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1、第八章 目 录,8.1 分子吸收光谱和分子结构,8.2 红外光谱 (IR),8.3 核磁共振谱 (NMR),8.4 紫外光谱 (UV),8.5 质谱 (MS),第八章 有机化合物的波谱分析,测定有机物结构的2种方法：化学法和波谱法,第八章 有机化合物的波谱分析,波谱法,化学法,需要较多试样（半微量分析，用样量为10100mg） 损坏样品 大量的时间（吗啡碱，18051952年） 需要熟练的实验技巧，高超的智慧和坚韧不拔的精神。,样品用量少（30mg） 不损坏样品（MS除外） 分析速度快(10min) 对*C及CC的构型确定比较方便,波谱法已成为有机结构分析的常规方法。,8.1 分子吸收光谱和分
2、子结构,一定波长的光与分子相互作用并被吸收，用特写仪器记录下来就是分子吸收光谱：,第八章 有机化合物的波谱分析,分子运动能级和跃迁,当电磁波频率满足下式： E=h 分子可吸收电磁波，从低能级激发到高能级。 不同结构的分子所吸收的电磁波频率不同，用仪器记录分子对不同波长的电磁波的吸收情况，就可得到光谱，得到分子的结构信息。,8.1 分子吸收光谱和分子结构,电磁波波长越短，频率越快，能量越高。,200800nm:引起电子运动能级跃迁，得到紫外及可见光谱； 2.5-25m:引起分子振、转能级跃迁，得到红外光谱； 60-600MHz:核在外加磁场中取向能级跃迁，得到核磁共振谱。,8.1 分子吸收光谱和
3、分子结构,8.2 红外光谱(IR),红外光谱,8.2.1 分子振动与红外光谱,8.2.2 红外图谱的解析,(1) IR中官能团的吸收位置,(2) 解析IR谱图的原则,(3) 一般步骤,(4) 解析实例,第八章 有机化合物的波谱分析,8.2 红外光谱（Infrared Spectroscopy,IR）,8.2.1 分子振动与红外光谱,分子的近似机械模型弹簧连接小球。 分子的振动可用Hookes rule来描述：,红外光谱中，频率常用波数表示。 波数每厘米中振动的次数。波数与波长互为倒数。,(1cm=104m),(1),(1) 振动方程式,第八章 有机化合物的波谱分析,若将频率采用波数表示，Hoo
4、kes rule则可表示为：,(2),式中： k 化学键的力常数； m 成键原子的质量。,不同分子的结构不同，化学键的力常数不同，成键原子的质量不同，导致振动频率不同。 用红外光照射有机分子，样品将选择性地吸收那些与其振动频率相匹配的波段，从而产生红外光谱。,分子振动与红外光谱,(2) 分子振动模式,分子的振动类型有两大类： 伸缩振动（）：只改变键长，不改变键角；波数较高。 弯曲振动（）：只改变键角，不改变键长；波数较低。,分子振动与红外光谱,(3) 红外吸收峰产生的条件,必要条件：辐射光的频率与分子振动的频率相当。 充分条件：振动过程中能够改变分子偶极矩！,例2：CS2、CCl4等对称分子的
5、IR谱图特别简单，可用作IR溶剂。,例1：,所以，分子对称性高者，其IR谱图简单；分子对称性低者，其IR谱图复杂；,分子振动与红外光谱,(4) 红外光谱的一般特征,横坐标：波长/或波数/cm-1。 红外谱图有等波长及等波数两种，对照标准谱图时应注意。 纵坐标：吸光度A或透光率T。,一般情况下，一张红外光谱图有530个吸收峰。,分子振动与红外光谱,红外谱图一般以1300cm-1为界：,40001300cm-1：官能团区，用于官能团鉴定； 1300650cm-1：指纹区，用于鉴别两化合物是否相同。 官能团区吸收峰大多由成键原子的伸缩振动而产生，与整个分子的关系不大，不同化合物中的相同官能团的出峰位
6、置相对固定，可用于确定分子中含有哪些官能团。 指纹区吸收峰大多与整个分子的结构密切相关，不同分子的指纹区吸收不同，就象不同的人有不同的指纹，可鉴别两个化合物是否相同。指纹区内的吸收峰不可能一一指认。 例：庚酸和正癸酸的红外光谱。,分子振动与红外光谱,(1) IR中官能团的吸收位置(P299表8-2), 37003200cm-1:N-H、O-H （N-H波数高于O-H，氢键缔合波数低于游离波数） 例：正丁胺、乙醇(液膜)、乙醇(CCl4)、苄醇的IR谱图 33002800 cm-1：C-H （以3000 cm-1为界： 高于3000 cm-1为C-H（不饱和），低于3000 cm-1为C-H饱和
7、） 例：十二烷、1-癸烯、1-己炔、甲苯的IR谱图 2200 cm-1：CN、CC（中等强度，尖峰） 例：1-辛炔、2-辛炔、环戊基腈的IR谱图,红外图谱的解析,8.2.2 红外图谱的解析, 19001650 cm-1：CO 干扰少，吸收强，重要！酮羰基在1715 cm-1出峰 ! (讨论) 例：2-戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮的IR谱图 16501600 cm-1 ：CC(越不对称，吸收越强) 例：1-癸烯的IR谱图。 1600、1500、1580、1460 ：苯环（苯环呼吸振动） 例：甲苯、苯酚的IR谱图。 1500 cm-1以下：单键区。 1450 cm-1：CH2、CH3； 1380 cm-
8、1：CH3 （诊断价值高） 例：CH3CH2CH(CH3)CH2CH3 、十二烷的IR谱图。 1000 cm-1以下，苯环及双键上CH面外弯曲振动,红外图谱的解析,苯环上五氢相连（单取代）：700、750 cm-1 例：苯酚的IR 四氢相连（邻二取代）：750 cm-1 例：邻二甲苯的IR 三氢相连（间二取代）：700、780cm-1 例：间二甲苯的IR 二氢相连（对二取代）：830cm-1 例：对二甲苯的IR 孤立氢：880 cm-1,例： 1-辛烯、1-癸烯的IR谱图,红外图谱的解析,(2) 解析IR谱图的原则,解析IR谱图时，不必对每个吸收峰都进行指认。 重点解析强度大、特征性强的峰，同
9、时考虑相关峰原则。 相关峰由于某个官能团的存在而出现的一组相互依存、相互佐证的吸收峰。,红外图谱的解析,例：庚酸的IR图,例2：若分子中存在COOH，则其IR谱图中应出现下列一组相关峰：,例1：若分子中存在CCH，则其IR谱图中应出现下列一组相关峰：,例：1-己炔的IR图,红外图谱的解析,(4) 解析实例：,例1：正十二烷的红外光谱 例2：3-甲基戊烷的红外光谱 例3 ：1-辛烯的红外光谱 例4：1-己炔的红外光谱 例5：C8H16O的IR谱图,例6：C5H10O的IR谱图 例7：C7H8的IR谱图 例8：C7H8O的IR谱图 例9：C8H8O2的IR谱图 例10：C3H7NO的IR谱图,红外
10、图谱的解析,讨论,1、内部结构因素 （1）诱导效应 吸电子基团的诱导效应，使吸收峰向高频方向移动,羰基 1715 cm-1 1735 cm-1 1780 cm-1,不饱和基团的共轭效应，使吸收峰向低频方向移动,羰基 1715 cm-1 1690 cm-1 共轭使键离域，双键性减弱，伸缩振动力常数减小。,（2）共轭效应,23,氢键的形成使键力常数k 减小，吸收峰向低波数方向移动。,羟基伸缩振动：2835 cm-1（正常约3450 cm-1） 羰基伸缩振动：1623 cm-1（正常约1700 cm-1）,（3） 氢键,分子内氢键不受浓度影响，分子间氢键受浓度影响,丁胺,第八章 有机化合物的波谱分析
11、,乙醇(液膜),第八章 有机化合物的波谱分析,乙醇(CCl4),第八章 有机化合物的波谱分析,C7H8O,第八章 有机化合物的波谱分析,十二烷,第八章 有机化合物的波谱分析,1-癸烯,第八章 有机化合物的波谱分析,1-己炔,第八章 有机化合物的波谱分析,C7H8,第八章 有机化合物的波谱分析,1-辛炔,第八章 有机化合物的波谱分析,2-辛炔,第八章 有机化合物的波谱分析,环戊基腈,第八章 有机化合物的波谱分析,C5H10O,第八章 有机化合物的波谱分析,C8H8O2,第八章 有机化合物的波谱分析,苯乙酮,第八章 有机化合物的波谱分析,苯酚,第八章 有机化合物的波谱分析,2-甲基戊烷,第八章 有机化合物的波谱分析,邻二甲苯,第八章 有机化合物的波谱分析,间二甲苯,第八章 有机化合物的波谱分析,对二甲苯,第八章 有机化合物的波谱分析,C3H7NO,第八章 有机化合物的波谱分析,1-辛烯,第八章 有机化合物的波谱分析,C8H16O,第八章 有机化合物的波谱分析,正十二烷,第八章 有机化合物的波谱分析,3-甲基戊烷,第八章 有机化合物的波谱分析,1-辛烯,第八章 有机化合物的波谱分析,1-己炔,第八章 有机化合物的波谱分析,
