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1、第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 第八章 有机化合物的结构表征 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 教学内容 第一节 有机化合物的结构与吸收光谱 第二节 红外光谱 第三节 核磁共振谱 第四节 质谱 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 教学目的和基本要求 了解电磁波谱与分子吸收光谱的关系； 掌握红外光谱、核磁共振谱的基本原理和应用； 了解紫外光谱和质谱的基本原理和应用； 掌握紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱与分子结构的关系； 能对较简单的红外光谱和核磁共振谱的谱图进行解析。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 【本章重点】 红外光谱、核磁共振谱。 【必须掌
2、握的内容】 1. 红外光谱、核磁共振谱的基本原理。 2. 红外光谱、核磁共振谱谱图的解析方法。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 有机化合物的结构表征（即测定） 从分子水平认识物质的基本手段，是 有机化学的重要组成部分。过去，主要依靠化学方法进行有机化合物的结构 测定，其缺点是：费时、费力、费钱，试剂的消耗量大。例如： 鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究，直至1952年才完全阐明， 历时147年。 而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其优点是：省时、省 力、省钱、快速、准确，试剂耗量是微克级的，甚至更少。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 它不仅可以研究分
3、子的结构，而且还能探索到分子间各 种集聚态的结构构型和构象的状况，对人类所面临的生命科 学、材料科学的发展，是极其重要的。 对有机化合物的研究，应用最为广泛的是：紫外光 谱（ultravioler spectroscopy 缩写为UV）、红外光谱 （infrared spectroscopy 缩写为IR）、核磁共振谱 （nuclear magnetic resonance 缩写为NMR）和质谱 （mass spectroscopy 缩写为MS）. 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 一、电磁波谱的一般概念 光是一种电磁波，具有波粒二相性。 波动性：可用波长()、频率（）和波数（）来描
4、述。 按量子力学，其关系为： 第一节 有机化合物的结构与吸收光谱 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 该式表明：分子吸收电磁波，从低能级跃迁到高能级，其吸收光的 频率与吸收能量的关系。 由此可见，与E，成反比，即，（每秒的振动次数），E。 在分子光谱中，根据电磁波的波长（）划分为几个不同的区域，如 下图所示： 微粒性：可用光量子的能量来描述： 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 分子的总能量由以下几种能量组成： 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 分子吸收光谱可分为三类： 1、转动光谱：有彼此分开的谱线组成，在有机化学中的用途不大。 2、振动光谱：由一些谱带组成，
5、大多在中红外区域，因此称为红外光谱。 3、电子光谱：由无数条互相重叠的谱带组成，一般是把吸收带中吸收强度 最大的波长作为特征吸收峰的波长标出。 如紫外和可见吸收光谱。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 二、 紫外和可见吸收光谱 紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的。 紫外吸收光谱的波长范围是100-400nm（纳米）， 其中100-200nm 为远紫外区， 200-400nm为近紫外区， 一般的紫外光谱是指近紫外区。 1、紫外光谱的基本原理 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 2 跃迁的分类（结合图82） 有机化合物的价电子有三种类型：s电子，电子和非成键电子（n
6、） （1）烷烃 s- s* 远紫外区 可用作溶剂 （2）甲醇 n- s* 远紫外区 lmax=183nm =500 CH3I n- s* 近紫外区 lmax=258nm CH3Br n- s* 近紫外区 lmax=204nm （3）乙烯 s- s* 远紫外区 -* 远紫外区 lmax=165nm （4）丙酮 s- s* s- * n- s* -* 远紫外区 lmax=188nm =900 n-* 近紫外区 lmax=279nm =15 （5）1,3-丁二烯 2-3* 近紫外区 lmax=217nm =21000 小结：电子跃迁有三种类型-*; n-*, n-*; -* 第八章 有机化合物的结构
7、表征 jxp1127 3、 紫外光谱图的组成 紫外光谱图是由横坐标、纵坐标和吸收曲线组成的。(见图83） 纵坐标表示吸收光的吸收强度，可以用 A（吸光度）、T（透射比或透光率或透过率） 、1-T（吸收率）、（摩尔吸收系数）中的任 何一个来表示。 吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。曲线最大吸收峰的横坐标 为该吸收峰的位置，纵坐标为它的吸收强度。 横坐标表示吸收光的波长，用nm（纳米） 为单位。 max=280nm , max= 15 紫外吸收强度符合郎玻比尔（Lambert-Beer）定律。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 4.几个基本概念： 生色基：能在某一段光波内产生吸收的基团
8、，称为这一段波长的生 色团或生色基。 助色基： 当具有非键电子的原子或基团连在双键或共轭体系上时， 会形成非键电子与电子的共轭（p- 共轭），从而使电子 的活动范围增大，吸收向长波方向位移，颜色加深，这种效 应称为助色效应。能产生助色效应的原子或原子团称为助色 基。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 红移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向长波 方向移动的现象称为红移现象。 蓝移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向短波 方向移动的现象称为蓝移现象。 增色效应：使值增加的效应称为增色效应。 减色效应：使值减少的效应称为减色效应。 结论:紫外光谱是检测(1)共轭烯烃;(2)
9、共轭羰基化合物; (3)芳香化合物;(4)顺反异构体构型的有力工具。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 三、 分子结构与紫外吸收的关系 1. 共轭的影响:共轭双键增加,吸收向长波移动(红移),一般的每增加一个双 键,lmax吸收向长波移动约30nm. CH2=CH2 max=185nm CH3CH=CHCHO max=220nm CH2=CH-CH=CH2 max=217nm CH3CH=CH-CH=CHCHO max=270nm CH2=CH-CH=CH-CH=CH2 max=258nm CH3-(CH=CH)3-CHO max=312nm 11）。 几何形状的影响: 反-1,2
10、-二苯乙烯(lmax=295.5nm); 2 顺-1,2-二苯乙烯 (lmax=285nm). 即:反式异构体lmax顺式异构体lmax(为什么?) 2）。 取代基的影响： 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 2. 苯系化合物的紫外线光谱 苯在正己烷中有三个吸收带: (I)带 max=184nm =6104 (II)带 max=203.5nm =7.4103 ; (III)带 max=254nm =204(苯环特征峰) (I)带 (II)带 化合物 max max 溶剂 甲苯 206nm 7103 261nm 225 正己烷 苯酚 210.5nm 6.2103 270nm 1450
11、水 硝基苯 252nm 1.0104 280nm 10000 正己醇 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 练习：比较下列各组化合物lmax的大小。 练习2： P222，习题1，习题2 和习题3 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 第二节 红外光谱 (Infrared Spectroscopy : IR) 电子的跃迁产生紫外吸收光谱，借此可以初步判断 分子中官能团的大致类型；同样，化学键的振动可以产生 红外光谱，通过红外光谱又可以获得分子结构的一些重要 信息。因此，红外光谱是有机分子结构解析的又一种重要 手段。 研究对象：化学键 研究内容：化学键的振动规律及该规律的应用 第八
12、章 有机化合物的结构表征 jxp1127 横坐标：波数（）4004000 cm-1；表示吸收峰的位置。 纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。T，表明吸收的越好，故曲 线低谷表示是一个好的吸收带。 I：表示透过光的强度； I0：表示入射光的强度。 一、红外光谱图的表示方法 一般指中红外（ 振动能级跃迁）。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 二、红外光谱的产生与分子结构的关系 1.分子的振动方式 (1)伸缩振动： 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 (2)弯曲振动： 值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩 ()发生变化的，才能有红外吸收。 H2、O2、N
13、2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 HCCH、RCCR，其CC（三键）振动也不能引起 红外吸收。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 2.振动方程式（Hooke定律） 式中：k 化学键的力常数，单位为N.cm-1 折合质量，单位为g 力常数k：与键长、键能有关：键能（大），键长（短），k。 化学键键长（nm）键能（Kj.mol-1） 力常数 k（N.cm-1） 波数范围（cm-1） CC0.154347.34.57001200 CC0.134610.99.616201680 CC0.116836.815.621002600 一些常见化学键的力常数如下表所示： 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 折合质量：两振动原子只要有一个的质量，（），红红 外吸收信号将出现现在高波数区。 3. 分子的振动能级跃迁和红外吸收峰位置 分子的振动是量子化的，其能级为： 式中：v 为振动量子数 (0,1,2,);振为化学键的振动频率。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 分子由基态v = 0 跃迁到激发态v = 1 时，吸收光的能量为： 分子振动频率习惯以（波数）表示： 由此可见：（） k，（）与
