优选有机化学第三章光谱
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第一代：棱镜作为分光元件，分辨率较低，恒温恒湿的操 作环境等; 第二代：衍射光栅作为分光元件,与第一代相比，分辨率大 大提高、能量较高、价格较便宜、对恒温恒湿的要求不高; 第三代：20世纪70年代以后发展起来的傅里叶变换红外光 谱仪（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）
于0.01%。
13
红外光谱法的优点：
[1] 对样品无破坏。 [2] 样品形态不限，气态、液态、固态样品均可测定，各种
形态样品的红外谱间可相互转换。 [3] 信息量丰富: 每种化合物都有红外吸收，从红外光谱可
以得到大量信息。
[4] 样品用量较少。 [5] 仪器比较便宜(与核磁等相比)。 [6] 有大量数据可参考。 [7] 红外吸收速度(1015秒)比荧光(>109秒)和核磁共振
Spectroscopy and Electromagnetic Spectrum
5
1. 概念
● 波长(wavelength) ：用nm或um表示
● 频率(frequency):
c
(Hz)
● 波数(wave number): 1 c
(cm－1)
2. 表征分子结构的基本原理
Question 1. 原子和分子所具有的能量是连续的？
8
2. 表征分子结构的基本原理
Question 2. 电磁波通过物质时，是否都被吸收？
分子获得的能量 E＝h
电磁波频率 所遇分子的结构
分子对能量的吸收是有选择的
能量等于分子中两个能级的能量差时才被吸收
分子吸收一定频率的波，反映了分子内质点的种类和运动状态
9
3. 波谱
(1) 定义：分子吸收电磁波的能量后，从较低能级跃迁到较高 能级，产生波吸收谱。
◆ 质谱(mass spectrum-MS): 分子量及部分结构信息 ◆ 红外光谱(infrared spectrum-IR): 官能团种类 ◆ 紫外/可见光谱(ultraviolet and visible spectroscopy -
UV /Vis): 共轭结构 ◆ 核磁共振波谱(nuclear magnetic resonance soectrum-
● 1905年－库柏伦茨(Coblentz)已系统研究了128种化合物 的红外吸收光谱，并总结了一些物质分子基团与其红外 吸收带之间的关系-发展阶段。
11
红外光谱法的发展：
● 1930年－用群论和量子力学方法计算了许多简单分子的 基频和键力常数，发展了红外光谱的理论研究－完善和 成熟阶段。
● 20世纪中期后－仪器和实验技术的发展
(2) 波谱：
❖ 红外波谱（IR）－原子核间的相对振动(振动能级) ❖ 紫外/可见光谱（UV/Vis）－电子运动(电子能级) ❖ 核磁共振谱（NMR）－原子核自旋运动
10
3.2 红 外 光 谱
(Infrared Spectroscopy)
红外光谱法的发展：
● 1892年－朱利叶斯(Julius)用岩盐棱镜和电阻温度计测得 20多种有机物的IR，凡是含有甲基的物质都会强烈地吸 收波长 3.4m的红外光－开拓性工作；
振动能级
是量子化的，称为能级 转动能级 电子能级
6
2. 表征分子结构的基本原理
(1900年)Plank公式： E = hv
h为普朗克常数， h =6.62610-34J·s-1
普朗克认为, 物体只能按hv的整数倍(如1, 2, 3等)一份一份地吸收或释出能量, 而不 可能是0.5, 1.6, 2.3等任何非整数倍－能量 量子化概念。
NMR): C-H骨架及所处化学环境 ★ X-射线单晶衍射 －立体结构
3
有机化合物结构研究方法
3. 有机波谱法特点
(1) 样品用量少，一般2~3mg（可<1mg) (2) 除质谱外，无样品消耗，可回收 (3) 省时，简便 (4) 配合元素分析（或高分辨质谱），可准确确定
化合物的分子式和结构
4
3.1 电磁波的基本概念
优选有机化学第三章光谱
有机化合物结构研究方法
1. 早期的分析方法
物理方法－测沸点、熔点、折射率、旋光度等 ； 化学方法－利用有机物官能团的特征反应，来确定
化合物是属于哪一类化合物。
局限性
物理量测定需要样wk.baidu.com量大； 化学方法分析结构操作较复杂，不易进行。
2
有机化合物结构研究方法
2. 有机波谱法 近代物理方法
振动时不会引起分子
μ=0 偶极矩的变化，观察 不到红外光谱。
12
红外光谱法的发展：
● 20世纪中期后－仪器和实验技术的发展
具有扫描速度快，测量时间短，可以在 1s内获得红外光谱，适合快速反应的研 究。
可以进行与色谱和质谱的联用。 检测灵敏度高，检测极限可达10－9～10
－12g； 分辨率高，波数精度可达0.01cm－1； 光谱范围广，可研究整个红外区。 测定精度高，可达0.1%，而杂散光小
红外光谱产生的条件：
能量相当(E光=△E振动跃迁)
辐射光的频率与分子振动的频率 相当，才能被吸收产生吸收谱。
偶极矩变化 (△μ)
16
一. 红外光谱的基本原理
1. 红外光谱的产生
红外光谱产生的条件：
Question 在实验中能观察到对称炔烃的红外光谱吗？
H－(C≡C)－H R－(C≡C)－R
(106秒)快，适于较高时间分辨率的测量。
14
红外光谱法的缺点：
[1] 与核磁共振等高分辨率波谱学方法相比分辨率较 低。(目前主要的解决办法有同素标记、定点突变 等，二维红外谱目前也有进展)
[2] 水的吸收对红外谱的干扰十分严重。
15
一. 红外光谱的基本原理
1. 红外光谱的产生
红外光谱：
当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率 的辐射，并由其振动运动或转动运动引起偶极矩的净变化，产 生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，从而形成的 分子吸收光谱称为红外光谱。又称为分子振动转动光谱。
Planck
7
2. 表征分子结构的基本原理
能 量
紫外及可见光区
价电子跃迁 △E= 40 ~ 300kcal·mol-1
红外区
键振动 △E= 2 ~ 10kcal·mol-1
远红外及微波区 无线电波区
键旋转
核磁排列
分子内部运动的能级示意图
△E= 10-4 ~ 2kcal·mol-1 △E= ~ 10-6 kcal·mol-1
于0.01%。
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红外光谱法的优点：
[1] 对样品无破坏。 [2] 样品形态不限，气态、液态、固态样品均可测定，各种
形态样品的红外谱间可相互转换。 [3] 信息量丰富: 每种化合物都有红外吸收，从红外光谱可
以得到大量信息。
[4] 样品用量较少。 [5] 仪器比较便宜(与核磁等相比)。 [6] 有大量数据可参考。 [7] 红外吸收速度(1015秒)比荧光(>109秒)和核磁共振
Spectroscopy and Electromagnetic Spectrum
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1. 概念
● 波长(wavelength) ：用nm或um表示
● 频率(frequency):
c
(Hz)
● 波数(wave number): 1 c
(cm－1)
2. 表征分子结构的基本原理
Question 1. 原子和分子所具有的能量是连续的？
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2. 表征分子结构的基本原理
Question 2. 电磁波通过物质时，是否都被吸收？
分子获得的能量 E＝h
电磁波频率 所遇分子的结构
分子对能量的吸收是有选择的
能量等于分子中两个能级的能量差时才被吸收
分子吸收一定频率的波，反映了分子内质点的种类和运动状态
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3. 波谱
(1) 定义：分子吸收电磁波的能量后，从较低能级跃迁到较高 能级，产生波吸收谱。
◆ 质谱(mass spectrum-MS): 分子量及部分结构信息 ◆ 红外光谱(infrared spectrum-IR): 官能团种类 ◆ 紫外/可见光谱(ultraviolet and visible spectroscopy -
UV /Vis): 共轭结构 ◆ 核磁共振波谱(nuclear magnetic resonance soectrum-
● 1905年－库柏伦茨(Coblentz)已系统研究了128种化合物 的红外吸收光谱，并总结了一些物质分子基团与其红外 吸收带之间的关系-发展阶段。
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红外光谱法的发展：
● 1930年－用群论和量子力学方法计算了许多简单分子的 基频和键力常数，发展了红外光谱的理论研究－完善和 成熟阶段。
● 20世纪中期后－仪器和实验技术的发展
(2) 波谱：
❖ 红外波谱（IR）－原子核间的相对振动(振动能级) ❖ 紫外/可见光谱（UV/Vis）－电子运动(电子能级) ❖ 核磁共振谱（NMR）－原子核自旋运动
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3.2 红 外 光 谱
(Infrared Spectroscopy)
红外光谱法的发展：
● 1892年－朱利叶斯(Julius)用岩盐棱镜和电阻温度计测得 20多种有机物的IR，凡是含有甲基的物质都会强烈地吸 收波长 3.4m的红外光－开拓性工作；
振动能级
是量子化的，称为能级 转动能级 电子能级
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2. 表征分子结构的基本原理
(1900年)Plank公式： E = hv
h为普朗克常数， h =6.62610-34J·s-1
普朗克认为, 物体只能按hv的整数倍(如1, 2, 3等)一份一份地吸收或释出能量, 而不 可能是0.5, 1.6, 2.3等任何非整数倍－能量 量子化概念。
NMR): C-H骨架及所处化学环境 ★ X-射线单晶衍射 －立体结构
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有机化合物结构研究方法
3. 有机波谱法特点
(1) 样品用量少，一般2~3mg（可<1mg) (2) 除质谱外，无样品消耗，可回收 (3) 省时，简便 (4) 配合元素分析（或高分辨质谱），可准确确定
化合物的分子式和结构
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3.1 电磁波的基本概念
优选有机化学第三章光谱
有机化合物结构研究方法
1. 早期的分析方法
物理方法－测沸点、熔点、折射率、旋光度等 ； 化学方法－利用有机物官能团的特征反应，来确定
化合物是属于哪一类化合物。
局限性
物理量测定需要样wk.baidu.com量大； 化学方法分析结构操作较复杂，不易进行。
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有机化合物结构研究方法
2. 有机波谱法 近代物理方法
振动时不会引起分子
μ=0 偶极矩的变化，观察 不到红外光谱。
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红外光谱法的发展：
● 20世纪中期后－仪器和实验技术的发展
具有扫描速度快，测量时间短，可以在 1s内获得红外光谱，适合快速反应的研 究。
可以进行与色谱和质谱的联用。 检测灵敏度高，检测极限可达10－9～10
－12g； 分辨率高，波数精度可达0.01cm－1； 光谱范围广，可研究整个红外区。 测定精度高，可达0.1%，而杂散光小
红外光谱产生的条件：
能量相当(E光=△E振动跃迁)
辐射光的频率与分子振动的频率 相当，才能被吸收产生吸收谱。
偶极矩变化 (△μ)
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一. 红外光谱的基本原理
1. 红外光谱的产生
红外光谱产生的条件：
Question 在实验中能观察到对称炔烃的红外光谱吗？
H－(C≡C)－H R－(C≡C)－R
(106秒)快，适于较高时间分辨率的测量。
14
红外光谱法的缺点：
[1] 与核磁共振等高分辨率波谱学方法相比分辨率较 低。(目前主要的解决办法有同素标记、定点突变 等，二维红外谱目前也有进展)
[2] 水的吸收对红外谱的干扰十分严重。
15
一. 红外光谱的基本原理
1. 红外光谱的产生
红外光谱：
当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率 的辐射，并由其振动运动或转动运动引起偶极矩的净变化，产 生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，从而形成的 分子吸收光谱称为红外光谱。又称为分子振动转动光谱。
Planck
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2. 表征分子结构的基本原理
能 量
紫外及可见光区
价电子跃迁 △E= 40 ~ 300kcal·mol-1
红外区
键振动 △E= 2 ~ 10kcal·mol-1
远红外及微波区 无线电波区
键旋转
核磁排列
分子内部运动的能级示意图
△E= 10-4 ~ 2kcal·mol-1 △E= ~ 10-6 kcal·mol-1