波谱学在有机化学中应ppt课件

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1、第十五章第十五章 波谱学在有机化学波谱学在有机化学中的运用中的运用第一第一节 波波谱学概述学概述第二第二节 紫外光紫外光谱第三第三节 红外光外光谱第四第四节 核磁共振核磁共振谱 质谱略略第一节第一节 波谱学概述波谱学概述本本节要点：要点：1.1.波波谱法的概念法的概念2.2.波的根本概念波的根本概念3.3.质谱的任的任务原理原理一、常用构造分析方法一、常用构造分析方法一化学实验法一化学实验法主要缺陷：主要缺陷： 实验操作烦琐实验操作烦琐 实验周期长实验周期长 需求的样品量大需求的样品量大 无法测定某些化合物的精细构造无法测定某些化合物的精细构造化学实验法构造分析的根本步骤化学实验法构造分析的根

2、本步骤纯化分析对象纯化分析对象纯化分析对象纯化分析对象分析其元素组成，测定其根本理化常数分析其元素组成，测定其根本理化常数分析其元素组成，测定其根本理化常数分析其元素组成，测定其根本理化常数mp=122.4mp=122.4mp=122.4mp=122.4 C; C; C; C; 元素分析元素分析元素分析元素分析C68.84%; H4.95%; O26.20%; C68.84%; H4.95%; O26.20%; C68.84%; H4.95%; O26.20%; C68.84%; H4.95%; O26.20%; 能够的分子式为能够的分子式为能够的分子式为能够的分子式为(C7H6O2)n(C7

3、H6O2)n(C7H6O2)n(C7H6O2)n进展官能团分析进展官能团分析进展官能团分析进展官能团分析酸性，提示能够含有羧基酸性，提示能够含有羧基酸性，提示能够含有羧基酸性，提示能够含有羧基(CO2H), (CO2H), (CO2H), (CO2H), 分子式分子式分子式分子式C7H6O2 - CO2H= C7H6O2 - CO2H= C7H6O2 - CO2H= C7H6O2 - CO2H= C6H5C6H5C6H5C6H5基基基基推测能够的构造为推测能够的构造为推测能够的构造为推测能够的构造为C6H5COOHC6H5COOHC6H5COOHC6H5COOH经过化学关联法验证知的构造经过化

4、学关联法验证知的构造经过化学关联法验证知的构造经过化学关联法验证知的构造 酸性条件下用高锰酸钾氧化甲苯得到一样化合物酸性条件下用高锰酸钾氧化甲苯得到一样化合物酸性条件下用高锰酸钾氧化甲苯得到一样化合物酸性条件下用高锰酸钾氧化甲苯得到一样化合物, , , ,该证明化该证明化该证明化该证明化合物为苯甲酸。合物为苯甲酸。合物为苯甲酸。合物为苯甲酸。二物理实验法二物理实验法二二. . 吸收波谱的任务频率吸收波谱的任务频率 l n = c l n = cc c3 3 1010cms-1 1010cms-1 l:l:波波长，单位可用位可用cm cm n: n:频率，率，单位位:s-1:s-1或或HzHz

5、E E hn = hc/l hn = hc/l E:E:光子的能量光子的能量单位位:J/mol:J/mol h: h:普朗普朗克常数，克常数，6.62 6.62 10 103434不同波谱法的任务频率不同波谱法的任务频率三三. . 质谱的任务原理质谱的任务原理 年年年年诺贝尔诺贝尔化学化学化学化学奖奖授予美国科学家授予美国科学家授予美国科学家授予美国科学家约约翰翰翰翰 芬恩、日本芬恩、日本芬恩、日本芬恩、日本科学家田中耕一和瑞士科学家科学家田中耕一和瑞士科学家科学家田中耕一和瑞士科学家科学家田中耕一和瑞士科学家库尔库尔特特特特 维维特里希，以表特里希，以表特里希，以表特里希，以表扬扬他他他他们

6、发们发明了明了明了明了对对生物大分子生物大分子生物大分子生物大分子进进展展展展识别识别和构造分析的方法。和构造分析的方法。和构造分析的方法。和构造分析的方法。 芬恩和田中的奉献在于开芬恩和田中的奉献在于开芬恩和田中的奉献在于开芬恩和田中的奉献在于开发发出了出了出了出了对对生物大分子生物大分子生物大分子生物大分子进进展展展展质谱质谱分析分析分析分析的的的的“ “ “ “软软解吸附作用解吸附作用解吸附作用解吸附作用电电离法，离法，离法，离法，维维特里希的奉献是开特里希的奉献是开特里希的奉献是开特里希的奉献是开发发出了用出了用出了用出了用来确定溶液中生物大分子三来确定溶液中生物大分子三来确定溶液中生

7、物大分子三来确定溶液中生物大分子三维维构造的核磁共振技构造的核磁共振技构造的核磁共振技构造的核磁共振技术术。他。他。他。他们们三人的三人的三人的三人的这这些研些研些研些研讨讨成果成果成果成果对对于研于研于研于研讨讨包括蛋白包括蛋白包括蛋白包括蛋白质质在内的大分子具在内的大分子具在内的大分子具在内的大分子具有有有有“ “ “ “革命性的意革命性的意革命性的意革命性的意义义。 第二节第二节 紫外光谱紫外光谱一、紫外光谱图的表示方法一、紫外光谱图的表示方法吸光度吸光度 A = lg(IOA = lg(IOI)I)朗伯一比耳定律朗伯一比耳定律LambertLambertBeer lawBeer law

8、 A = e c lA = e c le e 摩摩尔吸光系数吸光系数 c:c:溶液溶液浓度度mol.L-1mol.L-1 l:l:吸收池厚度吸收池厚度cmcm思索思索题：一一种种有有机机化化合合物物对不不同同波波长的的紫紫外外光吸收能否一光吸收能否一样？不不同同的的有有机机化化合合物物吸吸收收紫紫外外光光的的最最大吸收波大吸收波长能否一能否一样？有有机机化化合合物物对紫紫外外光光吸吸收收的的差差别在在有机构造分析上有什么意有机构造分析上有什么意义？二、紫外光谱的原理二、紫外光谱的原理一电子跃迁一电子跃迁s,ps,p和和n n电子能够发生的重要类型的电子跃迁电子能够发生的重要类型的电子跃迁跃迁的

9、分类跃迁的分类s - s*跃迁 p - p*跃迁 n - p*跃迁n- s*跃迁s - s*s - s*跃迁跃迁烷烃分子中的s电子吸收足够光能后可以发生s - s*跃迁,此跃迁所需能量很大，吸收波长普通在远紫外区。甲烷 lmax125nmp - p* p - p* 跃迁跃迁烯烃、炔烃、芳香烃等不饱和化合物吸收能量后可发生p - p*跃迁乙烯 p - p* lmax165nm e=10 000(蒸气n-p*n-p*跃迁跃迁n- s*n- s*跃迁跃迁lmax/nmemaxCH3OH 183150CH3NH2 215600s -s* n- s* p - p* n - p*丙酮的UV谱图中有两个吸收

10、峰lmax=280nm(emax=15)； lmax=190nm(emax=100)问：确定每个吸收峰的确定每个吸收峰的电子子跃迁迁类型；型；哪个吸收峰更哪个吸收峰更强？二生色团、助色团和吸收带二生色团、助色团和吸收带生色团生色团 能吸收紫外光或可见光的有机能吸收紫外光或可见光的有机构造基团构造基团C CC C、C C C C、C CO O、C C N N、 N NO O等等助色团助色团 带有杂原子的饱和基团带有杂原子的饱和基团(-NH2(-NH2、-OH-OH、-OR-OR、-SH-SH和和-Cl-Cl等等) )。它们本身。它们本身不吸收紫外不吸收紫外- -可见光，与生色团相连可见光，与生色

11、团相连可使生色团的吸收峰红移和吸收强可使生色团的吸收峰红移和吸收强度添加。度添加。吸收带吸收带: :跃迁类型一样的吸收峰所处的波段跃迁类型一样的吸收峰所处的波段三溶剂效应三溶剂效应1 1溶剂极性对谱带的影响溶剂极性对谱带的影响 极性溶剂使极性溶剂使K K带发生红移，使带发生红移，使R R带发生蓝移带发生蓝移 CH3COCH=C(CH3)2 CH3COCH=C(CH3)22 2溶剂溶剂pHpH值对紫外光谱的影响值对紫外光谱的影响三、紫外光谱的运用三、紫外光谱的运用一确定共一确定共轭体系体系二判二判别构型构型三跟踪反响三跟踪反响四定量反响四定量反响确定共轭体系确定共轭体系bb分子中含有一样共轭构造

12、的化合物，其紫外分子中含有一样共轭构造的化合物，其紫外光谱图根本类似。光谱图根本类似。bb紫外光谱主要用来研讨化合物的共轭体系，紫外光谱主要用来研讨化合物的共轭体系，而很难用于独立地确定化合物的精细构造。而很难用于独立地确定化合物的精细构造。三个化合物的三个化合物的lmaxlmax分分别为别为：A 275nmA 275nm；B 304nmB 304nm；C 365nmC 365nm；这这三个化合物三个化合物应应如何如何对应对应那么以下那么以下3 3个构造个构造？二判别构型二判别构型反式二苯乙反式二苯乙烯顺式二苯乙烯顺式二苯乙烯三跟踪反响三跟踪反响四定量分析四定量分析利用紫外光利用紫外光利用紫外

13、光利用紫外光谱谱法可定量法可定量法可定量法可定量测测定有化合物的定有化合物的定有化合物的定有化合物的浓浓度度度度紫外光紫外光紫外光紫外光谱谱有有有有较较高的灵敏度高的灵敏度高的灵敏度高的灵敏度( ( ( (达达达达10-7gmL-1)10-7gmL-1)10-7gmL-1)10-7gmL-1)；紫外吸收与化合物紫外吸收与化合物紫外吸收与化合物紫外吸收与化合物浓浓度符合度符合度符合度符合LambertLambertLambertLambertBeerBeerBeerBeer定律定律定律定律 习题：习题：315页页 2，3，4，5，6假设只思索假设只思索假设只思索假设只思索p-p*p-p*p-p*

14、p-p*跃迁，以下各组化合物中，哪一个在跃迁，以下各组化合物中，哪一个在跃迁，以下各组化合物中，哪一个在跃迁，以下各组化合物中，哪一个在紫外谱中的紫外谱中的紫外谱中的紫外谱中的lmaxlmaxlmaxlmax较大？较大？较大？较大？知苯乙酮知苯乙酮知苯乙酮知苯乙酮UVUVUVUV的的的的lmax/nm(e)lmax/nm(e)lmax/nm(e)lmax/nm(e)为为为为319(50)319(50)319(50)319(50)、240(13000)240(13000)240(13000)240(13000)、278(1100)278(1100)278(1100)278(1100)，试阐明各值属于哪一种吸收带？由哪类跃迁引起？指出与分子试阐明各值属于哪一种吸收带？由哪类跃迁引起？指出与分子试阐明各值属于哪一种吸收带？由哪类跃迁引起？指出与分子试阐明各值属于哪一种吸收带？由哪类跃迁引起？指出与分子哪部分构造有关？哪部分构造有关？哪部分构造有关？哪部分构造有关？CH3CH=CHCH2CH (OH)C2H5脱水产生两种不同产物脱水产生两种不同产物CH3CH=CHCH=CHC2H5 (a) 和和CH3CH=CHCH2CH=CHCH3 (b)。如何用。如何用UV谱区别？并解释谱区别？并解释其缘由。其缘由。