第九章 光譜法在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用

第九章光譜法在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用(3學(xué)時(shí))一、有機(jī)波譜分析簡介二、紅外吸收光譜三、核譜共振譜1.常見有機(jī)波譜2.有機(jī)四大譜及其特點(diǎn)3.電磁波譜與有機(jī)光譜的對(duì)應(yīng)關(guān)系1.紅外吸收光譜的定義2.分子振動(dòng)與紅外光譜3.有機(jī)化合物基團(tuán)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(xué)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(jī)波譜常見有機(jī)波譜2、有機(jī)四大譜及其特點(diǎn)有機(jī)四大譜：紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、核磁共振譜、質(zhì)譜0.01-5mg(與天平精度有關(guān)）0.1-1mg1-5mg0.001-0.1mg2-10萬5-50萬100-1000萬50-500萬3.電磁波譜與有機(jī)光譜的對(duì)應(yīng)關(guān)系λ/nmλ/cm-11.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(dòng)能級(jí)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(dòng)才能產(chǎn)生紅外吸收。二、紅外吸收光譜2.分子振動(dòng)與紅外光譜振動(dòng)方程式：k:力常數(shù)，與化學(xué)鍵的強(qiáng)度有關(guān)（鍵長越短，鍵能越小，k越大）m1和m2分別為化學(xué)鍵所連的兩個(gè)原子的質(zhì)量，單位為克即：化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率（紅外吸收峰的頻率）與鍵強(qiáng)度成正比，與成鍵原子質(zhì)量成反比。亞甲基的振動(dòng)模式：3.有機(jī)化合物基團(tuán)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(dòng)。(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(dòng)及各種彎曲振動(dòng)的吸收峰。(3)相關(guān)峰：習(xí)慣上把同一官能團(tuán)的不同振動(dòng)方式而產(chǎn)生的紅外吸收峰稱為相關(guān)峰。如甲基(-CH3)2960cm-1(

as)，2870cm-1(s)，1470cm-1、1380cm-1

(C-H剪式及面內(nèi)搖擺)。A.紅外譜圖解析基礎(chǔ)知識(shí)4.紅外譜圖解析(4)已知物的鑒定：若被測(cè)物的IR與已知物的譜峰位置和相對(duì)強(qiáng)度完全一致，則可確認(rèn)為一種物質(zhì)（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(jié)構(gòu)。對(duì)復(fù)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(tuán)區(qū)：4000

1400cm-1,伸縮振動(dòng)引起，譜帶比較簡單，特征性強(qiáng)。

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

指紋區(qū)：1400

600cm-1,由C-C,C-O,C-X伸縮振動(dòng)及力常數(shù)小的彎曲振動(dòng)引起，光譜復(fù)雜。

1）紅外譜帶的影響因素：

成鍵原子雜化方式

電子效應(yīng)

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(tuán)特征（吸收）譜帶

l

烷烴：C—H伸縮振動(dòng)2940cm-1和2860cm-1C—H面內(nèi)彎曲1460（不對(duì)稱）和1380（對(duì)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(dòng)3100-3000cm-1C=C伸縮振動(dòng)1650cm-1(強(qiáng)度與分子對(duì)稱性有關(guān))=C—H面外彎折1000-600cm-1(強(qiáng)，位置與分子對(duì)稱性有關(guān)）

炔烴：

C—H伸縮振動(dòng)3300cm-1（尖銳峰）CC伸縮振動(dòng)2300-2100cm-1(強(qiáng)度與分子對(duì)稱性有關(guān))

C—H面外彎曲振動(dòng)700-600cm-1

芳香結(jié)構(gòu)：C—H伸縮振動(dòng)3100-3000cm-1單核芳環(huán)骨架C=C伸縮振動(dòng)1600、1580、1500、1450cm-1(強(qiáng)度與分子對(duì)稱性有關(guān))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(guān))醇、醚

O—H伸縮振動(dòng)：固態(tài)、液膜3300-3400cm-1,寬帶。非極性溶劑稀溶液：

3600cm-1，有時(shí)伴隨締合峰。醚類C—O—C伸縮：1100-1250cm-1,不易辨識(shí)。

胺、銨鹽：

胺的N—H伸縮振動(dòng)：3300-3500cm-1，一般呈雙峰（as和s），芳胺吸收強(qiáng)度較大。其它振動(dòng)（C-N伸縮，N-H彎折）不易判別。

羰基化合物：C=O伸縮振動(dòng)1620-1850cm-1，強(qiáng)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

偶數(shù)偶數(shù)0無奇數(shù)偶數(shù)整數(shù)有原子序數(shù)質(zhì)量數(shù)INMR信號(hào)奇數(shù)或偶數(shù)奇數(shù)1/2,3/2,5/2…有核磁共振現(xiàn)象

核自旋磁矩

=

P=hI/2（其中，P為自旋角動(dòng)量，是磁旋比，h為普朗克常數(shù)）

自旋核進(jìn)動(dòng)角速度

0=20=H0（式中，H0為外磁場(chǎng)強(qiáng)度，0為進(jìn)動(dòng)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(jí)，只能有2I

+1個(gè)能級(jí)）

l

1H的核磁共振

在磁場(chǎng)中，核的能量E=-(m/I)

H0

對(duì)于1H核，I