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1、第六章第六章 有机化合物结构解析有机化合物结构解析有机化合物结构研究方法有机化合物结构研究方法元素分析元素分析 元素组成元素组成质谱（质谱（MS） 分子量及部分结构信息分子量及部分结构信息红外光谱（红外光谱（IR） 官能团种类官能团种类紫外紫外可见光谱（可见光谱（UV /Vis） 共轭结构共轭结构核磁共振波谱（核磁共振波谱（NMR） C-H骨架及所处化学环境骨架及所处化学环境X-射线单晶衍射射线单晶衍射 立体结构立体结构有有 机机 波波 谱谱 法法 特特 点点(1) 样品用量少，一般样品用量少，一般23mg（可可1mg)(2) 除质谱外，无样品消耗，可回收除质谱外，无样品消耗，可回收(3) 省
2、时，简便省时，简便(4) 配合元素分析（或高分辨质谱）配合元素分析（或高分辨质谱） 可准确确定化合物的分子式和结构可准确确定化合物的分子式和结构电磁波电磁波：也称作电磁辐射，其波长范围很广。波长波长/m 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 宇宇宙宙线线 射射线线X 射射线线紫紫外外线线可可见见光光红红外外光光 微微波波无无线线电电波波电磁波照射物质时，物质可以吸收一部分辐射。吸收的辐电磁波照射物质时，物质可以吸收一部分辐射。吸收的辐射能量可以激发分子中的射能量可以激发分子中的电子跃迁到较高能级或增加分子中电子跃迁到较高能级或增加分子中原子
3、振动和转动能量原子振动和转动能量。只有辐射光的能量恰好只有辐射光的能量恰好等于等于电子的较高和较低两个能级差电子的较高和较低两个能级差时辐射才能被吸收，即分子吸收辐射能是量子化的。时辐射才能被吸收，即分子吸收辐射能是量子化的。分子吸收电磁波的能量后，从较低能级跃迁到较高能级，分子吸收电磁波的能量后，从较低能级跃迁到较高能级，便产生波吸收谱，称波谱。便产生波吸收谱，称波谱。 根据波粒两象性：根据波粒两象性：=c/ c为光速为光速 E=h=hc/不不同同的的分分子子，跃跃迁迁的的能能级级差差不不同同，则则吸吸收收的的光光的的波波长长不不同同，就就产产生生不不同同的的波波谱谱。分子内部的运动及波谱类
4、型：分子内部的运动及波谱类型：内层电子跃迁（内层电子跃迁（ X光谱光谱）价电子跃迁（价电子跃迁（UV/Vis） 电子能级电子能级分子中原子核间的相对振动（分子中原子核间的相对振动（IR） 振动能级振动能级分子转动（分子转动（微波微波） 转动能级转动能级原子核自旋运动原子核自旋运动 （NMR）红外光谱红外光谱IR 红外光谱红外光谱是以连续波长的红外线照射化合物，是以连续波长的红外线照射化合物，分子振动及转动能级的跃迁而产生分子振动及转动能级的跃迁而产生，提供了分子，提供了分子振动的信息振动的信息 红外光波长范围红外光波长范围 可分为三部分：可分为三部分： 近红外近红外 （=0.783m，=128
5、203333cm-1） 中红外中红外 （=3.030m，=3333333cm-1） 远红外远红外 （=30300m，=33333cm-1）一般的红外吸收光谱指的是：一般的红外吸收光谱指的是： 中红外范围中红外范围(4004000cm-1 )（2）分子振动 分子吸收了红外线的能量，导致分子内振动能级的跃迁而产生的记录信号即为红外光谱图。 三原子分子的可能振动方式为：对称伸缩对称伸缩 不对称伸缩不对称伸缩面内剪式弯曲面内剪式弯曲面内摇摆弯曲面内摇摆弯曲面外扭动弯曲面外扭动弯曲一个官能团有多种振动方式一个官能团有多种振动方式,在红外光谱中将有一组相应的吸收峰在红外光谱中将有一组相应的吸收峰面外摇摆弯
6、曲面外摇摆弯曲 = 2 C 双原子分子红外吸收的频率决定于折合质量和键力常数。双原子分子红外吸收的频率决定于折合质量和键力常数。虎克定律虎克定律1、振动频率与成键原子折合质量倒数的平方根成正比，振动频率与成键原子折合质量倒数的平方根成正比， 即即原子质量愈轻，振动频率愈高原子质量愈轻，振动频率愈高；2、振动频率与键的力常数的平方根成反比，、振动频率与键的力常数的平方根成反比， 即即键能愈大，键长愈短，键的力常数愈大，振动频率愈高键能愈大，键长愈短，键的力常数愈大，振动频率愈高。相同的官能团或相同的键型往往具有相同的红外吸收特征。相同的官能团或相同的键型往往具有相同的红外吸收特征。v由于有机化合
7、物为由于有机化合物为多原子分子多原子分子，其红外光谱图非常复杂，其红外光谱图非常复杂， 只要找出它们各自只要找出它们各自官能团官能团中最中最典型的吸收峰典型的吸收峰就可以。就可以。v只有使分子只有使分子偶极距发生变化的分子振动偶极距发生变化的分子振动才具有红外活性才具有红外活性 对称结构的炔烃对称结构的炔烃 烯烃，偶极矩为零，无红外吸收活性烯烃，偶极矩为零，无红外吸收活性 C=C C=C C-C 2100-2260 1600-1670 800-1200 -C-H =C-H =C-H2850-2960 3010-3100 3300用途：用途：提供分子中官能团的结构信息。提供分子中官能团的结构信息
8、。 红外光谱可分为两个区域：红外光谱可分为两个区域： - 官能团区官能团区（4000 1300 cm-1) - 伸缩振动伸缩振动- 指纹区指纹区（1300 600 cm-1) - 弯曲振动弯曲振动烃类弯曲振动区影响红外吸收频率的因素影响红外吸收频率的因素 电子效应与共振结构、氢键、空间效应电子效应与共振结构、氢键、空间效应 试样状态、测试条件、溶剂极性等试样状态、测试条件、溶剂极性等峰强度与键极性、对称性的关系峰强度与键极性、对称性的关系 极性越大，峰越强；极性越大，峰越强； 对称性越高，峰越弱。对称性越高，峰越弱。羧酸羧酸 17101780常见官能团的特征伸缩振动频率常见官能团的特征伸缩振动
9、频率化合物类型 结构 频率范围/cm-1烷烷 烃烃 C-H，C-C 28003100 ，7501200烯烃，芳烃烯烃，芳烃 =C-H，C=C 30003100 ，16001680胺胺 C-N，N-H 10301230 ，34003500醇，酚醇，酚 C-OH，O-H 10201275 ，34003700酮酮 16501730各主要官能团红外光谱的特征吸收峰频率各主要官能团红外光谱的特征吸收峰频率 IR解析的一般步骤：解析的一般步骤：（a）根据有机化合物的分子式计算不饱和度。根据有机化合物的分子式计算不饱和度。 不饱和度不饱和度=C原子数原子数+1-H原子数原子数/2-卤原子数卤原子数/2+ 三
10、价氮原子数三价氮原子数/2（b）分析官能团区（分析官能团区（40001250cm-1）的吸收峰，的吸收峰，推断分子中可能存在的官能团。推断分子中可能存在的官能团。（c）有烯、苯存在，解析指纹区（有烯、苯存在，解析指纹区（1000650cm-1）。）。Infrared SpectroscopyInfrared SpectroscopyInfrared SpectroscopyInfrared SpectroscopyInfrared SpectroscopyInfrared SpectroscopyInfrared SpectroscopyInfrared SpectroscopyInfrared SpectroscopyInfrared SpectroscopyInfrared SpectroscopyInfrared Spectroscopy
