有机化学光谱法在有机化学中的应用省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

光谱法是确定有机化合物分子结构主要方法，含有快速、光谱法是确定有机化合物分子结构主要方法，含有快速、准确、样品用量少、方法简单等优点。缺点是仪器昂贵，准确、样品用量少、方法简单等优点。缺点是仪器昂贵，操作复杂，维护费用高等。操作复杂，维护费用高等。第七章 光谱法在有机化学中应用光谱法在有机化学中应用 主要介绍红外光谱（主要介绍红外光谱（IR）、紫外光谱（）、紫外光谱（UV）、核磁共振）、核磁共振谱（谱（NMR）、质谱（）、质谱（MS）。）。第1页100 200 400 800 nmX-射线射线 远紫外远紫外 紫外紫外 可见光可见光 红外红外 远红外远红外自然光自然光一切物质都会吸收一些波长光，不一样结构分子表现出对光一切物质都会吸收一些波长光，不一样结构分子表现出对光产生不一样特征吸收，从而产生不一样分子光谱。产生不一样特征吸收，从而产生不一样分子光谱。电子跃迁产生紫外光谱，了解分子中是否有共轭体系。分电子跃迁产生紫外光谱，了解分子中是否有共轭体系。分子内原子振动产生红外光谱，了解分子中官能团情况。核磁共子内原子振动产生红外光谱，了解分子中官能团情况。核磁共振谱是因为磁核吸收能量跃迁产生，从振谱是因为磁核吸收能量跃迁产生，从NMR能够了解分子中磁能够了解分子中磁核环境。分子中各种氢数目、种类及相互连接次序等。，主要核环境。分子中各种氢数目、种类及相互连接次序等。，主要是是HNMR。质谱。质谱MS实际上不属于光谱，它是处于气体状态分实际上不属于光谱，它是处于气体状态分子受到高能电子流轰击，产生各种正离子碎片按不一样质核比子受到高能电子流轰击，产生各种正离子碎片按不一样质核比进行分离并统计。从质谱能够了解分子质量和分子部分结构进行分离并统计。从质谱能够了解分子质量和分子部分结构 第2页第一节第一节 紫外吸收光谱（紫外吸收光谱（UV）*n*n*n 电子跃迁所需能量不一样，其能量大小次序为：电子跃迁所需能量不一样，其能量大小次序为：共轭体系越长，双键数目越多，共轭体系越长，双键数目越多，*跃迁所需能量跃迁所需能量越低，其吸收波段可移至可见光区，显示颜色。判断分越低，其吸收波段可移至可见光区，显示颜色。判断分子中是否有共轭体系。子中是否有共轭体系。包含紫外吸收光谱和可见吸收光谱包含紫外吸收光谱和可见吸收光谱第3页第二节第二节 红外吸收光谱（红外吸收光谱（IR）三个区域：波长三个区域：波长 波数波数v近红外：近红外：7802500nm中红外：中红外：2500250000nm 4004000 cm远红外：远红外：250005*10 nm不一样基团在不一样波长范围内有特征吸收峰，同一基不一样基团在不一样波长范围内有特征吸收峰，同一基团在不一样化合物中，其吸收峰位置大致相同，所以通团在不一样化合物中，其吸收峰位置大致相同，所以通过红外光谱测定能够判断一个分子中所含官能团和化学键过红外光谱测定能够判断一个分子中所含官能团和化学键类型。与类型。与UV相比含有应用范围广、可靠性高优点。相比含有应用范围广、可靠性高优点。红外吸收光谱是分子中成键原子振动能级跃迁而产生红外吸收光谱是分子中成键原子振动能级跃迁而产生吸收光谱，只有引发分子偶极距改变振动才能产生红外吸吸收光谱，只有引发分子偶极距改变振动才能产生红外吸收。收。第4页常见基团吸收频率常见基团吸收频率 40002500 2500 1500 1500以下以下cm氢键区氢键区 三键区三键区 双键区双键区 单键区单键区OH、CC、C=C、C=O CC、COCH C=C=C C=N、N=O CNNH CN 第5页按吸收特征，将按吸收特征，将IR分为官能团区和指纹区分为官能团区和指纹区。1.1.官能团区官能团区 12503700 cm 高频区高频区吸收峰比较稀疏，易于识别。有机物各种官能团吸收峰都吸收峰比较稀疏，易于识别。有机物各种官能团吸收峰都在次区，它主要为一些官能团伸缩振动所产生吸收峰，所在次区，它主要为一些官能团伸缩振动所产生吸收峰，所以称官能团吸收区。以称官能团吸收区。宽峰宽峰 双峰双峰 肩峰肩峰 尖峰尖峰第6页2.指纹区：指纹区：1300650 cm-1 指纹区峰普通较密集，也较复杂，它包含了整个分子指纹区峰普通较密集，也较复杂，它包含了整个分子转动及振动能级吸收峰，不能逐一识别，每一个化合物在此转动及振动能级吸收峰，不能逐一识别，每一个化合物在此区吸收峰位置、强度和形状各不相同，正如每个人指纹区吸收峰位置、强度和形状各不相同，正如每个人指纹都不相同一样，所以叫指纹区。指纹区精细结构对核实有机都不相同一样，所以叫指纹区。指纹区精细结构对核实有机物结构正确性较高，既便是化学结构十分相同化合物，指物结构正确性较高，既便是化学结构十分相同化合物，指纹区吸收峰也不相同。纹区吸收峰也不相同。判断图谱次序：先特征，后指纹；先最强，后次强；先判断图谱次序：先特征，后指纹；先最强，后次强；先否定，在必定。否定，在必定。第7页醇、醚 OH伸缩振动：固态、液膜3300-3400cm-1,宽带。非极性溶剂稀溶液：3600cm-1，有时伴随缔合峰。醚类COC伸缩：1100-1250cm-1,不易辨识。第8页胺、铵盐：胺NH伸缩振动：3300-3500cm-1，普通呈双峰（as和s），芳胺吸收强度较大。其它振动（C-N伸缩，N-H弯折）不易判别。第9页第三节第三节 核磁共振谱（核磁共振谱（NMR）含有奇数原子序数或奇数原子质量（或二者都有）元素，含有奇数原子序数或奇数原子质量（或二者都有）元素，如如1H、13C、15N、17P等，在磁场作用下，会发生核磁共振等，在磁场作用下，会发生核磁共振现象，简称现象，简称NMR。应用最广泛是。应用最广泛是HNMR。氢核在一定磁场强度下吸收了频率相当能量而反转其磁氢核在一定磁场强度下吸收了频率相当能量而反转其磁矩取向，这种现象叫核磁共振，在仪器中便可统计其吸收矩取向，这种现象叫核磁共振，在仪器中便可统计其吸收谱图，叫核磁共振谱。惯用是固定照射频率，改变磁场谱图，叫核磁共振谱。惯用是固定照射频率，改变磁场强度来测定质子发生共振时吸收。在图纸上将磁场强度折强度来测定质子发生共振时吸收。在图纸上将磁场强度折合成频率作为横坐标，统计吸收峰相对于频率位置。合成频率作为横坐标，统计吸收峰相对于频率位置。从从HNMR能够了解分子中氢数目、种类、相对位置及相互能够了解分子中氢数目、种类、相对位置及相互连接次序等。是有机化合物结构分析中最有效一个伎俩。连接次序等。是有机化合物结构分析中最有效一个伎俩。第10页1化学位移化学位移 质子因为化学环境不一样，引发核磁共振信号位置改变，称质子因为化学环境不一样，引发核磁共振信号位置改变，称为化学位移。用为化学位移。用表示表示影响影响原因很多，最主要是核外电子密度，氢核外电子密度大，原因很多，最主要是核外电子密度，氢核外电子密度大，受到屏蔽作用强，吸收峰出现在高场，受到屏蔽作用强，吸收峰出现在高场，就小，反之受到屏蔽就小，反之受到屏蔽作用弱，吸收峰出现在低场，作用弱，吸收峰出现在低场，就大。苯环或双键有去屏蔽作就大。苯环或双键有去屏蔽作用，吸收峰出现在低场，氢用，吸收峰出现在低场，氢在在7左右。左右。一些与不一样基团相连一些与不一样基团相连比较比较饱和碳上氢饱和碳上氢叔叔仲仲伯伯芳环上氢芳环上氢为烯丙形氢为烯丙形氢饱和碳上饱和碳上H与氢相连碳上，有电负性大原子或吸电基团，氢受到去屏与氢相连碳上，有电负性大原子或吸电基团，氢受到去屏蔽作用，则该氢共振吸收移向低场，蔽作用，则该氢共振吸收移向低场，大，电负性越强大，电负性越强值越值越大，如大，如CHO氢，氢，在在89之间。之间。第11页2.峰裂分峰裂分 相邻近氢核自旋之间相互干扰叫自旋相邻近氢核自旋之间相互干扰叫自旋自旋偶合，简称自旋偶合，简称自旋偶合。由自旋偶合所引发峰分裂（谱线增多）现自旋偶合。由自旋偶合所引发峰分裂（谱线增多）现象叫自旋裂分。象叫自旋裂分。偶合是裂分原因，裂分是偶合结果。偶合是裂分原因，裂分是偶合结果。峰裂分数目与相邻氢相关，相邻碳上有峰裂分数目与相邻氢相关，相邻碳上有n个氢时，此氢个氢时，此氢峰裂分为（峰裂分为（n+1）个小峰，若两边都有氢不一样，则裂分）个小峰，若两边都有氢不一样，则裂分为为（n+1）（）（m+1）重峰）重峰 经过经过HNMR图谱，能够判断氢种类、数目、相互连接图谱，能够判断氢种类、数目、相互连接次序、相邻碳上氢情况等问题次序、相邻碳上氢情况等问题。第12页第13页第14页C10H14核磁共振谱以下，其结构简式应为 第15页第四节 质谱（MS）质谱质谱MS实际上不属于光谱，它是处于气体状态分子实际上不属于光谱，它是处于气体状态分子受到高能电子流轰击，产生各种正离子碎片按不一样受到高能电子流轰击，产生各种正离子碎片按不一样质核比进行分离并统计。从质谱能够了解分子质量和质核比进行分离并统计。从质谱能够了解分子质量和分子部分结构。分子部分结构。找出分子离子峰，其质量即为分子相找出分子离子峰，其质量即为分子相对分子质量对分子质量第16页