第8章 波谱分析 华南理工大学有机化学讲义

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《有机化学》第三版 第8章

《有机化学》第三版 第8章

allyl bromide
有些多卤代烷有其特别的名称,常用俗名或商品名或根据来源命名,例如 CHCl3 称为 氯仿(chloroform) ,CHBr3 称为溴仿(bromoform) ,CHI3 称为碘仿(iodoform) ,CCl4 称为
2
四氯化碳(carbon tetrachloride) 。 2.系统命名法 卤代烃可以看作是烃的衍生物,把卤原子作为取代基,烃作为母体。命名的基本原则与 烃的命名规则相同。对于不饱和卤代烃,编号时,应尽可能使不饱和键的位次最小。双键有 立体构型则还要标出其构型。英文命名时,卤原子用词头 fluoro-、chloro-、bromo-、iodo-表示。 例如:
图 8-3 溴乙烷的 1H-NMR 谱
6
图 8-4 异丙基溴的 1H-NMR 谱 8.3 卤代烃的制备
目前从自然界中发现的天然卤代烃数目很少, 绝大多数卤代烃是通过合成方法得到的。 由于 卤代烃化学性质活泼, 通过化学反应可把卤代烃转化为多种含重要官能团的化合物, 卤代烃 的制备显得非常重要。 8.3.1 饱和碳原子上氢原子的卤代 在光照或高温条件下,烷烃与卤素发生自由基取代反应生成卤代烷(见 4.1 节) ,但烷烃 中几种不同的氢的反应活性相差不大,卤素的反应活性又高(如氯气)的情况下,常常得到 混合物,而且得到的混合产物很难通过化学方法分离,所以一般情况下,通过烷烃的自由基 卤代反应制备卤代烃的意义不大。 但这种自由基取代反应通常用来制备烯丙型和苄基型卤代 烃。工业上,可以通过调节烷烃与卤素的摩尔比和反应条件,来制备一氯甲烷和四氯化碳。 下面这些烃的自由基卤代反应具有较高的选择性,可用于制备卤代烃。
通常把卤素连在双键 α 碳原子上的卤代烃称为烯丙型卤代烃, 卤素直接连在双键碳原子 上的称为乙烯型卤代烃,卤素连在苯环 α-碳原子上的称为苄基型卤代烃,卤素直接连在苯 环上的称为苯基型卤代烃。

基础有机化学-第八章 有机化合物的波谱分析

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


紫 外

线
线

近中


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:

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

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。

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

1 1 1 1 5 4 10 3
2 3 6 10
1 1 4 5 1 1
五、核磁共振谱的解析及应用
核磁共振谱图主要可以得到如下信息: (1)由吸收峰数可知分子中氢原子的种类。 (2)由化学位移可了解各类氢的化学环境。 (3)由裂分峰数目大致可知各种氢的数目。 (4)由各种峰的面积比即知各种氢的数目。
δ =
υ 样品
υ TMS
υ 仪器所用频率
106 标准化合物TMS的δ值为0。 ×
4.影响化学位移的因素
(1)诱导效应 1°δ值随着邻近原子或原子团的电负性的增加而增加。 2° δ值随着H原子与电负性基团距离的增大而减小。 3° 烷烃中H的δ值按伯、仲、叔次序依次增加。 (2) 电子环流效应(次级磁场的屏蔽作用) 烯烃、醛、芳环等中,π电子在外加磁场作用下产生环 流,使氢原子周围产生感应磁场,其方向与外加磁场 相同,即增加了外加磁场,所以在外加磁场还没有达 到Ho时,就发生能级的跃迁,因而它们的δ很大(δ= 4.5~12)。
H
感应磁场 H'
外加磁场 Ho
3.化学位移值
化学位移值的大小,可采用一个标准化合物为原点,测出峰与 原点的距离,就是该峰的化学位移值,一般采用四甲基硅烷为标 准物(代号为TMS)。 化学位移是依赖于磁场强度的。不同频率的仪器测出的化学位 移值是不同的, 为了使在不同频率的核磁共振仪上测得的化学位移值相同(不 依赖于测定时的条件),通常用δ来表示,δ的定义为:
试样 TMS 6 10 0
ν试样 试样共振频率频率; νTMS 四甲基硅烷的共振频率 ν0 操作仪器选用频率
不同类型质子的化学位移值
质子类型 RCH3 R2CH2 R3CH R2NCH3 RCH2I RCH2Br RCH2Cl RCH2F ROCH3 RCH2OH, RCH2OR RCOOCH3 RCOCH3, R2C=CRCH3 化学位移 0.9 1.2 1.5 2.2 3.2 3.5 3.7 4.4 3.4 3.6 3.7 2.1 质子类型 ArCH3 RCH=CH2 R2C=CH2 R2C=CHR RC≡CH ArH RCHO RCOOH, RSO3H ArOH ROH RNH2, R2NH RCONH2 化学位移 2.3 4.5 ~ 5.0 4.6 ~ 5.0 5.0 ~ 5.7 2.0 ~ 3.0 6.5 ~ 8.5 9.5 ~ 10.1 10 ~ 13 4~5 0.5 ~ 6.0 0.5 ~ 5.0 6.0 ~ 7.5

有机化学有机化合物的波谱分析PPT课件

有机化学有机化合物的波谱分析PPT课件
红外光谱是以波长λ或波数σ第为5横页/坐共8标0页,表示吸收峰的峰位;以透射比 T(以百分数表示,又称为透光率或透过率)为纵坐标,表示吸收强度。
5
7.2.1分子化学键的振动和红外光谱
1.振动方程式
可把双原子分子的振动近似地看成用弹簧连接着的两个小球的 简谐振动。根据Hooke定律可得其振动频率为:
分子化学键的振动是量子化的,其能级为:
式中: υ为振动量子数(0,1,2,…);h为Planck常量;ν振为化学 键的振动频率。
第8页/共80页
8
分子由基态υ =0跃迁到激发态υ =1时吸收光的能量为:
第9页/共80页
9
分子振动频率习惯以σ表示,由(7–2)式、(7–3)式和(7–5)式得:
红外吸收峰的峰位(σ)取决于键的力常数,以及键两端所连原子的 质量m1和m2,即取决于化合物分子的结构。这是红外光谱用来测 定化合物结构的理论依据。
n≥4在 725~720 处有吸 收。
32
1300 cm-1以下区域的光谱:715 cm-1处的面外弯曲振动吸收,表明 烯烃为顺式构型。
综合以上分析,有双键吸收,无三键及甲基吸收,另一不饱 和≥4在 725~720 处有吸 收。
33
7.3核磁共振谱(NMR)
这样对测定有机化合物结构毫无意义。但实验证明,在相同频 率照射下,化学环境不同的质子在不同的磁场强度处出现吸收峰。
第20页/共80页
20
3.鉴定已知化合物
用被测物的标准试样与被测物在相同条件下测定红外光谱,若 吸收峰位置、强度和形状完全相同,可认为是同一种物质(对映异 构体除外)。若无标准试样而有标准谱图,可查阅标准谱图。
查阅时应注意被测物与标准谱图所用试样的状态、制样方法、 所用仪器的分辨率等是否相同。

8《有机化学》(第四版)高鸿宾_华南理工大学课件(共十四章)

8《有机化学》(第四版)高鸿宾_华南理工大学课件(共十四章)
不同烃基取代的乙烯吸收 峰位置或吸收峰数有差异见 (P299表8-2末栏中)
δ δC H 面外(SP ) δN O
3
( C H 面外 SP 2、 ) SP
同碳多甲基结构有双尖峰, 吸收峰强度加强。
低频指纹区反映化合物的微小差异变化 十分灵敏。 例如:

δCH3 δ CH(CH )
3
1380cm-1处为单峰(m)
电磁波照射频率/Hz 60 200 300
B0
图8.12 核磁共振谱示意图
NMR谱图给出的结构信息: 化学位移——说明氢周围电子状况。 自旋裂分——则峰的分裂,说明相邻氢的个数. 偶合常数——自旋裂分所产生谱线的间距。 峰面积(积分线)—— 说明相同化学环境的氢 的个数的。
图8.13 乙醇的1H–NMR谱和它的三种不同质子积分曲线
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 伸缩振动频率范围/cm-1
C―H 2850~2950 O―H 3200~3600 N―H 3350~3500 比C―C、C―N、C―O键的1600-1300cm-1频率高。
T/%
高频区
指纹区
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
表8.2 常见有机化合物基团的伸缩振动特征频率
化学键类型 频率cm-1
化学键类型
频率cm-1
单键
O H(醇、酚) O H(羧酸) N H C H C H C H C O 3200~3600 2500~3600 3350~3500 3310~3320 3000~3100 2850~2950 1025~1200

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

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。

第八章 有机化合物的波谱分析_2

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。

《波谱分析辅导》PPT课件

《波谱分析辅导》PPT课件

·F,HF
含氟化合物
·C≡CH
炔化物
CHCH,·CN 芳烃、腈化物
·CHCH2,HCN 烃类、腈化物
CH2CH2,CO 烯烃、丁酰基类、乙酯类、醌类
·C2H5,·CHO 烃类、丙酰类、醛类
NO,CH2O
硝基苯类、苯甲醚类
·OCH3,·CH2OH 甲酯类、含CH2OH侧链
CH3OH
甲酯类、伯醇、苯甲醚
整理ppt
34
氯与溴的同位素丰度
整理ppt
35
与P方向平行, 磁旋比,不同的核具有不同的磁旋比,它 是磁核 一个特征(固定)值。
(3) 只有自旋量子数(I)不为零的核具有磁矩
整理ppt
16
具有磁矩的核:
o P
原子核存在自旋,核磁矩不为零,能
与外加磁场相互作用,发生能级分裂,
用于核磁共振分析
质量数(a) 原子序数(Z)自旋量子(I)
例子
奇数
偶数 偶数
戊酮类、己酰基等
·C4H9,C2H5CO· 丙酰类、丁基醚、长链烃
C3H7O·
丙酯类
CH3COOH
羧酸类、乙酸酯类
CH3C(OH)2· 乙酸酯的双氢重排
·SC2H5 ,C2H5SH 硫醇类、硫醚类
·Br,HBr
含溴化合物
·I,HI
含碘化合物
整理ppt
32
整理ppt
33
电子轰击源(Elextron Bomb Ionization, EI) ——热阴极发射出能量为70eV的高能电子束,在高速向 阳极运动时,撞击来自进样系统的样品分子,使样品分 子发生电离。
1
4
e2
3 250 300 350
λ 400nm

波谱分析法ppt课件

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n→*跃迁引起的。
该带的特征:吸收峰强度弱ε<100, λmax>260nm
*
练习
预测下列化合物产生哪些电子跃迁? 能出现什么吸收带?
CH CH COOH
NO2
O C H C H C H C H 3 2 2
*
第一章
紫外吸收光谱法
Ultraviolet Absorption Spectroscopy( UV)
n→*跃迁产生的吸收带发生蓝移
*
溶剂极性改变使吸收带位移的原因:一般认为是极性溶剂 对n 、 、*轨道的溶剂化作用不同引起的。 轨道的极性 顺序:n > * > ,轨道极性越大,受溶剂极性的影响 也越大。
n→*跃迁所需的能量最低 (max 270-300nm)
例如 饱和酮:n→*跃迁max 270-290nm附近的弱谱 带 (同时也产生→*跃迁max 180nm左右的强谱带 ) *
电子跃迁类型与分子结构及存在的基团有密切 的联系,因此,可依据分子结构预测可能产生的电 子跃迁。
例如 饱和烃 只有→* 跃迁 烯烃有 →* 、→* 跃迁 脂肪醚 →* 、n→* 跃迁 醛、酮存在 →* 、n→*、 →*、n→* 四种跃迁
第三节
影响UV的主要因素
一、分子结构的影响
二、共轭体系的影响 三、取代基的影响 四、溶剂的影响 五、pH值的影响
*
影响UV的主要因素:
1、分子内部因素:分子结构
2、外部因素:分子与分子间相互作用 或与溶剂分子之间的 作用。
*
一、分子结构的影响
1、双键位置的影响
O CH CH C CH3 CH3
O CH CH C CH3 CH3
4、质谱分析法(MS)
用于鉴别有机化合物结构的定性分析方法。

有机化学-第八章-有机化合物的波谱分析

有机化学-第八章-有机化合物的波谱分析

有机化学 第八章 有机化合物的波谱分析
2
1. 化合物不饱和度的计算公式
(不饱和度)= 1/2(2 + 2n4 + n3 - n1)
n4 、 n3 、 n1分别表示分子中四价、三价和一价元素的原子个数
实例1 分子式 C7H9N =1/2(2+27+1-9)=4 可能的结构
实例2 分子式 C5H8O2 =1/2(2+25-8)=2 可能的结构
29
2,2–二甲基己烷的红外光谱图
有机化学 第八章 有机化合物的波谱分析
30
有机化学 第八章 有机化合物的波谱分析
31
1–己炔的红外光谱图
有机化学 第八章 有机化合物的波谱分析
32
甲苯的红外光谱图
有机化学 第八章 有机化合物的波谱分析
33
4. 核磁共振氢谱 (Nuclear Magnetic Resonance) (8.3)
紫外可见光谱 (ultraviolet-visible
UV 分子中π电子体系
spectroscopy)
质谱 (mass spectrometry)
MS 1. 相对分子质量 2. 分子式 3. 分子中结构单元
有机化学 第八章 有机化合物的波谱分析
5
分子吸收光谱:
分子吸收光谱示意图
E= hν = hc /λ
1. ) 化学位移的由来 化学位移是由核外电子的屏蔽效应引起的。
有机化学 第八章 有机化合物的波谱分析
40
在外加磁场作用下,由于核外电子在垂直于外加磁场 的平面绕核旋转,从而产生与外加磁场方向相反的感 生磁场H’。
H实 H0 H ' H0 H0 H0 (1 )
有机化学 第八章 有机化合物的波谱分析

有机化学课件-波谱分析

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。

有机化合物波谱分析(课堂PPT)

有机化合物波谱分析(课堂PPT)
23
不同能量的电磁波能引起物质不同运动状态的变化,促 使一定能态的基态跃迁至激发态,在连续的电磁波谱上出现 吸收信号。
3
高能辐射区 光学光谱区
γ 射线 x 射线 紫外光 可见光 红外光
引起原子核的裂变

使内层电子逸出轨道
引起原子和分子外层价电子跃迁 引起分子振动和转动状态变化
波长
波谱区
微波 引起单电子自旋改变烯Βιβλιοθήκη 类型各类烯烃的特征吸收位置表
v=C–H/cm-1
vC=C/cm-1
RHC=CH2 R1R2C=CH2 R1HC=CHR2(Z)
3100~3000(m) 3100~3000(m) 3100~3000(m)
R1HC=CHR2(E) 3100~3000(m)
R1R2C=CHR3
3100~3000(m)
面外弯曲γ:包括面外摇摆和蜷曲。 面外摇摆ω
蜷曲τ
14
变形振动δ :包括对称变形振动和不对称变形振动。 对称的变形振动δs
不对称的变形振动δas
15
8.1.2 烃类化合物的IR谱图解析
8.1.2.1 烷烃
烷烃的IR谱应关注三个吸收段的情况: (1) C–H伸缩振动(vC–H):3000~2800cm-1;
形判断化合物的官能团,确定化合物类别。 红外光谱产生必要条件 分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为0,即分子产生
红外活性振动过程中:
Δμ ≠ 0
8
8.1.1 分子的振动和红外光谱
8.1.1.1 振动方程式
√ √ 1
v振 动 =2 π
μ K=2 1 π Km 11+m 12
√ 1
σ=2πc
K
m 11+

有机波谱分析课件一.绪论

有机波谱分析课件一.绪论

波谱分析法被广泛地应用于各科研生产中,本 校化学化工学院实验室具有:
HP6890/5973 GC/MS
产于美国PE公司
GC-14B
产于日本岛津公司
HPLC 产于美国Waters公司
FT-IR 产于美国PE, 伯乐公司
UN-Vis 产于日本岛津公司
诺贝尔化学奖享有世界最高荣誉,设有物理、
化学、生物或医学、文学和和平五项奖。1901年, 瑞典皇家科学学院成立,根据诺贝尔遗愿,诺贝尔 奖金委员会首次颁奖。截止到2003年,诺贝尔奖的 颁发已有一百多年的历史了。期间共颁发化学奖94 次,8年因第一、二次世界大战末颁奖。
从最近几十年来诺贝尔化学奖颁奖的情况来看,化学科学逐 渐出现了和生命科学相融合的趋势。在20世纪的最后25年里, 诺贝尔化学奖有三分之一左右给予化学与分子生物学领域研究 的成果。其中大部分获得项目往往直接或间接地在波谱分析方 面获得了突破.如:2002年诺贝尔化学奖由在质谱和核磁共振这 两个重要领域的科学家们分享。获奖者,质谱领域的 John.B.Fenn 和KoIchi Tanaka(田中耕一),核磁共振领域 的Kort Wuthrich,对生物化学领域的进一步发展作出了贡献。
质谱技术早在十九世纪末就出现了,最早用于小分 子分析是由 Joseph J. Thompson 在1912年报道的。二十 世纪有许多诺贝尔奖直接依赖于质谱分析。例如, Harold Urey 发现氘(获得1934年诺贝尔化学奖),富勒烯, “足球碳”的发现使Robert Carl, Sir Harold Kroto和 Richard Smalley 获得1996年诺贝尔化学奖。
核磁共振在生物大分子中的应用
质谱能够回答诸如“是什么”和“有多少种”蛋白质这 样的问题,而核磁共振则回答这种蛋白质“是什么样子”的问 题。
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测定有机物结构的2种方法:化学法和波谱法
-需要较多试样(半微量 分析,用样量为io — 100mg)
•损坏样品
-大量的时间(吗啡碱, 1805-1952年)
•需要熟练的实验技巧, 高超的智慧和坚韧不拔 的精神。
•样品用量少(<30mg) -不损坏样品(MS除外) •分析速度快(VlOmin) •对*C及一c = c 一的构型 确 定比较方便
面外弯曲-H面外弯曲振动特征吸收(cm-1 )
RCH=CH2 910, 990
R2C=CH2 890
顺—RCH=CHR' 665〜730 反-RCH=CHR' 960~980
R2C=CHR' 790~840
一、红外吸收光谱
饱和碳的C-H伸缩振动一般可见四个吸收峰,其中-CH3两 个:〜2960cm-i、〜2870cm」; -CH2-两个:〜2925cm」、 -2850cm-1 o由此两组峰的强度可大致判断甲基和亚甲基的 比例。
核磁共
所属波谱
吸收光谱
振谱
分子结构与吸收光谱的关系:
E2
hv =AE = E2 - E1
电子能级:UV 振动能
AE
级:IR 原子核自旋能
E1 级:NMR
AE 吸收光谱 分子结构
二、红外吸收光谱
由于分子吸收了红外线的能量并导致分子内振动能级的跃 迁而产生
的记录信号。IR谱主要提供分子中官能团的结构信息
丿
波谱法已成为有机结构分析的常规方法。
第八章有机化合物的波谱分析
有机结构分析所要解决的问题
口分子含有哪些基团 口基团之间是如何连接的(包括空间排列) 口提出并验证整个分子模型
现代仪器 分析方法
元素分析--元素组成
质谱(MS)——分子量及部分结构信息
mass
spectrometry 红外
官能团种类

一、红外吸收光谱
几个明显的红外特征峰
■ -OH (醇和酚):
-OH吸收处于3200〜3650cm」,由于-OH可形成分子间或 分
子内氢键,而氢键所引起的缔合对红外吸收峰的位置、形 状和强 度都有重要影响。
•游离-OH吸收在较高波数3610〜3640 cm」,峰形尖锐。 •分子间-OH缔合时,红外吸收向较低波数移动(3300 cm-1) 附近,
光谱(IR)

I紫nf外rar光ed 谱spe(ctrUosVco)py——共轭结构(分子中江电子体系)

ultraviolet-visible spectroscopy

核磁共振谱(NMR) ——C-H骨架及所处化学环境 谱
丿 nuclear magnetic resonance Spectroscopy
表明吸收的越好,故曲线低谷表示是一个好的吸收带。
一、红外吸收光谱
1、红外光谱基本原理
双原子分子的振动是两个原子沿着键轴的方向往复运 动,改 变键长,键角不变。根据Hooke定律振动频率为:
1
兀 v = 2
V m1+m2
k 化学键力常数
OTrawwwm
A <-----------> B Frequency (v)
官能团或价键特征峰位置
官能团及振动类型
VN-H、O-H、C-H
V
VC=C> C N
Vuc、UO、C=N
Vc-O、C- N
3 C-H 面外(SP2、SP)
8c- H 面外(SP 3)、[ 3 NR J
特征频率区c m-1
3600-2800 [ 2400-2100 i 1850-1500 1250-1020
100
3080
1642
3 500 3000 2500 2000 ' ' 1500
波数/cm-】
910 993
1000
500
H^3= CH——(CHZ ——CH3
T % 二一
x 100 % 10
I:表示透过光的强度; 10:表示入射光的强度。
横坐标:波数(b) 400〜4000cm-i;表示吸收峰的位置 纵坐标:透过 率(T %),表示吸收强度。
第八章有机化合物的波谱分析
了解红外光谱的基本原理,熟悉红外光谱的一般特征,初步 掌握识谱能力。 了解核磁共振谱的基本原理,熟悉其谱图特征,初步掌握化 学位移,自旋偶合,会识简单有机化合物的1 HNMR谱。 了解质谱和紫外光谱。 会用红外光谱、氢核磁共振谱等推测简单化合物的结构。
第八章有机化合物的波谱分析
累积双 键的伸缩振动吸收峰。


Y = Z双键伸缩振动区

1600 ~ 1800 cm-1,主要是:C = O

、 C = N、C = C等双键。
指纹区(低频区) 650-1500 cm-1
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。
一、红外吸收光谱
X-射线单晶衍射——立体结构
,、分子吸收光谱和分子结构
电磁波的性质: E= hu = hc/
入 h -普朗克(Planck)常
数: 6.63 x 10-34 Je s u 频率(Hz), u = c - a 入-波 长(nm) c —光速:3 x 108
(m. s-1) a -波数(cm-1)
有机分子中的原子或化
双键
1620~1680
1710~1750 1700~1725 1800~1850 和 1740~1790 1770~1815 1730~1750 1680~1700
三键
_c=c—
2100〜2200
7 ? r r
轲X; MOO 3却 Q 25K 跖的 2011) .60 J l&W 143 1200 100& SCO 波数/ofi
学键键吸收光波或电磁波而产 生振动能级的跃迁,从低能 级跃迁到高能级的能量差等 于光波或电磁波时,就会产 生光波吸收或电磁波吸收而 给出吸收光谱。
分子吸收光谱:
图1分子吸收光谱示意图
电磁波谱与波谱分析方法
电磁波谱区域与类型:
YX


线
线
远紫 紫外

线线
可 见 光
近中 红红 外外 线线
远 红
微 波
无 线 电
波数较低(在低频区1600cm-1以下)
对称伸缩振动(Vs)
反对称伸缩振动(vas)
剪切振动(毎) — 面内弯曲振动 一> 摇摆振动(P) 摇摆振动(^ ) — 面外弯曲振动 一►卷曲振动(T)
产生红外光谱的充要条件:
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。
峰形宽而钝。
•分子内-OH缔合时,红外吸收移向更低波数,例如羧酸内 由于强 烈缔合,吸收峰的底部可延续到〜2500cm-1,形成很宽 的吸收带。
一、红外吸收光谱
■ -NH2:
与-OH相似,游离的-NH2在3300〜3500 cm-1,缔 合后 吸收峰的位置会降低100 cm-1,这里要区别几种不 同的胺: ① 伯胺有两个吸收峰,原因在-NH2有两个N-H键,振动 有对称和非对称两种伸缩振动,所以与-OH区别较大, 吸 收强度比-OH弱;
② 仲胺只有一种振动,吸收峰比-OH要尖锐; ③ 叔胺因N上无H,所以在此区域无吸收
■ C-H (烃基):
C-H键伸缩振动的分界线是3000 cm-1: 不饱和碳(双键及苯环)> 3000 cm-1 饱和碳(除三元环外)< 3000 cm-1
不饱和碳的C-H伸缩振动吸收峰强度较低,往往在> 3000 cm-1处以饱和碳的C-H吸收峰的小肩峰的形式出现。 C=C-H在〜3300 cm-1有很尖锐的吸收峰,不易和其他 不饱和C-H吸收峰混淆。
由分子的伸缩振动导致, 分子弯曲及伸缩振动吸收峰,
用于鉴定各种不同官能团 多用于鉴定基团的结合方式
-若某一未知物的红外图谱的指纹区与某一标准样品完全相同,可 判断它们是同一化合物。 -应用指纹区可以确定双键上、苯上取代基的个数以及构型。
■ 一些基团的吸收带的频率和相对强度见p299表8-2o
表8.2常见有机化合物基团的伸缩振动特征频率
图2正辛烷的红外光谱图
图3 2-甲基庚烷的红外光谱图
一、红外吸收光谱
影响化学键振动频率的因素:
▲成键原子质量越小,其化学键键的振动频率越高。
化学键i 7 二
C—H键
O—H
N—H
伸缩振动频率范围■/cm」 2850〜2950 6 3200〜3600 藉
3350〜3500
比 C—C、C—N、C—O键的 1600-1300cm-i 频率高。
1000-650
1600-1300
规律说明
N-H、O-H形成氢键时吸收 峰 向低频移动,峰形变宽
不饱和官能团形成共轭体 系时,吸收峰也向低频移动, 峰形变宽。
不同烃基取代的乙烯吸收 峰位置或吸收峰数有差异见 (P299表8-2末栏中)
同碳多甲基结构有双尖峰, 吸收峰强度加强。
一、红外吸收光谱
低频指纹区反映化合物的微小差异变化十分灵敏。敏 例如:
8CH3
X
1380cm-1 处为单峰(m)
CH3
UCH(CH3)2、-1390 -1365Cm』(S接)双近尖相峰等吕。强度 /
)
CH 3
接近相等。y
U«(CH3)3 1400 -1365Cm(W、S)双尖峰、强度('
差别很大。
UU((CCHH22))»14_732752-57- 27020ccmm-11 ((ww))单、峰单(峰移向低频)
CH3在〜1380、CH2在〜1460cm-1处同时有吸收,而前一
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