化學(xué)鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件

第六章有機(jī)化合物的波譜分析第六章有機(jī)化合物的波譜分析1第七章有機(jī)化合物的波譜分析一、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)光譜的對應(yīng)關(guān)系1.紅外吸收光譜的定義2.分子振動與紅外光譜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譜簡介第七章有機(jī)化合物的波譜分析一、有機(jī)波譜分析簡介二、紅外吸收21.常見有機(jī)波譜常見有機(jī)波譜1.常見有機(jī)波譜常見有機(jī)波譜32、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43.電磁波譜與有機(jī)光譜的對應(yīng)關(guān)系λ/nmλ/cm-13.電磁波譜與有機(jī)光譜的對應(yīng)關(guān)系λ/nmλ/cm-151.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62.分子振動與紅外光譜振動方程式：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)鍵所連的兩個原子的質(zhì)量，單位為克即：化學(xué)鍵的振動頻率（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。2.分子振動與紅外光譜振動方程式：k:力常數(shù)，與化學(xué)鍵的強(qiáng)度7亞甲基的振動模式：亞甲基的振動模式：83.有機(jī)化合物基團(tuán)的特征頻率3.有機(jī)化合物基團(tuán)的特征頻率9化學(xué)鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件10(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(guān)峰：習(xí)慣上把同一官能團(tuán)的不同振動方式而產(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4.紅外譜圖解析(1)特征頻率區(qū)：紅外光譜中4000-1～300cm-1的11(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(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)。對復(fù)雜的化合物，需要UV、NMR、MS的數(shù)據(jù)(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(qiáng)125、紅外光譜圖(IR)官能團(tuán)區(qū)：40001400cm-1,伸縮振動引起，譜帶比較簡單，特征性強(qiáng)。

3700-2500cm-12500-1900cm-1

1900-1400cm-1

C-H-CC-C=CN-H-CNC=OO-H-C=C=OC=NS-H-N=C=O

5、紅外光譜圖(IR)官能團(tuán)區(qū)：40001413指紋區(qū)：1400600cm-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(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)

指紋區(qū)：1400600cm-1,由C-C,14氫鍵作用：一般使譜帶移向低波數(shù)，且變寬。

氫鍵作用：一般使譜帶移向低波數(shù)，且變寬。152）、紅外譜圖中的基團(tuán)特征（吸收）譜帶

l

烷烴：C—H伸縮振動2940cm-1和2860cm-1C—H面內(nèi)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）2）、紅外譜圖中的基團(tuán)特征（吸收）譜帶l

烷烴：C—H伸16l

烯烴：=C—H伸縮振動3100-3000cm-1C=C伸縮振動1650cm-1(強(qiáng)度與分子對稱性有關(guān))=C—H面外彎折1000-600cm-1(強(qiáng)，位置與分子對稱性有關(guān)）l

烯烴：=C—H伸縮振動3100-3000cm-117化學(xué)鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件18

炔烴：C—H伸縮振動3300cm-1（尖銳峰）CC伸縮振動2300-2100cm-1(強(qiáng)度與分子對稱性有關(guān))C—H面外彎曲振動700-600cm-1

炔烴：19化學(xué)鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件20

芳香結(jié)構(gòu)：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(qiáng)度與分子對稱性有關(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))

芳香結(jié)構(gòu)：21化學(xué)鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件22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。

醇、醚O—H伸縮振動：固態(tài)、液膜3300-3400cm-123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(qiáng)度較大。其它振動（C-N伸縮，N-H彎折）不易判別。

胺、銨鹽：胺的N—H伸縮振動：3300-3500cm-1，24羰基化合物：C=O伸縮振動1620-1850cm-1，強(qiáng)度大。

羰基化合物：C=O伸縮振動1620-1850cm-1，強(qiáng)度大25化學(xué)鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件26A.正辛烷6、紅外光譜解析舉例：A.正辛烷6、紅外光譜解析舉例：27B、2-甲基庚烷B、2-甲基庚烷282,2-二甲基己烷2,2-二甲基己烷29(E)-2-己烯(E)-2-己烯301-己烯1-己烯31(Z)-3-己烯(Z)-3-己烯322-甲基-1-丙烯2-甲基-1-丙烯331-己炔1-己炔342-己炔2-己炔35三、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信號奇數(shù)或偶數(shù)奇數(shù)1/2,3/2,5/2…有三、核磁共振譜(NuclearMagneticReson36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(jìn)動角速度0=20=H0（式中，H0為外磁場強(qiáng)度，0為進(jìn)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）

l

1H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=2H0=h0

1H核發(fā)生共振的條件射

=0=H0

/2

（射為外加電磁波的頻率）

核磁共振現(xiàn)象

核自旋磁矩=P=hI37化學(xué)鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件38其它I

=1/2的自旋核的共振

1H99.981.0013C1.1080.01615N0.3650.0010419F1000.834核天然豐度(%)在同一磁場中的相對靈敏度31P1000.066其它I=1/2的自旋核的共振1H99.981.001339核磁共振波譜儀：連續(xù)波掃描NMR和FT-NMR

核磁共振波譜儀：連續(xù)波掃描NMR和FT-NMR40二、質(zhì)子的化學(xué)位移

1、

化學(xué)位移的起因化學(xué)位移源于核外電子在磁場中運(yùn)動產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的屏蔽或去屏蔽效應(yīng)。質(zhì)子發(fā)生核磁共振的真正條件應(yīng)為：射

=

H有效/2其中：H有效=H0(1-s)=H0-H感應(yīng)

二、質(zhì)子的化學(xué)位移1、化學(xué)位移的起因化學(xué)位移源于核外電子41化學(xué)位移的表示方法：相對數(shù)值(d/ppm)

化學(xué)位移的表示方法：相對數(shù)值(d/ppm)422、影響化學(xué)位移的因素：誘導(dǎo)效應(yīng)和各向異性效應(yīng)

誘導(dǎo)效應(yīng)：電負(fù)性大的原子或基團(tuán)，吸電子能力強(qiáng)，使鄰近1H的質(zhì)子峰移向低場（左側(cè)），反之移向高場（右側(cè)）。

各向異性效應(yīng)：烯、炔、芳香化合物。

2、影響化學(xué)位移的因素：誘導(dǎo)效應(yīng)和各向異性效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)：電43化學(xué)鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件44氫鍵、：去屏蔽作用，醇、酸、b-二酮、酰胺等。

氫鍵、：去屏蔽作用，醇、酸、b-二酮、酰胺等。45活潑質(zhì)子交換：一般導(dǎo)致峰加寬、活潑質(zhì)子化學(xué)位移不定活潑質(zhì)子交換：一般導(dǎo)致峰加寬、活潑質(zhì)子化學(xué)位移不定46溫度及溶劑

溫度及溶劑473、積分強(qiáng)度：用于確定分子中各種不同質(zhì)子的數(shù)目

4、自旋裂分及自旋偶合

化學(xué)等價：分子中兩個相同的質(zhì)子處于相同的化學(xué)環(huán)境時，兩者被稱為化學(xué)等價?；瘜W(xué)等價的質(zhì)子具有相同的化學(xué)位移。

3、積分強(qiáng)度：用于確定分子中各種不同質(zhì)子的數(shù)目4、自旋裂分48與不對稱碳相連的CH2的兩個質(zhì)子化學(xué)不等價；有些質(zhì)子等價與否受條件限制。

與不對稱碳相連的CH2的兩個質(zhì)子化學(xué)不等價；有些質(zhì)子等價與否49相鄰質(zhì)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。

相鄰質(zhì)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50l

自旋偶合的起因：外磁場作用下鄰近質(zhì)子自旋取向（磁偶極子）不同而產(chǎn)生的加強(qiáng)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）。l

自旋偶合的起因：外磁場作用下鄰近質(zhì)子自旋取向（51偶合常數(shù)(J)：表示自旋偶合作用的強(qiáng)弱，與外磁場的強(qiáng)度無關(guān)，單位Hz。兩個相互偶合的質(zhì)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(zhì)子的數(shù)目，各峰強(qiáng)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)。

偶合常數(shù)(J)：表示自旋偶合作用的強(qiáng)弱，與外磁場的強(qiáng)度無關(guān)，52化學(xué)鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件53化學(xué)鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件54n+1規(guī)則的擴(kuò)展：被裂分質(zhì)子附近有兩組不同的質(zhì)子時，理論上裂分峰數(shù)為(n+1