现代物理实验方法在有机化学中的应用.ppt

1、1,现代物理实验方法在有机化学中的应用,2,有机化合物的结构表征(即测定) 从分子水平认识 物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。 确定有机物分子结构的方法： 化学方法 物理方法:四大谱,3,1. 红外光谱 (IR) 研究官能团种类 (Infrared Spectroscopy) 2. 紫外光谱(UV) (Ultraviolet Spectroscopy) 3. 核磁共振谱(NMR) 研究氢(1HNMR)或碳(13CNMR)的种类和数目 (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy) 4. 质谱(MS) 研究分子碎片 (Mass Spectroscopy

2、 ),四大谱,4,红外光谱 (IR) 红外光的波长范围：0.76 830 m 近红外 =0.78 2.5 m 中红外 =2.5 25 m =400 4000 cm-1 远红外 =25 830 m 注：绝大多数有机物基团的振动频率都处于中红外区. 一般的红外吸收光谱主要指中红外范围而言, 波数一 般在4004000cm-1(相当于442kJ/mol能量). IR 的主要用途：确定分子中的官能团,5,红外光谱的表示方法,6,1. 分子的振动 键的伸缩振动 分子振动 键的弯曲振动,2. 化学键的振动频率（Hooke定律） 一个化学键的振动频率与化学键的强度(力常数K)及 振动原子的质量(m1和m2)

3、有关 化学键的力常数(k)越大, 原子折合质量()越小, 则振动频率越高, 吸收峰将出现在高波数区,7,红外光谱与有机物结构的关系,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 (基团的特征吸收峰),2红外光谱的重要区段: 官能团区 40001350cm-1 红外光谱可分为两个区域 指纹区 1350650cm-1 官能团区 40002500cm-1 (X-H区) O-H N-H C-H S-H . 25001900cm-1（三键区含累积双键）C C C N C=C=C C=C=O 19001350cm-1 （双键区）C=O C=N N=O C=C(烯或 芳环骨架振动) 指纹区 1

4、350650cm-1 （单键区） C-C C-O C-N C-X,8,1. 36502500 cm-1： X-H (X: C, N, O, S)等的伸缩振动区,NH OH CH 3000-3600cm-1 2800-3000cm-1,-O-H: 游离-OH 3610 3640 cm-1 -OH缔合后 减 氢键作用，缔合-OH 3300cm-1,-N-H: 游离N-H 3300 3500 cm-1 氢键作用，缔合NH 波数降低约 100cm-1,注：三级胺 R3N 无N-H键，所以在此区间无IR吸收，借此可将R3N与R2NH、RNH2区分开。,9,在对未知物进行鉴定时，IR 3000cm-1附件

5、的吸收峰很重要, 无机物在该处无吸收峰。 IR在该处是否有吸收峰，可用于有机物和无机物的区分。,10,2. 25001900 cm-1：三键和累积双键的伸缩振动区,该区域除了CO2的吸收外，无其它官能团的吸收，所以如该区域有吸收，分子中就可能含有三键或累积双键,注意：不是所有的振动都能引起红外吸收，只有瞬时偶极矩()发生变化的振动，才能有红外吸收。,如 HCCH、RCCR，其CC（三键）在2200cm-1附近的峰很弱或没有。,11,紫外可见光吸收光谱(UV) 一、基本原理 1. 紫外光谱 定义：用紫外光照射物质引起分子内部电子能级的跃迁而所产生的吸收光谱叫做紫外吸收光谱，简称紫外光谱。,420

6、0 nm 远紫外(真空紫外） 紫外光波长：4400 nm 200400 nm 近紫外,2. 电子跃迁的种类 有机物分子中价电子有三种类型： 键电子(电子) 键电子(电子) 未成键的 n 电子,12,1. *跃迁: 能级差很大, 对应的紫外吸收在远紫外区(200nm以下)，即在一般紫外光谱仪工作范围之外。 如： CH4, max = 125 nm; CH3CH3, max = 135nm. 所以常用烷烃作测紫外光谱时的溶剂 2. *跃迁: 孤立双键的吸收 远紫外 共轭双键的吸收 共轭体系愈大，产生吸收带的波长愈长。,13,3. n * 跃迁: O, S, N, X等杂原子上的孤对电子(n电子)向

7、*的跃迁。对应的紫外吸收在200nm附近，与含n电子的电负性有关,4. n * 跃迁: 不饱和键上连有杂原子时，杂原子上的n电子向*的跃迁, 产生的吸收带称为R带，在270300nm,14,紫外光谱与分子结构的关系 1. 基本术语 生色团: 通常把在紫外及可见光区域产生吸收带的基团称为 生色团，又称发色团。 如：共轭双键、C=O、C=N 等。 助色团: 本身在紫外或可见光区域(200nm以上)没有吸收，但当它与生色团连接时，可使生色团的最大吸收峰向长 波方向移动的基团叫助色团， 如： OH 、NH2、Cl、-SH 等。一般为带p电子的原子或原子团。,15,核磁共振谱 (NMR),核磁共振谱: 是由具有磁矩的原子核，受辐射而发生跃迁所形成的吸收光谱（原子核自旋运