紅外吸收光譜核磁共振譜.ppt

第六章有機化合物的波譜分析 第七章有機化合物的波譜分析 一 有機波譜分析簡介 二 紅外吸收光譜 三 核譜共振譜 1 常見有機波譜 2 有機四大譜及其特點 3 電磁波譜與有機光譜的對應關系 1 紅外吸收光譜的定義 2 分子振動與紅外光譜 3 有機化合物基團的特征光譜 4 紅外譜圖解析 1 核磁共振產(chǎn)生的基本原理 2 化學位移 3 自旋偶合和自旋裂分 4 譜圖解析 5 13C譜簡介 1 常見有機波譜 常見有機波譜 2 有機四大譜及其特點 有機四大譜 紫外吸收光譜 紅外吸收光譜 核磁共振譜 質譜 0 01 5mg 與天平精度有關 0 1 1mg 1 5mg 0 001 0 1mg 2 10萬 5 50萬 100 1000萬 50 500萬 3 電磁波譜與有機光譜的對應關系 nm cm 1 1 紅外吸收光譜的定義 紅外吸收光譜是分子中成鍵原子振動能級躍遷而產(chǎn)生的吸收光譜 只有引起分子偶極距變化的振動才能產(chǎn)生紅外吸收 二 紅外吸收光譜 2 分子振動與紅外光譜 振動方程式 k 力常數(shù) 與化學鍵的強度有關 鍵長越短 鍵能越小 k越大 m1和m2分別為化學鍵所連的兩個原子的質量 單位為克 即 化學鍵的振動頻率 紅外吸收峰的頻率 與鍵強度成正比 與成鍵原子質量成反比 亞甲基的振動模式 3 有機化合物基團的特征頻率 1 特征頻率區(qū) 紅外光譜中4000 1 300cm 1的高頻區(qū)稱為特征頻率區(qū) 主要是X H 三鍵 及雙鍵 C C C O C C 的伸縮振動 2 指紋區(qū) 紅外光譜的1000cm 1 650cm 1的低頻區(qū)稱為指紋區(qū) 主要是各種單鍵 C N C O C C 的伸縮振動及各種彎曲振動的吸收峰 3 相關峰 習慣上把同一官能團的不同振動方式而產(chǎn)生的紅外吸收峰稱為相關峰 如甲基 CH3 2960cm 1 as 2870cm 1 s 1470cm 1 1380cm 1 C H剪式及面內搖擺 A 紅外譜圖解析基礎知識 4 紅外譜圖解析 4 已知物的鑒定 若被測物的IR與已知物的譜峰位置和相對強度完全一致 則可確認為一種物質 注意儀器的靈敏度及H2O的干擾 5 未知物的鑒定 可推斷簡單化合物的結構 對復雜的化合物 需要UV NMR MS的數(shù)據(jù) 5 紅外光譜圖 IR 官能團區(qū) 4000 1400cm 1 伸縮振動引起 譜帶比較簡單 特征性強 指紋區(qū) 1400 600cm 1 由C C C O C X伸縮振動及力常數(shù)小的彎曲振動引起 光譜復雜 1 紅外譜帶的影響因素 成鍵原子雜化方式 電子效應 氫鍵作用 一般使譜帶移向低波數(shù) 且變寬 2 紅外譜圖中的基團特征 吸收 譜帶 l烷烴 C H伸縮振動2940cm 1和2860cm 1C H面內彎曲1460 不對稱 和1380 對稱 CH2 n n 4 一般在720cm 1處有特征峰 弱 l烯烴 C H伸縮振動3100 3000cm 1C C伸縮振動1650cm 1 強度與分子對稱性有關 C H面外彎折1000 600cm 1 強 位置與分子對稱性有關 炔烴 C H伸縮振動 3300cm 1 尖銳峰 C C伸縮振動2300 2100cm 1 強度與分子對稱性有關 C H面外彎曲振動700 600cm 1 芳香結構 C H伸縮振動3100 3000cm 1單核芳環(huán)骨架C C伸縮振動1600 1580 1500 1450cm 1 強度與分子對稱性有關 C H面外彎折900 690cm 1及起其倍頻峰 形狀 位置與取代基位置有關 醇 醚 O H伸縮振動 固態(tài) 液膜3300 3400cm 1 寬帶 非極性溶劑稀溶液 3600cm 1 有時伴隨締合峰 醚類C O C伸縮 1100 1250cm 1 不易辨識 胺 銨鹽 胺的N H伸縮振動 3300 3500cm 1 一般呈雙峰 as和s 芳胺吸收強度較大 其它振動 C N伸縮 N H彎折 不易判別 羰基化合物 C O伸縮振動1620 1850cm 1 強度大 A 正辛烷 6 紅外光譜解析舉例 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 核磁共振譜 NuclearMagneticResonance NMR 1 基本原理 原子核的自旋 自旋量子數(shù)I 核磁共振現(xiàn)象 核自旋磁矩 P hI 2 其中 P為自旋角動量 是磁旋比 h為普朗克常數(shù) 自旋核進動角速度 0 2 0 H0 式中 H0為外磁場強度 0為進動頻率 自旋磁量子數(shù)m I I 1 I 2 代表不同的取向或能級 只能有2I 1個能級 l1H的核磁共振 在磁場中 核的能量E m I H0對于1H核 I 1 2 m 1 2 在磁場H0中有兩個不同能級 其能量差 E 2 H0 h 01H核發(fā)生共振的條件 射 0 H0 2 射為外加電磁波的頻率 其它I 1 2的自旋核的共振 核磁共振波譜儀 連續(xù)波掃描NMR和FT NMR 二 質子的化學位移 1 化學位移的起因 化學位移源于核外電子在磁場中運動產(chǎn)生的感應磁場的屏蔽或去屏蔽效應 質子發(fā)生核磁共振的真正條件應為 射 H有效 2 其中 H有效 H0 1 s H0 H感應 化學位移的表示方法 相對數(shù)值 d ppm 2 影響化學位移的因素 誘導效應和各向異性效應 誘導效應 電負性大的原子或基團 吸電子能力強 使鄰近1H的質子峰移向低場 左側 反之移向高場 右側 各向異性效應 烯 炔 芳香化合物 氫鍵 去屏蔽作用 醇 酸 b 二酮 酰胺等 活潑質子交換 一般導致峰加寬 活潑質子化學位移不定 溫度及溶劑 3 積分強度 用于確定分子中各種不同質子的數(shù)目 4 自旋裂分及自旋偶合 化學等價 分子中兩個相同的質子處于相同的化學環(huán)境時 兩者被稱為化學等價 化學等價的質子具有相同的化學位移 與不對稱碳相連的CH2的兩個質子化學不等價 有些質子等價與否受條件限制 相鄰質子間在外磁場存在下的相互作用稱為自旋偶合 因自旋偶合引起的譜線裂分或增多稱為自旋裂分 l自旋偶合的起因 外磁場作用下鄰近質子自旋取向 磁偶極子 不同而產(chǎn)生的加強或削弱外磁場的效果 自旋偶合通過成鍵電子傳遞 一般傳遞距離不超過3個s鍵 p體系除外 偶合常數(shù) J 表示自旋偶合作用的強弱 與外磁場的強度無關 單位Hz 兩個相互偶合的質子間的偶合常數(shù)相同 即Jab Jba 自旋裂分的規(guī)律 n 1規(guī)則 一級圖譜 n為鄰近等性質子的數(shù)目 各峰強度基本滿足二項式各向系數(shù)比 二重峰1 1 三重峰1 2 1 四重峰1 3 3 1 五重峰1 4 6 4 1 七重峰1 6 15 20 15 6 1 n 1規(guī)則的擴展 被裂分質子附近