《波谱分析辅导》PPT课件.ppt

研究结构的方法,3、研究结构的方法：,物理方法,化学方法,核磁共振,红外光谱,鉴别官能团,氢谱和碳13C谱,质谱,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,有机化合物结构研究方法,有机结构分析的四大工具 质谱(MS) 红外光谱(IR) 紫外光谱(UV) 核磁共振(NMR,与紫外、红外比较,共同点都是电磁波吸收光谱,紫外可见光吸收曲线的讨论：,同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max 对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。,红外吸收光谱,红外光谱的分区,官能团区：40001300cm-1 指纹区： 1300650 cm-1,影响基团频率的因素,1. 化学键的强度,化学键越强力常数 K 越大红外吸收频率 越大（波数越高）,伸缩振动频率（cm-1）,2150,1715,1200,1-辛稀,-C=C-H伸缩振动,-C-C-H强，说明CH2多,C=C伸缩振动,CH3弯曲振动弱，说明CH3少,末端乙烯基的C-H弯曲振动,1-辛炔,CC伸缩振动, C-H伸缩振动, C-H面外弯曲振动,（1）原子核带有正电，自旋时产生磁场，具有磁矩 （2）在很强的外磁场中，具有核磁矩的原子核产生磁能级分裂，分裂成两个或更多的量子化能级,（3）用一个能量恰好等于分裂后相邻能级差的电磁波照射，该核就可以吸收此频率的波，发生能级跃迁，从而产生 特征的NMR 吸收。 这就是核磁共振的基本原理。,核磁共振基本原理,1. 原子核的自旋（atomic nuclear spin ）,（3） 只有自旋量子数（I）不为零的核具有磁矩,（1）一些原子核像电子一样存在自旋现象，因而有自旋角动量： P = I(I+1)1/2 I 为自旋量子数，,（2）由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故在自旋时会产生 核 磁 矩：m = P m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。,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,具有磁矩的核：,讨论:,(1) I=1 或 I 1的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I,(2)1/2的原子核（重点研究对象） 1H，13C，19F，31P,共振吸收复杂，研究应用较少；,C，H也是有机化合物的主要组成元素。,NMR示意图：,影响化学位移的因素,化学位移是由于核外电子云的对抗磁场引起的，凡是能使核外电子云密度改变的因素都能影响化学位移。,芳烃的磁各向异性效应,H: 7.3,环外氢受到强的去屏蔽作用: 8.9；环内H 在受到高度的屏蔽作用，故 : -1.8,碳原子的杂化状态,各类化合物中氢的化学位移有以下次序： ：芳环氢 烯氢 炔氢 烷氢,杂化方式中s成份越多，碳氢键的成键电子云越靠近碳原子，氢核外的电子云越少，化学位移值越大； 芳烃、双键和三键的磁各向异性效应。,苯（7.27）乙烯(5.25) 乙炔(1.80) 乙烷(0.80),杂化效应和各向异性效应协同作用的结果,（1）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，多少个； （2）峰的位移( )：每类质子所处的化学环境，标志分子 中质子的种类，多少种 （3）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数； （4）偶合常数(J)：确定化合物构型。,C8H10,四重峰,三重峰,单峰,积分高度比 8：3.2：4.85：2：3,单取代苯环, 7.1ppm芳H,（1）质荷比,基峰：质谱图中离子强度最大的峰，规定其相对强度（relative intensity，RI）或相对丰度（relative abundance，RA）为100。,质荷比：离子的质量与所带电荷数之比，用m/z或m/e表示。M为组成离子的各元素同位素的原子核的质子数目和中子数目之和，如H 1；C 12，13；N 14，15；O 16，17，18；Cl 35，37等。z或 e为离子所带正电荷或所丢失的电子数目，通常z（或e）为1。,（2）基峰,由仪器直接纪录下来的质谱图是一系列尖峰，为了简化谱图，常用棒图表示。其横坐标为质荷比(m/z)，纵坐标为离子峰的强度。,1.质谱图,乙醇的质谱图,相对丰度(RA)以图中最强的离子峰(基峰)高为100，其它峰的峰高则用相对于基峰的百分数表示。,1-溴丙烷,(一） 分子质量的确定,由C，H，O 组成的有机化合物，M 一定是偶数。 由C，H，O，N 组成的有机化合物，N 奇数，M 奇数。 由C，H，O，N 组成的有机化合物，N 偶数，M 偶数。 分子离子峰与相邻峰的质量差必须合理。,律,质量差是否合理,1、 分子离子峰的识别,表3 常见由分子离子丢失的碎片及可能来源,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。,化学电离源 （Chemical Ionization, CI） 样品在承受电子轰击之前，被一种“反应气”（常用CH4也可用异丁烷、NH3）以约104倍于样品分子所稀释。首先生成的离子来自反应气分子，它与样品分子发生离子分子反应而产生样品分子离子。,场电离源（Field Ionization） 利用强电场诱发样品分子的电离。正负极间施加高达10KV的电压差，两极的电压梯度可达107108Vcm-1。若具有较大偶极矩或高极化率的样品分子通过两极间时，受到极大的电压梯度的作用而发生电离。,快原子轰击电离源(Fast Atom Bombandment, FAB ）, FAB是二十世纪八