有機化學有機波譜課件

1、有機化合物的波譜分析有機化合物的波譜分析有機化合物研究程序分離提純物理常數(shù)測定元素分析和實驗式確定(元素分析）相對分子質(zhì)量的測定和分子式（質(zhì)譜）結(jié)構(gòu)的確定（紅外、紫外、核磁）有機化合物研究程序分離提純未知已知化學方法：費時、費力、消耗大、很難完成膽固醇（1889-1927）現(xiàn)代物理實驗方法：省時、省力、消耗少、準確未知已知膽固醇現(xiàn)代物理實驗方法：省時、省力、消耗少、準確測定有機化合物結(jié)構(gòu)的主要波譜方法 波譜方法代號提供的信息核磁共振波譜(nuclear magnetic resonance spectroscopy)NMR碳骨架 與碳原子相連的氫 原子的化學環(huán)境紅外光譜IR主要的官能團(inf

2、rared spectroscopy)紫外可見光譜(ultraviolet-visible spectroscopy)UV分子中電子體系質(zhì)譜(mass spectrometry)MS相對分子質(zhì)量 分子式 分子中結(jié)構(gòu)單元吸收光譜測定有機化合物結(jié)構(gòu)的主要波譜方法 波譜方法代號提供的信息核磁6.1 分子吸收光譜和分子結(jié)構(gòu) 分子吸收光譜： 圖 6.1 分子吸收光譜示意圖電磁波的性質(zhì)： E= h = hc /h 普朗克(Planck)常量: 6.63 10-34 J s 頻率( Hz), = c 波長 (nm)c光速: 3 108 (ms-1)波數(shù)(cm-1)6.1 分子吸收光譜和分子結(jié)構(gòu) 分子吸收光譜

3、： 圖 6.1電磁波譜與波譜分析方法 0.1nm 10nm 200nm 400nm 800 nm 2.5m 25m 100cm 1m 500m電磁波譜區(qū)域與類型： 射線X射線紫外線可見光遠紫外線近紅外線中紅外線 微 波 無線電磁波遠紅外線 E吸收光譜 分子結(jié)構(gòu)EE1E2分子結(jié)構(gòu)與吸收光譜的關(guān)系： h = E = E2 E1 電子能級：UV振動能級：IR原子核自旋能級:NMR 電磁波譜與波譜分析方法 0.1nm 10nm 200n6.2 紅外吸收光譜 紅外光譜的功能：鑒別分子中的某些官能團 化合物吸收了紅外光的能量，使得分子振動能級發(fā)生躍遷，由此產(chǎn)生紅外光譜。 分子發(fā)生振動能級躍遷時，也伴隨著轉(zhuǎn)

4、動能級的躍遷。電磁波光譜 波數(shù) 電磁波輻射: 4000400 cm-1區(qū)域 2.525 m 6.2 紅外吸收光譜 紅外光譜的功能：鑒別分子中的某些官吸收峰的位置吸收峰的強度圖6.2 1己烯紅外光譜圖吸收峰的位置吸收峰的強度圖6.2 1己烯紅外光譜圖Hooke定律: 2 1k( )m11+m21式中：m1，m2為成鍵原子的質(zhì)量(g)；K為化學鍵的力常數(shù)(Ncm-1)(牛頓厘米-1) 鍵的振動頻率與力常數(shù)(與化學鍵強度有關(guān)) 成正比，而與成鍵的原子質(zhì)量成反比。 6.2.1 分子的振動和紅外光譜 分子中成鍵的兩個原子的簡諧振動： (1) 振動方程式Hooke定律: 2 1k( 同一類型化學鍵，由于環(huán)

5、境不同，力常數(shù) 并不完全相同，因此，吸收峰的位置不同 引起分子偶極矩發(fā)生變化的振動才會出現(xiàn) 紅外吸收峰。無紅外吸收峰 化學鍵極性越強，振動時偶極矩變化越大，吸收峰越強。伸縮振動 化學鍵的振動方式 彎曲振動 同一類型化學鍵，由于環(huán)境不同，力常數(shù) 引起分子偶極矩發(fā)生變(2) 分子振動模式對稱伸縮振動 (s) 反對稱伸縮振動(as) 搖擺振動 ( )卷曲振動 () 面外彎曲振動 (2) 分子振動模式對稱伸縮振動 (s) 反對稱伸縮振動( 剪切振動 (s) 搖擺振動 () 面內(nèi)彎曲振動 分子中的化學鍵或基團產(chǎn)生特征的振動，會在特定的位置出現(xiàn)吸收峰 基團的特征吸收峰(特征峰)6.2.2 有機化合物基團的

6、特征頻率特征頻率: 最大吸收對應(yīng)的頻率 例如：羰基的特征頻率為18501600 cm-1 剪切振動 (s) 搖擺振動 () 面內(nèi)彎曲振動 影響紅外吸收的主要因素記住Hooke定律的意義：振動頻率與鍵能成正比，與 原子的折合質(zhì)量成反比。1、化學鍵的強度越大，振動吸收頻率越高。2、軌道中S成分越多，鍵的強度越大，吸收頻率越高影響紅外吸收的主要因素記住Hooke定律的意義：振動頻率與鍵3、原子的質(zhì)量越大，振動吸收頻率越低。4、吸電子誘導效應(yīng)使振動吸收頻率升高。3、原子的質(zhì)量越大，振動吸收頻率越低。4、吸電子誘導效應(yīng)使振紅外光譜的區(qū)域劃分：40001600 cm-1 伸縮振動吸收 官能團區(qū)(特征頻率區(qū)

7、)1600400 cm-1 伸縮振動與彎曲振動吸收 指紋區(qū)官能團的特征吸收化合物的特征吸收5、共軛效應(yīng)使振動吸收頻率降低。紅外光譜的區(qū)域劃分：40001600 cm-1 伸縮二、特征紅外吸收峰吸收波數(shù)cm- 產(chǎn) 吸 收 的 鍵二、特征紅外吸收峰吸收波數(shù)cm- 產(chǎn) 面內(nèi)彎曲振動各種碳氫鍵的面外彎曲振動醛、酮、羧酸.面內(nèi)彎曲振動各種碳氫鍵的面外彎曲振動醛、酮、羧酸.表6.2 常見有機化合物基團的特征頻率 化學鍵類型頻率cm-1化學鍵類型頻率cm-1伸縮振動 單鍵 雙鍵 三鍵 表6.2 常見有機化合物基團的特征頻率 化學鍵類型頻率化學各類化合物的紅外吸收及解析通常解析紅外光譜： 先看高頻區(qū)（4000

8、1400cm-1）， 再看低頻區(qū)（1000650cm-1）。 先找特征峰，再找相關(guān)峰。特征峰：特定的鍵或官能團振動所產(chǎn)生的 吸收峰。各類化合物的紅外吸收及解析通常解析紅外光譜： 相關(guān)峰：通常一個基團有數(shù)種振動形式，每 種振動形式產(chǎn)生一個相應(yīng)的吸峰。 習慣上把這些相互依存又可相互佐 證的一組峰叫相關(guān)峰。 例： RCH = CH2 可產(chǎn)生三種特征吸收峰這三種峰可以相互佐證，證明分子為一取代烯烴。這三種峰被叫做相關(guān)峰。相關(guān)峰：通常一個基團有數(shù)種振動形式，每 例： RCH = 一、烷烴1、 30002800cm-12、 （面內(nèi)）14751300cm-13、 （面外）740720cm-1 （CH2）n當

9、 n4時： 在740720cm-1會產(chǎn)生吸收峰。一、烷烴1、 30002800cm圖6.3 正辛烷的紅外光譜圖 T / %圖6.3 正辛烷的紅外光譜圖 T / %異丙基和叔丁基在1375cm-1處的裂分情況：異丙基和叔丁基圖6.4 2甲基庚烷的紅外光譜圖 T / %圖6.4 2甲基庚烷的紅外光譜圖 T / %圖6.5 2,2二甲基己烷的紅外光譜圖 T / %圖6.5 2,2二甲基己烷的紅外光譜圖 T / %二、烯烴（面外）990和910兩個峰890970二、烯烴（面外）990和910兩個峰890970圖 6.6 1己烯的紅外光譜圖 T / %圖 6.6 1己烯的紅外光譜圖 T / %圖 6.7

10、 (Z)3己烯的紅外光譜圖 T / %圖 6.7 (Z)3己烯的紅外光譜圖 T / %圖 6.8 (E)2己烯的紅外光譜圖 T / %圖 6.8 (E)2己烯的紅外光譜圖 T / %(3) 炔烴末端炔烴CH 3300 cm-1(強而尖) 伸縮振動不對稱炔烴CC 2150 cm-1 彎曲振動末端炔烴CH 700600 cm-1 (強而寬) (3) 炔烴末端炔烴CH 3300 cm-圖 6.9 1己炔的紅外光譜圖 T / %圖 6.9 1己炔的紅外光譜圖 T / %四、芳烴（苯及其衍生物）3010cm-11600cm-1 1580cm-11500cm-1 1450cm-1四、芳烴（苯及其衍生物）3

11、010cm-11600cm-1 有機化學有機波譜課件圖 6.10 甲苯的紅外光譜圖 T / %圖 6.10 甲苯的紅外光譜圖 T / %紅外光譜的用途鑒定已知化合物：用被測物的標準試樣與被測物在相同條件下測定IR，若吸收峰位置、強度和形狀完全相同，可認為是同一物質(zhì)。另外，還可查閱標準譜圖。測定未知結(jié)構(gòu)： 簡單化合物-推測結(jié)構(gòu) 復雜化合物-提供官能團信息 需配合化學分析、MS、UV等譜圖綜合分析紅外光譜的用途鑒定已知化合物：用被測物的標準試樣與被測物在相紅外記憶歌外可分遠中近，中紅特征指紋區(qū)，1600來分界，注意橫軸劃分異?？磮D要知紅外儀，弄清物態(tài)液固氣。樣品來源制樣法，物化性能多聯(lián)系。 識圖先

12、學飽和烴，三千以下看峰形。2960、2870是甲基，2930、2850亞甲峰。1470碳氫彎，1380甲基顯。二個甲基同一碳，1380分二半。面內(nèi)搖擺720，長鏈亞甲亦可辨。紅外記憶歌外可分遠中近，中紅特征指紋區(qū)，烯氫伸展過三千，排除倍頻和鹵烷。末端烯烴此峰強，只有一氫不明顯?；衔铮宙I偏，1650會出現(xiàn)。烯氫面外易變形，1000以下有強峰。910端基氫，再有一氫990。順式二氫690，反式移至970；單氫出峰820，干擾順式難確定。炔氫伸展三千三，峰強很大峰形尖。三鍵伸展二千二，炔氫搖擺六百八。芳烴呼吸很特征，16001430。烯氫伸展過三千，排除倍頻和鹵烷。16502000，取代方式區(qū)分明。900650，面外彎曲定芳氫。五氫吸收有兩峰，700和750；四氫只有750，二氫相鄰830；間二取代出三峰，700、780，880處孤立氫醇酚羥基易締合，三千三處有強峰。CO伸展吸收大，伯仲叔醇位不同。1050伯醇顯，1100乃是仲，1150叔醇在，1230才是酚。1110醚鏈伸，注意排除酯酸醇。若與鍵緊相連，二個吸收要看準，1050對稱峰，1250反對稱。苯環(huán)若有甲氧基，碳氫伸展2820。16502000，取代方式區(qū)分明。次甲基二氧連苯環(huán)，930處有強峰，環(huán)氧乙烷有三峰，1260環(huán)振動，九百上下反對稱，八百左右最特征?？s醛酮，特殊醚，1110非縮酮。酸酐也有CO