第九章 光谱法在有机化学中的应用

第九章光谱法在有机化学中的应用(3学时)一、有机波谱分析简介二、红外吸收光谱三、核谱共振谱1.常见有机波谱2.有机四大谱及其特点3.电磁波谱与有机光谱的对应关系1.红外吸收光谱的定义2.分子振动与红外光谱3.有机化合物基团的特征光谱4.红外谱图解析1.核磁共振产生的基本原理2.化学位移3.自旋偶合和自旋裂分4.谱图解析5.13C谱简介1.常见有机波谱常见有机波谱2、有机四大谱及其特点有机四大谱：紫外吸收光谱、红外吸收光谱、核磁共振谱、质谱0.01-5mg(与天平精度有关）0.1-1mg1-5mg0.001-0.1mg2-10万5-50万100-1000万50-500万3.电磁波谱与有机光谱的对应关系λ/nmλ/cm-11.红外吸收光谱的定义红外吸收光谱是分子中成键原子振动能级跃迁而产生的吸收光谱，只有引起分子偶极距变化的振动才能产生红外吸收。二、红外吸收光谱2.分子振动与红外光谱振动方程式：k:力常数，与化学键的强度有关（键长越短，键能越小，k越大）m1和m2分别为化学键所连的两个原子的质量，单位为克即：化学键的振动频率（红外吸收峰的频率）与键强度成正比，与成键原子质量成反比。亚甲基的振动模式：3.有机化合物基团的特征频率(1)特征频率区：红外光谱中4000-1～300cm-1的高频区称为特征频率区。主要是X-H、三键()及双键（C=C,C=O,C=C)的伸缩振动。(2)指纹区：红外光谱的1000cm-1～650cm-1的低频区称为指纹区。主要是各种单键（C-N,C-O,C-C)的伸缩振动及各种弯曲振动的吸收峰。(3)相关峰：习惯上把同一官能团的不同振动方式而产生的红外吸收峰称为相关峰。如甲基(-CH3)2960cm-1(

as)，2870cm-1(s)，1470cm-1、1380cm-1

(C-H剪式及面内摇摆)。A.红外谱图解析基础知识4.红外谱图解析(4)已知物的鉴定：若被测物的IR与已知物的谱峰位置和相对强度完全一致，则可确认为一种物质（注意仪器的灵敏度及H2O的干扰）。(5)未知物的鉴定：可推断简单化合物的结构。对复杂的化合物，需要UV、NMR、MS的数据5、红外光谱图(IR)官能团区：4000

1400cm-1,伸缩振动引起，谱带比较简单，特征性强。

3700-2500cm-12500-1900cm-1

1900-1400cm-1

C-H-C

C-C=CN-H-C

NC=OO-H-C=C=OC=NS-H-N=C=O

指纹区：1400

600cm-1,由C-C,C-O,C-X伸缩振动及力常数小的弯曲振动引起，光谱复杂。

1）红外谱带的影响因素：

成键原子杂化方式

电子效应

氢键作用：一般使谱带移向低波数，且变宽。

2）、红外谱图中的基团特征（吸收）谱带

l

烷烃：C—H伸缩振动2940cm-1和2860cm-1C—H面内弯曲1460（不对称）和1380（对称）-(CH2)n-(n>=4)一般在720cm-1处有特征峰（弱）l

烯烃：=C—H伸缩振动3100-3000cm-1C=C伸缩振动1650cm-1(强度与分子对称性有关)=C—H面外弯折1000-600cm-1(强，位置与分子对称性有关）

炔烃：

C—H伸缩振动3300cm-1（尖锐峰）CC伸缩振动2300-2100cm-1(强度与分子对称性有关)

C—H面外弯曲振动700-600cm-1

芳香结构：C—H伸缩振动3100-3000cm-1单核芳环骨架C=C伸缩振动1600、1580、1500、1450cm-1(强度与分子对称性有关)C—H面外弯折900-690cm-1及起其倍频峰(形状、位置与取代基位置有关)醇、醚

O—H伸缩振动：固态、液膜3300-3400cm-1,宽带。非极性溶剂稀溶液：

3600cm-1，有时伴随缔合峰。醚类C—O—C伸缩：1100-1250cm-1,不易辨识。

胺、铵盐：

胺的N—H伸缩振动：3300-3500cm-1，一般呈双峰（as和s），芳胺吸收强度较大。其它振动（C-N伸缩，N-H弯折）不易判别。

羰基化合物：C=O伸缩振动1620-1850cm-1，强度大。

A.正辛烷6、红外光谱解析举例：B、2-甲基庚烷2,2-二甲基己烷(E)-2-己烯1-己烯(Z)-3-己烯2-甲基-1-丙烯1-己炔2-己炔三、核磁共振谱(NuclearMagneticResonance,NMR)1、基本原理

原子核的自旋，自旋量子数I

偶数偶数0无奇数偶数整数有原子序数质量数INMR信号奇数或偶数奇数1/2,3/2,5/2…有核磁共振现象

核自旋磁矩

=

P=hI/2（其中，P为自旋角动量，是磁旋比，h为普朗克常数）

自旋核进动角速度

0=20=H0（式中，H0为外磁场强度，0为进动频率）

自旋磁量子数m=I,I-1,I-2...(代表不同的取向或能级，只能有2I

+1个能级）

l

1H的核磁共振

在磁场中，核的能量E=-(m/I)

H0

对于1H核，I