光谱法在有机化学中的应用.ppt

有机化学第四版教学课件,主讲：邹艳丽,第十八章 光谱法在有机 化学中的应用,、紫外光谱 、红外光谱 、核磁共振谱,前 言,一、紫外光谱及其产生 二、朗勃特比尔定律 和紫外光谱图 三、紫外光谱与有机化 合物分子结构的关系 四、紫外光谱的应用,、紫外光谱,、紫外光谱一、紫外光谱的产生,1紫外光谱的产生,物质分子吸收一定波长的紫外光时，电子发生跃迁所产生的吸收光谱称为紫外光谱。,一般的紫外光谱仪是用来研究近紫外区吸收的。,、紫外光谱一、紫外光谱的产生,2、电子跃迁的类型,、紫外光谱一、紫外光谱的产生,电子跃迁前后两个能级的能量差值E越大，跃迁所需要的能量也越大，吸收光波的波长就越短。 UV检测：共轭烯烃、共轭羰基化合物及芳香化合物。,、紫外光谱二、朗勃特比尔定律和紫外光谱图,物质对紫外光的吸收用朗勃特比尔定律来定量表示：,一般： 5000为强吸收 = 2000-5000为中吸收 2000为弱吸收,、紫外光谱二、朗勃特比尔定律和紫外光谱图,紫外光谱的表示方法：,以摩尔消光系数或Iog为纵坐标。以波长（单位nm）为横坐标作图得紫外光谱吸收曲线，即紫外光谱图。,、紫外光谱二、朗勃特比尔定律和紫外光谱图,、紫外光谱三、紫外光谱的应用,1、基本术语,红移（向红移动）：最大吸收峰波长移向长波。 蓝移（向蓝移动）：最大吸收峰波长移向短波。 生色基：产生紫外（或可见）吸收的不饱和基团，如：C=C、C=O、NO2等。 助色基：其本身在紫外或可见光区不显吸收，但当其与生色基相连时，能使后者吸收峰移向长波或吸收强度增加（或同时两者兼有），如：-OH、-NH2、Cl等。,、紫外光谱三、紫外光谱的应用,2结构分析,（1）如小于200nm无吸收，则可能为饱和化合物。 （2）在200-400nm无吸收峰，可判定分子中无共轭双键。 （3）在200-400nm有吸收，则可能有苯环、共轭双键、羰基等。 （4）在250-300nm有中强吸收是苯环的特征。 （5）在260-300nm有强吸收，表示有35个共轭双键，如果化合物有颜色，则含五个以上的双键。,、紫外光谱三、紫外光谱的应用,日本岛津UV2450/2550紫外-可见分光光度计,一、红外光谱图的表示方法 二、红外光谱的产生原理 三、红外光谱与分子结构的关系 四、 红外吸收峰的强度 五、红外光谱图解析举例,、红外光谱,、红外光谱 一、红外光谱图的表示方法,红外光谱图用波长（或波数）为横坐标，以表示吸收带的位置，用透射百分率（T%）为纵坐标表示吸收强度。,、红外光谱 一、红外光谱图的表示方法,图谱中吸收峰的形状也各不相同，一般分为宽峰、尖峰、肩峰、双峰等类型。,、红外光谱 二、红外光谱的产生原理,1、分子的振动类型,、红外光谱 二、红外光谱的产生原理,、红外光谱 二、红外光谱的产生原理,2振动频率（振动能量）,、红外光谱 二、红外光谱的产生原理,从上述公式可以看出， 力常数表示了化学键的强度，其大小与键能、键长有关。 键能大，键长短，K值大，振动吸收频率移向高波数； 键能小，键长长，K值小，振动吸收频率移向低波数。,cm-1,、红外光谱 三、红外光谱与分子结构的关系,1不同化合物中相同化学键或官能团的红外吸收频率近似一致。,第三节 红外光谱 三、红外光谱与分子结构的关系,2红外光谱的重要区段,、红外光谱 四、红外光谱应用,在有机化学的学习中，红外谱图通常作为推断结构的一种方法，给出含有哪些基团的重要信息，可按以下几点进行谱图解析： 1. 先看较强的峰及特征峰，初步确定所含的基团。 2. 在其他波数区找到官能团存在的确证。 3. 结合其他测试方法推出分子结构。,、红外光谱 四、红外光谱应用,、红外光谱 四、红外光谱应用,、红外光谱 四、红外光谱应用,一、基本知识 二、屏蔽效应和化学位移 三、峰面积与氢原子数目 四、峰的裂分和自旋偶合 五、磁等同和磁不等同质子,、核磁共振谱,、核磁共振谱 一、基本知识,1、核的自旋与磁性,由于氢原子是带电体，当自旋时，可产生一个磁场，因此，我们可以把一个自旋的原子核看作一块小磁铁。,、核磁共振谱 一、基本知识,2、核磁共振现象,原子的磁矩在无外磁场影响下，取向是紊乱的，在外磁场中，它的取向是量子化的，只有两种可能的取向。,、核磁共振谱 一、基本知识,r为旋核比，一个核常数，h为Planck常数，6.62610-34J.S。,、核磁共振谱 一、基本知识,E与磁场强度 （Ho）成正比,给处于外磁场的质子辐射一定频率的电磁波，当辐射所提供的能量恰好等于质子两种取向的能量差（E）时，质子就吸收电磁辐射的能量，从低能级跃迁至高能级，这种现象称为核磁共振。,、核磁共振谱 一、基本知识,3、核磁共振谱的表示方法,4、峰面积与氢原子数目,、核磁共振谱 一、基本知识,在核磁共振谱图中，每一组吸收峰都代表一种氢，每种共振峰所包含的面积是不同的，其面积之比恰好是各种氢原子数之比。如乙醇中有三种氢其谱图为：,、核磁共振谱 二、化学位移,1化学位移,氢质子（1H）用扫场的方法产生的核磁共振，理论上都在同一磁场强度（Ho）下吸收，只产生一个吸收信号。实际上，分子中各种不同环境下的氢，再不同Ho下发生核磁共振，给出不同的吸收信号。 例如，对乙醇进行扫场则出现三种吸收信号，在谱图上就是三个吸收峰。,、核磁共振谱 二、化学位移,这种由于氢原子在分子中的化学环境不同，因而在不同磁场强度下产生吸收峰,峰与峰之间的差距称为化学位移。,、核磁共振谱 二、化学位移,2屏蔽效应化学位移产生的原因,、核磁共振谱 二、化学位移,这种由于电子产生的感应磁场对外加磁场的抵消作用称为屏蔽效应。 也就是说，氢核要在较高磁场强度中才能发生核磁共振，故吸收峰发生位移，在高场出现，氢核周围的电子云密度越大，屏蔽效应也越大，要在更高的磁场强度中才能发生核磁共振，出现吸收峰。,、核磁共振谱 二、化学位移,3、化学位移值,化学位移值的大小，可采用一个标准化合物为原点，测出峰与原点的距离，就是该峰的化学位移值（=样品-TMS），一般采用四甲基硅烷为标准物（代号为TMS）。通常用来表示，的定义为：,、核磁共振谱 二、化学位移,、核磁共振谱 二、化学位移,、核磁共振谱 二、化学位移,饱和碳原子上氢的值为叔仲伯。 芳环上氢的值烯基氢饱和碳原子上的氢。 与氢相连的碳上，如有电负性原子或吸电子的基团，则该氢的共振吸收向低场位移，电负性越强值越大。 由化学位移可以推测各类氢与哪些基团相连。但在某些情况下，分子中不与这些氢直接相连的基团也会影响它们的化学位移。,、核磁共振谱 三、峰的裂分和自旋偶合,应用高分辨率的核磁共振仪时，得到等性质子的吸收峰不是一个单峰而是一组峰的信息。这种使吸收峰分裂增多的现象称为峰的裂分。例如：乙醚的裂分图示如下。,1峰的裂分,、核磁共振谱 三、峰的裂分和自旋偶合,裂分是因为相邻两个碳上质子之间的自旋偶合（自旋干扰）而产生的。我们把这种由于邻近不等性质子自旋的相互作用（干扰）而分裂成几重峰的现象称为自旋偶合。,2自旋偶合,、核磁共振谱 三、峰的裂分和自旋偶合,自旋偶合的限度（条件）: 1磁等性质子之间不发生偶合。,、核磁共振谱 三、峰的裂分和自旋偶合,2两个磁不等性质子相隔三个键以上时，则不发生偶合。,3同碳上的磁不等性质子可偶合裂分。,、核磁共振谱 三、峰的裂分和自旋偶合,3裂分峰数的计算,裂分峰数用n + 1规则来计算（n邻近等性质子个数；n + 1裂分峰数）：,、核磁共振谱 三、峰的裂分和自旋偶合,当邻近氢原子有几种磁不等性氢时，裂分峰数为（n + 1）（n+ 1）（n+ 1）,、核磁共振谱 四、核磁共振谱应用,核磁共振谱图主要可以得到如下信息： （1）由吸收峰数可知分子中氢原子的种类。 （2）由化学位移可了解各类氢的化学环境。 （3）由