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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．紫外光谱 UV 2. 红外光谱 IR 3. 核磁共振 NMR 4. 质谱 MS 一、分子的吸收光谱和分子结构 E= hv = h c/λ v = c/λ 1/λ=σ E 代表光子的能量，单位为 J ； h planck 常数 6.63x10 -34 J • S c 光速 3X10 10 cm/s ； 　　　波数 (σ) 表示 1cm 长度中波的数目，单位为 cm -1. 分子吸收光谱. 转动光谱 振动光谱 电子光谱

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第八章 有机化合物的波谱分析

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  1. 第八章 有机化合物的波谱分析 • １．紫外光谱 UV 2. 红外光谱 IR 3. 核磁共振 NMR • 4. 质谱 MS • 一、分子的吸收光谱和分子结构 • E= hv = hc/λ • v = 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 • c 光速 3X1010cm/s ； • 　　　波数(σ)表示1cm 长度中波的数目，单位为cm-1

  2. 分子吸收光谱 • 转动光谱 • 振动光谱 • 电子光谱 　　　分子结构不同，由低能级向高能级跃迁所吸收光的能量不同，因而可形成各自特征的分子吸收光谱，并以此来鉴别已知化合物或测定未知化合物的结构

  3. 三、红外吸收光谱 • 4000-400cm-1的红外光照射下，样品分子吸收红外光　 • 　　　会发生振动能级跃迁，所测得的吸收光谱称为红外吸收光谱 • IR (Infrared spectrum) 。 • 　　 双原子分子的振动看作简谐振动。根据Hooke 定律 • k: 力常数，与化学键的强度有关（键长越短，键能越大，k 越大).

  4. 1.分子的振动和红外光谱 振动方式有两种：伸缩振动和弯曲振动

  5. 2. 有机化合物基团的特征频率 能代表某基团存在并有较高强度的吸收峰，称为该基团的特征吸收峰，简称特征峰。其最大吸收对应的频率为集团的特征频率。 特征频率区4000-1500cm-1 官能团的伸缩振动 是否有某种官能团 主要是X-H、三键及双键C=C,C=O,C=Ｎ的伸缩振动 指纹区1500-400cm-1 吸收峰很多 确定具体化合物 主要是各种单键C-N,C-O,C-C的伸缩振动及各种弯曲振动

  6. 3. 有机化合物红外光谱举例 烷烃：C—H伸缩振动2940cm-1和 2860 cm-1，C—H面内弯曲1460（不对称）和1380（对称），-(CH2)n- (n≥4)一般在 720 cm-1处有特　 　征峰（弱）

  7. 　烯烃 =C—H伸缩振动3100-3000cm-1，C=C伸缩振动1650cm-1(强度与分子对称性有关)，=C—H面外弯折1000-600 cm-1(强，位置与分子对称性 有关)

  8. 炔烃： C—H伸缩振动3300cm-1（尖锐峰）C≡C 伸缩振动2300-2100cm-1(强 度与分子对称性有关)，C—H 面外弯曲振动700-600 cm-1

  9. 芳香结构：C—H伸缩振动3100-3000cm-1，单核芳环骨架C=C伸缩振动1600、 1580、1500、1450cm-1(强度与分子对称性有关)，C—H面外弯折 900-690cm-1及起其倍频峰(形状、位置与取代基位置有关)

  10. 四、 核磁共振谱 • 1.核磁共振的产生　　NMR　（nuclear magnetic resonance） • Felix Bloch and Edward Purcell 首次发现，1952年，获Nobel 物理学奖 • 原子核的自旋与核磁共振 • 　　　　两个能级之差 　　　⊿E = rhHo/2π=hγ • γ= rHo/2π • 用一定频率的电磁波照射外磁场中的氢核，电磁波的能量正好等于两个能级之差时，氢核就吸收电磁波的能量，从低能级跃迁到高能级，发生核磁共振．

  11. (2) 核磁共振仪和核磁共振图

  12. NMR谱图 • 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

  13. 2. 化学位移 • 化学位移的产生 • 化学位移是由核外电子的屏蔽效应引起的，有抗磁屏蔽效应，去屏蔽作用。 • 　　不同化学环境的氢核，受到不同程度的屏蔽效应，因而在NMR的不同位置上出现吸收峰，这种位置上的差异成为化学位移。 • (2) • TMS： 四甲基硅烷 单峰 屏蔽效应高 定为零 。

  14. (3) 影响化学位移的因素 • 电负性的影响 • 电负性大的原子或基团，吸电子能力强，使邻近1H的质子峰移向低场（左侧），反之移向高场（右侧）

  15. (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 C=C , δ=4.5-5.7 稍低场 C=O , δ=9.4-10 低场 C≡C, δ=2-3 高场

  16. 3. 自旋偶合和自旋裂分 (1) 自旋偶合和自旋裂分 原子核之间的相互作用叫自旋偶合。由自旋偶合引起的谱线增多的现象叫自旋裂分. 以CHa-CHb为例 若Ha邻近无Hb存在： 　　　共振频率为γ=rBo/2π(1-σ),　为单峰 　　若有Hb存在时，产生相应的两种磁场 γ1=r/2π[Bo(1-σ)+⊿B] γ2=r/2π[Bo(1-σ)－⊿B] 由于Hb的偶合，Ha 的吸收峰裂分为2。峰强度比为1：1 ：

  17. (2) 偶合常数 自旋裂分所产生的谱线的间距为偶合常数，J ：单位 Hz 。 　　根据相互偶合质子间相隔键数的多少，可将偶合作用分 为同碳耦合 (J2)、邻碳偶合 (J3)和远程耦合。对饱和体 系而言，相隔单键数超过三个以上时偶合作用通常很小。

  18. (3) 化学等同核和磁等同核 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等同核 。　　CH3CH2Cl 　　分子中一组核，化学位移相同，且对组外任一核的偶合常数也都相同。则这组核称为磁等同核 。 磁等同核 磁不等同核

  19. (4) 一级谱图和n+1规律 当两组质子的化学位移差与其偶合常数之比至少大于6时，相互只见偶合较简单，呈现一级谱图 一级谱图的特征: (1) 峰裂分符合n+1规律, n 为邻近等性质子的数目 (2) 峰强度比符合二项式展开系数之比，(二重峰 1:1，三重 　峰1:2:1，四重峰 1:3:3:1，五重峰 1:4:6:4:1) (3) 组峰中心处是该组质子的化学位移 (4) 各分裂分峰等距，裂距为偶合常数J

  20. 核磁共振碳谱

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