有机化合物波谱分析(课堂PPT)
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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
短
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+
伸缩振动分类：不对称伸缩、对称伸缩。
(1) 对称伸缩振动vs
(2) 不 对 称 伸 缩 振 动 vas
12
二. 弯曲振动(变形振动，变角振动) 弯曲振动：指键角发生周期性变化，而键长不变的振动。
包括面内弯曲振动、面外弯曲和变形振动。 面内弯曲振动β：包括剪式振动和面内摇摆。
剪式振动δ
面内摇摆ρ
13
vC–H > vC–C > vC–O
10
用波数(σ)或波长(λ)为横坐标，用透光率(Transmittance，T%) 为纵坐标作图，可得到红外吸收光谱图。
11
8.1.1.2 分子振动类型
分子中键的振动分类：伸缩振动、弯曲振动。 一. 伸缩振动v
伸缩振动：键长沿键轴方向发生周期性变化的振动。它们所 产生的吸收带在高波数一端。
4. 质谱 (MS) (Mass Spectroscopy)
正离子质量谱
5
有机化合物结构研究方法
元素分析 —— 元素组成 质谱 (MS) —— 分子量及部分结构信息 红外光谱 (IR) —— 官能团种类 紫外−可见光谱 (UV / Vis) —— 共轭结构 核磁共振波谱 (NMR) —— C–H骨架及所处化学环境 X-射线单晶衍射 —— 立体结构
CH3
对称变形(δs) ：~1380cm-1(s)
CH2剪切(δ)：~1460cm-1(s)
(3) CH2平面摇摆(ρ)：780~720cm-1(m) 。 (CH2)n，n≥4时，~720cm-1
17
18
CH3(CH2)6CH3
19
(4) –CH(CH3)2中CH3的对称变形振动(δs)：
~1385cm-1(m) ~1370cm-1(m)
R1R2C=CR3R4
1645(m) 1653(m) 1650(m~w) 1675(w~n) 1680(m~w) 1670(w~n)
ω=C–H／cm-1 995~985(s) 910~905(s) 895~885(s) 730~650(m, b) 980~965(s) 840~790(s)
22
C H 3(C H 2)4C HC H 2
无线电波 引起磁性核的自旋改变
长
4
有机化学四大谱
1. 红外光谱 (IR) (Infrared Spectroscopy)
分 子
2. 紫外光谱 (UV) (Ultraviolet Spectroscopy)
吸 收
3. 核磁共振谱 (NMR)
光 谱
(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)
1 m2
c：光速， μ：原子的折合质量，
K：键的力常数
谐振子，简谐振动
9
√ 1
σ=2πc
K
m 11+
1 m2
由振动公式可知，力常数K相当于键的强度，随着键能的增 加，IR谱在高波数(高能)一端具有吸收带。例：
vC≡C > vC=C > vC–C vO–H > vN–H > vC–H
IR谱的吸收位置除与键的力常数K有关外，还与键两端的原 子质量(m1、m2)有关，与质量大的原子结合在一起，IR谱吸收 位置处于低波数一端。例：
不对称(as)：~2960cm-1(s) CH3 对称(s)：~2870cm-1(s) vC–H
不对称：~2920cm-1(s) CH2 对称：~2850cm-1(s)
16
(2) C–H弯曲振动(δC–H)：1350~1490cm-1，包括CH3变形和 CH2剪切；
δC–H
不对称变形(δas)：~1460cm-1(m)
有机化合物波谱分析
1
电磁辐射(电磁波，光)：以巨大速度通过空间、不需要任何 物质作为传播媒介的一种能量。
电磁辐射的性质：具有波、粒二象性：
光的能量
E = hv
普朗克常数 光的频率
v=
c λ
= cσ
波长
波数
2
电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称为电磁波谱。 γ射线→x射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
6
7
红外光谱 (Infrared Spectroscopy，IR) 的产生 分子振动和转动所吸收能量而产生的光谱称为红外光谱，
又称为分子振转光谱。 红外光谱 (中红外) 的能量吸收范围 λ：2.5~25μm (σ：4000~400cm-1) 红外光谱的应用 鉴定化合物结构：根据红外吸收曲线的峰位、峰强以及峰
对称双峰 (裂距小)
CH3C C CHCH3 CH3CH3 CH3
20
(5) –C(CH3)3中CH3的对称变形振动：
~1395cm-1(m) ~1370cm-1(s)
不对称双峰 (裂距大)
CH3 CH3 C CH2CH2CH3
CH3
21
8.1.2.2 烯烃
烯 烃 主 要 有 =C–H伸 缩 振 动 (v=C–H)、 C=C 伸 缩 振 动 (vC=C)和 =C–H弯曲振动(ω=C–H)三类吸收段。
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
短
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+
伸缩振动分类：不对称伸缩、对称伸缩。
(1) 对称伸缩振动vs
(2) 不 对 称 伸 缩 振 动 vas
12
二. 弯曲振动(变形振动，变角振动) 弯曲振动：指键角发生周期性变化，而键长不变的振动。
包括面内弯曲振动、面外弯曲和变形振动。 面内弯曲振动β：包括剪式振动和面内摇摆。
剪式振动δ
面内摇摆ρ
13
vC–H > vC–C > vC–O
10
用波数(σ)或波长(λ)为横坐标，用透光率(Transmittance，T%) 为纵坐标作图，可得到红外吸收光谱图。
11
8.1.1.2 分子振动类型
分子中键的振动分类：伸缩振动、弯曲振动。 一. 伸缩振动v
伸缩振动：键长沿键轴方向发生周期性变化的振动。它们所 产生的吸收带在高波数一端。
4. 质谱 (MS) (Mass Spectroscopy)
正离子质量谱
5
有机化合物结构研究方法
元素分析 —— 元素组成 质谱 (MS) —— 分子量及部分结构信息 红外光谱 (IR) —— 官能团种类 紫外−可见光谱 (UV / Vis) —— 共轭结构 核磁共振波谱 (NMR) —— C–H骨架及所处化学环境 X-射线单晶衍射 —— 立体结构
CH3
对称变形(δs) ：~1380cm-1(s)
CH2剪切(δ)：~1460cm-1(s)
(3) CH2平面摇摆(ρ)：780~720cm-1(m) 。 (CH2)n，n≥4时，~720cm-1
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CH3(CH2)6CH3
19
(4) –CH(CH3)2中CH3的对称变形振动(δs)：
~1385cm-1(m) ~1370cm-1(m)
R1R2C=CR3R4
1645(m) 1653(m) 1650(m~w) 1675(w~n) 1680(m~w) 1670(w~n)
ω=C–H／cm-1 995~985(s) 910~905(s) 895~885(s) 730~650(m, b) 980~965(s) 840~790(s)
22
C H 3(C H 2)4C HC H 2
无线电波 引起磁性核的自旋改变
长
4
有机化学四大谱
1. 红外光谱 (IR) (Infrared Spectroscopy)
分 子
2. 紫外光谱 (UV) (Ultraviolet Spectroscopy)
吸 收
3. 核磁共振谱 (NMR)
光 谱
(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)
1 m2
c：光速， μ：原子的折合质量，
K：键的力常数
谐振子，简谐振动
9
√ 1
σ=2πc
K
m 11+
1 m2
由振动公式可知，力常数K相当于键的强度，随着键能的增 加，IR谱在高波数(高能)一端具有吸收带。例：
vC≡C > vC=C > vC–C vO–H > vN–H > vC–H
IR谱的吸收位置除与键的力常数K有关外，还与键两端的原 子质量(m1、m2)有关，与质量大的原子结合在一起，IR谱吸收 位置处于低波数一端。例：
不对称(as)：~2960cm-1(s) CH3 对称(s)：~2870cm-1(s) vC–H
不对称：~2920cm-1(s) CH2 对称：~2850cm-1(s)
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(2) C–H弯曲振动(δC–H)：1350~1490cm-1，包括CH3变形和 CH2剪切；
δC–H
不对称变形(δas)：~1460cm-1(m)
有机化合物波谱分析
1
电磁辐射(电磁波，光)：以巨大速度通过空间、不需要任何 物质作为传播媒介的一种能量。
电磁辐射的性质：具有波、粒二象性：
光的能量
E = hv
普朗克常数 光的频率
v=
c λ
= cσ
波长
波数
2
电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称为电磁波谱。 γ射线→x射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
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红外光谱 (Infrared Spectroscopy，IR) 的产生 分子振动和转动所吸收能量而产生的光谱称为红外光谱，
又称为分子振转光谱。 红外光谱 (中红外) 的能量吸收范围 λ：2.5~25μm (σ：4000~400cm-1) 红外光谱的应用 鉴定化合物结构：根据红外吸收曲线的峰位、峰强以及峰
对称双峰 (裂距小)
CH3C C CHCH3 CH3CH3 CH3
20
(5) –C(CH3)3中CH3的对称变形振动：
~1395cm-1(m) ~1370cm-1(s)
不对称双峰 (裂距大)
CH3 CH3 C CH2CH2CH3
CH3
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8.1.2.2 烯烃
烯 烃 主 要 有 =C–H伸 缩 振 动 (v=C–H)、 C=C 伸 缩 振 动 (vC=C)和 =C–H弯曲振动(ω=C–H)三类吸收段。