波譜學(xué)概述與紫外光譜課件

1、第七章 有機(jī)化學(xué)的波譜方法第一節(jié) 吸收光譜的一般原理第二節(jié) 紅外光譜第三節(jié) 核磁共振譜P49常用結(jié)構(gòu)分析方法（1）化學(xué)實(shí)驗(yàn)法主要缺點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)操作煩瑣 實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng) 需要的樣品量大 無(wú)法測(cè)定某些化合物的精細(xì)結(jié)構(gòu)（2）物理實(shí)驗(yàn)法Absorption spectrum第一節(jié) 吸收光譜的一般原理一、波長(zhǎng)、頻率和波數(shù)二、電磁波能量的吸收P49光的性質(zhì) l n = cc3 1010cms-1 l:波長(zhǎng)，單位可用cm n:頻率，單位:s-1或Hzn:波數(shù)（=1/l），單位：cm-1 E hn = hc/l E:光子的能量（單位:J/mol） h:普朗克常數(shù)，6.62 1034不同波譜法的工作頻率第二節(jié) 紅外光

2、譜 (Infrared Spectrum, IR)P54一、基本概念二、分子的振動(dòng)1伸縮振動(dòng)n：2彎曲振動(dòng)d：伸縮振動(dòng)n：沿鍵軸方向的鍵的伸長(zhǎng)或縮短的振動(dòng)演示演示彎曲振動(dòng)d: 垂直于鍵軸方向的振動(dòng)演示演示演示演示三、峰數(shù)、峰位和峰強(qiáng)一個(gè)有機(jī)物分子在IR譜中出現(xiàn)的吸收峰數(shù)目是由該分子的振動(dòng)自由度數(shù)目決定的非線性分子振動(dòng)自由度數(shù)為：3n - 6線性分子振動(dòng)自由度數(shù)為：3n - 5 n ：原子數(shù)三、峰數(shù)、峰位和峰強(qiáng)吸收峰在IR譜中的位置成鍵原子的質(zhì)量越小，吸收峰的波數(shù)就越高鍵長(zhǎng)越短，鍵能越高，吸收峰的波數(shù)也越高三、峰數(shù)、峰位和峰強(qiáng)吸收峰強(qiáng)度及峰形的表示 vs（very strong） 很強(qiáng) s（ s

3、trong） 強(qiáng) m（medium） 中等 w（weak） 弱 vw（very weak） 很弱 br（broad） 寬峰 sh（sharp） 尖峰四、主要區(qū)段和特征峰（一）特征譜帶區(qū) 官能團(tuán)區(qū) 40001300 cm-1（二）指紋區(qū) 1300400 cm-1紅外光譜的主要區(qū)段n O-H ， n N-H 37503000 cm-1n C-H 3000 cm-1 =C-H -C-Hn C=O 19001650 cm-1n C=C 16751500 cm-1 苯環(huán)一般有23個(gè)吸收峰 -CH3 1380 cm-1n C-O 13001000 cm-1不飽和的C-H面外彎曲振動(dòng)對(duì)鑒別烯烴類(lèi)型和苯環(huán)的取

4、代位置可提供有用的信息烯烴類(lèi)型波數(shù)/cm-1取代苯波數(shù)/cm-1RCH=CH2990和910單取代750和700RCH=CHR（順式）690鄰位取代750RCH=CHR（反式）970間位取代810-780和710-690R2C=CH2890對(duì)位取代850-800R2C=CHR840-790某化合物IR譜中,1700cm-1有一強(qiáng)吸收峰,3020cm-1處有一中強(qiáng)吸收峰,由此可推斷該化合物是下列化合物中的哪一種? 練習(xí)：根據(jù)以下紅外數(shù)據(jù)，試推測(cè)該樣品的結(jié)構(gòu)特征（類(lèi)別與官能團(tuán)）IR：3030，1690，1600，1580，750，700cm-1 另2720cm-1無(wú)吸收=C-H c=O 芳骨架 苯

5、環(huán)單取代非醛該化合物含苯環(huán)，單取代，是酮五、紅外光譜的解析和應(yīng)用（一）解析程序4O001300cm-1的官能團(tuán)區(qū)找出特征吸收峰，確定存在哪種官能團(tuán)1300400cm-1的指紋區(qū)，確定化合物的結(jié)構(gòu)類(lèi)型化合物的不飽和度不飽和度反映了分子中含環(huán)和雙鍵的總數(shù)，用“DBE”表示。DBE = C數(shù) +1+N數(shù) H數(shù) X數(shù) 2一般含一個(gè)環(huán)或雙鍵，DBE = 1。如：計(jì)算化合物不飽和度C3H6O C4H4ClNO2 C8H8ODBE： 3+1-6/2 =1 4+1 +1/2 -4/2-1/2 =3 8+1-8/2 =5 一般DBE 4，C數(shù)大于6的分子多含有苯環(huán)。DBE 對(duì)解析光譜有很大幫助。（二）應(yīng)用實(shí)例試

6、根據(jù)其IR譜推測(cè)以下化合物C8H8O的結(jié)構(gòu)式。已知某烴，分子式為C9H12，其紅外光譜如下圖所示，試解析各吸收峰，并推斷該化合物的結(jié)構(gòu)。第二節(jié) 核磁共振譜 （Nuclear Magnetic Resonance Spectra NMR）氫核的核磁共振譜 1HNMR （PMR） 碳-13的核磁共振譜 13CNMRP59一、核的自旋和共振自旋的核在外磁場(chǎng)中有2I+1 種自旋取向H核的自旋量子數(shù) I=1/2，在外磁場(chǎng)中有（21/2）+1=2種自旋取向1H核的兩種不同自旋取向E1= -H0E2= H0E = 2 H0h = 2 H0 或 = 2 /h H0 h： 普朗克常數(shù)： 照射電磁波頻率：核磁矩H

7、0： 外磁場(chǎng)強(qiáng)度核磁共振的條件H核的自旋二、電子屏蔽效應(yīng)演示 二、電子屏蔽效應(yīng)下列化合物分子中有幾種不同化學(xué)環(huán)境的1H核CH3-CH3 CH3-CH2-BrCH3-CHBr-CH3 CH3-CH2-CH2Br三、NMR的主要參數(shù)化學(xué)位移峰面積峰的裂分（一）化學(xué)位移值 參考物：四甲基硅烷 （tetramethylsilane TMS） (CH3)4Si 12個(gè)H產(chǎn)生一個(gè)共振吸收信號(hào)位于最高場(chǎng)=0常見(jiàn)氫核的NMR信號(hào)較TMS低場(chǎng)，位于左邊，0低場(chǎng)位移反屏蔽效應(yīng)高場(chǎng)位移屏蔽效應(yīng)常見(jiàn)氫核的化學(xué)位移值甲苯的核磁共振譜（二）峰面積積分高度在NMR譜中，共振吸收峰的面積與產(chǎn)生此吸收的氫核數(shù)目成正比，因此可利

8、用共振吸收峰的面積判斷產(chǎn)生此吸收的氫核的數(shù)目。（三）峰的裂分和偶合常數(shù)分子中位置相近的質(zhì)子之間自旋的相互影響稱(chēng)為自旋偶合。自旋偶合使共振信號(hào)分裂為多重峰。相鄰的裂分小峰之間的距離稱(chēng)偶合常數(shù)（J），偶合常數(shù)單位為Hz。溴乙烷的核磁共振譜說(shuō)明：鄰接碳上磁等同的質(zhì)子數(shù)為n，則裂分峰數(shù)為 n + 1磁等同的核之間，彼此不會(huì)產(chǎn)生裂分活潑質(zhì)子（如-OH，-NH-），通常不發(fā)生裂分乙醇的核磁共振譜裂分峰數(shù)的表示：?jiǎn)畏澹╯inglet，s）兩重峰（doublet，d）三重峰（triplet，t）四重峰（quarter，q）多重峰（multiplet，m）四、核磁共振譜的解析和應(yīng)用根據(jù)核磁共振譜提供的重要信息化

9、學(xué)位移d值、積分值和自旋偶合裂分，可以分析未知物分子中氫核的分布情況。并結(jié)合紫外光譜、紅外光譜、質(zhì)譜所得到的數(shù)據(jù)，以及被分析物質(zhì)的基本理化性質(zhì)，就能夠確定未知物的結(jié)構(gòu)式。NMR譜的解析要點(diǎn)：從信號(hào)的數(shù)目可知分子中有幾種不同類(lèi)型的質(zhì)子從信號(hào)的位置（即化學(xué)位移,d值）可知每類(lèi)質(zhì)子的化學(xué)環(huán)境（活潑H產(chǎn)生的信號(hào)加D2O后消失） 從積分線各階梯的高度可知各組信號(hào)的氫核數(shù)從信號(hào)的裂分情況可確定鄰接碳上的氫核數(shù)已知某有機(jī)物的分子式為C5H10O，試根據(jù)下列1H NMR譜推斷其結(jié)構(gòu)例題：已知化合物分子式C10H12O。IR：3100，1690，1600，1480cm-1。NMR： 1.17（兩重峰，面積=6）， 3.47（七重峰，面積=1）， 7.3-7.9（多重峰，面積=5）。試推斷此化合物的結(jié)構(gòu)。練習(xí)：某化合物分子式為C5H10O。