有机化学有机波谱课件

1、有机化合物的波谱分析有机化合物的波谱分析有机化合物研究程序分离提纯物理常数测定元素分析和实验式确定(元素分析）相对分子质量的测定和分子式（质谱）结构的确定（红外、紫外、核磁）有机化合物研究程序分离提纯未知已知化学方法：费时、费力、消耗大、很难完成胆固醇（1889-1927）现代物理实验方法：省时、省力、消耗少、准确未知已知胆固醇现代物理实验方法：省时、省力、消耗少、准确测定有机化合物结构的主要波谱方法 波谱方法代号提供的信息核磁共振波谱(nuclear magnetic resonance spectroscopy)NMR碳骨架 与碳原子相连的氢 原子的化学环境红外光谱IR主要的官能团(inf

2、rared spectroscopy)紫外可见光谱(ultraviolet-visible spectroscopy)UV分子中电子体系质谱(mass spectrometry)MS相对分子质量 分子式 分子中结构单元吸收光谱测定有机化合物结构的主要波谱方法 波谱方法代号提供的信息核磁6.1 分子吸收光谱和分子结构 分子吸收光谱： 图 6.1 分子吸收光谱示意图电磁波的性质： E= h = hc /h 普朗克(Planck)常量: 6.63 10-34 J s 频率( Hz), = c 波长 (nm)c光速: 3 108 (ms-1)波数(cm-1)6.1 分子吸收光谱和分子结构 分子吸收光谱

3、： 图 6.1电磁波谱与波谱分析方法 0.1nm 10nm 200nm 400nm 800 nm 2.5m 25m 100cm 1m 500m电磁波谱区域与类型： 射线X射线紫外线可见光远紫外线近红外线中红外线 微 波 无线电磁波远红外线 E吸收光谱 分子结构EE1E2分子结构与吸收光谱的关系： h = E = E2 E1 电子能级：UV振动能级：IR原子核自旋能级:NMR 电磁波谱与波谱分析方法 0.1nm 10nm 200n6.2 红外吸收光谱 红外光谱的功能：鉴别分子中的某些官能团 化合物吸收了红外光的能量，使得分子振动能级发生跃迁，由此产生红外光谱。 分子发生振动能级跃迁时，也伴随着转

4、动能级的跃迁。电磁波光谱 波数 电磁波辐射: 4000400 cm-1区域 2.525 m 6.2 红外吸收光谱 红外光谱的功能：鉴别分子中的某些官吸收峰的位置吸收峰的强度图6.2 1己烯红外光谱图吸收峰的位置吸收峰的强度图6.2 1己烯红外光谱图Hooke定律: 2 1k( )m11+m21式中：m1，m2为成键原子的质量(g)；K为化学键的力常数(Ncm-1)(牛顿厘米-1) 键的振动频率与力常数(与化学键强度有关) 成正比，而与成键的原子质量成反比。 6.2.1 分子的振动和红外光谱 分子中成键的两个原子的简谐振动： (1) 振动方程式Hooke定律: 2 1k( 同一类型化学键，由于环

5、境不同，力常数 并不完全相同，因此，吸收峰的位置不同 引起分子偶极矩发生变化的振动才会出现 红外吸收峰。无红外吸收峰 化学键极性越强，振动时偶极矩变化越大，吸收峰越强。伸缩振动 化学键的振动方式 弯曲振动 同一类型化学键，由于环境不同，力常数 引起分子偶极矩发生变(2) 分子振动模式对称伸缩振动 (s) 反对称伸缩振动(as) 摇摆振动 ( )卷曲振动 () 面外弯曲振动 (2) 分子振动模式对称伸缩振动 (s) 反对称伸缩振动( 剪切振动 (s) 摇摆振动 () 面内弯曲振动 分子中的化学键或基团产生特征的振动，会在特定的位置出现吸收峰 基团的特征吸收峰(特征峰)6.2.2 有机化合物基团的

6、特征频率特征频率: 最大吸收对应的频率 例如：羰基的特征频率为18501600 cm-1 剪切振动 (s) 摇摆振动 () 面内弯曲振动 影响红外吸收的主要因素记住Hooke定律的意义：振动频率与键能成正比，与 原子的折合质量成反比。1、化学键的强度越大，振动吸收频率越高。2、轨道中S成分越多，键的强度越大，吸收频率越高影响红外吸收的主要因素记住Hooke定律的意义：振动频率与键3、原子的质量越大，振动吸收频率越低。4、吸电子诱导效应使振动吸收频率升高。3、原子的质量越大，振动吸收频率越低。4、吸电子诱导效应使振红外光谱的区域划分：40001600 cm-1 伸缩振动吸收 官能团区(特征频率区

7、)1600400 cm-1 伸缩振动与弯曲振动吸收 指纹区官能团的特征吸收化合物的特征吸收5、共轭效应使振动吸收频率降低。红外光谱的区域划分：40001600 cm-1 伸缩二、特征红外吸收峰吸收波数cm- 产 吸 收 的 键二、特征红外吸收峰吸收波数cm- 产 面内弯曲振动各种碳氢键的面外弯曲振动醛、酮、羧酸.面内弯曲振动各种碳氢键的面外弯曲振动醛、酮、羧酸.表6.2 常见有机化合物基团的特征频率 化学键类型频率cm-1化学键类型频率cm-1伸缩振动 单键 双键 三键 表6.2 常见有机化合物基团的特征频率 化学键类型频率化学各类化合物的红外吸收及解析通常解析红外光谱： 先看高频区（4000

8、1400cm-1）， 再看低频区（1000650cm-1）。 先找特征峰，再找相关峰。特征峰：特定的键或官能团振动所产生的 吸收峰。各类化合物的红外吸收及解析通常解析红外光谱： 相关峰：通常一个基团有数种振动形式，每 种振动形式产生一个相应的吸峰。 习惯上把这些相互依存又可相互佐 证的一组峰叫相关峰。 例： RCH = CH2 可产生三种特征吸收峰这三种峰可以相互佐证，证明分子为一取代烯烃。这三种峰被叫做相关峰。相关峰：通常一个基团有数种振动形式，每 例： RCH = 一、烷烃1、 30002800cm-12、 （面内）14751300cm-13、 （面外）740720cm-1 （CH2）n当

9、 n4时： 在740720cm-1会产生吸收峰。一、烷烃1、 30002800cm图6.3 正辛烷的红外光谱图 T / %图6.3 正辛烷的红外光谱图 T / %异丙基和叔丁基在1375cm-1处的裂分情况：异丙基和叔丁基图6.4 2甲基庚烷的红外光谱图 T / %图6.4 2甲基庚烷的红外光谱图 T / %图6.5 2,2二甲基己烷的红外光谱图 T / %图6.5 2,2二甲基己烷的红外光谱图 T / %二、烯烃（面外）990和910两个峰890970二、烯烃（面外）990和910两个峰890970图 6.6 1己烯的红外光谱图 T / %图 6.6 1己烯的红外光谱图 T / %图 6.7

10、 (Z)3己烯的红外光谱图 T / %图 6.7 (Z)3己烯的红外光谱图 T / %图 6.8 (E)2己烯的红外光谱图 T / %图 6.8 (E)2己烯的红外光谱图 T / %(3) 炔烃末端炔烃CH 3300 cm-1(强而尖) 伸缩振动不对称炔烃CC 2150 cm-1 弯曲振动末端炔烃CH 700600 cm-1 (强而宽) (3) 炔烃末端炔烃CH 3300 cm-图 6.9 1己炔的红外光谱图 T / %图 6.9 1己炔的红外光谱图 T / %四、芳烃（苯及其衍生物）3010cm-11600cm-1 1580cm-11500cm-1 1450cm-1四、芳烃（苯及其衍生物）3

11、010cm-11600cm-1 有机化学有机波谱课件图 6.10 甲苯的红外光谱图 T / %图 6.10 甲苯的红外光谱图 T / %红外光谱的用途鉴定已知化合物：用被测物的标准试样与被测物在相同条件下测定IR，若吸收峰位置、强度和形状完全相同，可认为是同一物质。另外，还可查阅标准谱图。测定未知结构： 简单化合物-推测结构 复杂化合物-提供官能团信息 需配合化学分析、MS、UV等谱图综合分析红外光谱的用途鉴定已知化合物：用被测物的标准试样与被测物在相红外记忆歌外可分远中近，中红特征指纹区，1600来分界，注意横轴划分异。看图要知红外仪，弄清物态液固气。样品来源制样法，物化性能多联系。 识图先

12、学饱和烃，三千以下看峰形。2960、2870是甲基，2930、2850亚甲峰。1470碳氢弯，1380甲基显。二个甲基同一碳，1380分二半。面内摇摆720，长链亚甲亦可辨。红外记忆歌外可分远中近，中红特征指纹区，烯氢伸展过三千，排除倍频和卤烷。末端烯烃此峰强，只有一氢不明显。化合物，又键偏，1650会出现。烯氢面外易变形，1000以下有强峰。910端基氢，再有一氢990。顺式二氢690，反式移至970；单氢出峰820，干扰顺式难确定。炔氢伸展三千三，峰强很大峰形尖。三键伸展二千二，炔氢摇摆六百八。芳烃呼吸很特征，16001430。烯氢伸展过三千，排除倍频和卤烷。16502000，取代方式区分明。900650，面外弯曲定芳氢。五氢吸收有两峰，700和750；四氢只有750，二氢相邻830；间二取代出三峰，700、780，880处孤立氢醇酚羟基易缔合，三千三处有强峰。CO伸展吸收大，伯仲叔醇位不同。1050伯醇显，1100乃是仲，1150叔醇在，1230才是酚。1110醚链伸，注意排除酯酸醇。若与键紧相连，二个吸收要看准，1050对称峰，1250反对称。苯环若有甲氧基，碳氢伸展2820。16502000，取代方式区分明。次甲基二氧连苯环，930处有强峰，环氧乙烷有三峰，1260环振动，九百上下反对称，八百左右最特征。缩醛酮，特殊醚，1110非缩酮。酸酐也有CO