,如直链 / 支链、苯环取代方
式等信息,但在综合光谱解析中居次要地位。
四、核磁共振氢谱 (1H NMR)
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