合工大高鸿宾有机化学第四版第波谱分析省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第1页第八章第八章 目目 录录8.1 分子吸收光谱和分子结构分子吸收光谱和分子结构8.2 红外光谱红外光谱 (IR)8.3 核磁共振谱核磁共振谱 (NMR)8.4 紫外光谱紫外光谱 (UV)8.5 质谱质谱 (MS)第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第2页测定有机物结构测定有机物结构测定有机物结构测定有机物结构2 2种方法：化学法和波谱法种方法：化学法和波谱法种方法：化学法和波谱法种方法：化学法和波谱法第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析波谱法波谱法波谱法波谱法化学法化学法化学法化学法 需需要要较较多多试试样样（半半微微量量分分析析，用用样样量量为为10100mg）损坏样品损坏样品 大大量量时时间间（吗吗啡啡碱碱，18051952年）年）需需要要熟熟练练试试验验技技巧巧，高高超智慧和坚韧不拔精神。超智慧和坚韧不拔精神。样品用量少（样品用量少（30mg）不损坏样品（不损坏样品（MS除外）除外）分析速度快分析速度快(10min)对对*C及及CC构型确构型确定比较方便定比较方便波谱法已成为有机结构分析常规方法。波谱法已成为有机结构分析常规方法。波谱法已成为有机结构分析常规方法。波谱法已成为有机结构分析常规方法。第3页8.1 8.1 分子吸收光谱和分子结构分子吸收光谱和分子结构分子吸收光谱和分子结构分子吸收光谱和分子结构 一定波长光与分子相互作用并被吸收，用特写仪器统计一定波长光与分子相互作用并被吸收，用特写仪器统计下来就是分子吸收光谱：下来就是分子吸收光谱：第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第4页分子运动能级和跃迁分子运动能级和跃迁 当当电磁波频率满足下式：电磁波频率满足下式：E=h E=h 分子可吸收电磁波，从低能级分子可吸收电磁波，从低能级激发到高能级。激发到高能级。不一样结构分子所吸收电不一样结构分子所吸收电磁波频率不一样，用仪器统计磁波频率不一样，用仪器统计分子对不一样波长电磁波吸收分子对不一样波长电磁波吸收情况，就可得到光谱，得到分情况，就可得到光谱，得到分子结构信息。子结构信息。8.1 8.1 分子吸收光谱和分子结构分子吸收光谱和分子结构分子吸收光谱和分子结构分子吸收光谱和分子结构第5页电磁波波长越短，频率越快，能量越高。电磁波波长越短，频率越快，能量越高。200800nm:引发电子运动能级跃迁，得到引发电子运动能级跃迁，得到紫外及可见光谱紫外及可见光谱；2.5-25m:引发分子振、转能级跃迁，得到引发分子振、转能级跃迁，得到红外光谱红外光谱；60-600MHz:核在外加磁场中取向能级跃迁，得到核在外加磁场中取向能级跃迁，得到核磁共振谱核磁共振谱。8.1 8.1 分子吸收光谱和分子结构分子吸收光谱和分子结构分子吸收光谱和分子结构分子吸收光谱和分子结构第6页8.2 8.2 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱(IR)(IR)红外光谱红外光谱8.2.1 8.2.1 分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱8.2.2 8.2.2 红外图谱解析红外图谱解析(1)(1)IRIR中官能团吸收位置中官能团吸收位置(2)(2)解析解析IRIR谱图标准谱图标准(3)(3)普通步骤普通步骤(4)(4)解析实例解析实例第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第7页第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析8.2 8.2 红外光谱（红外光谱（Infrared Spectroscopy,IRInfrared Spectroscopy,IR）红红红红外外外外光光光光谱谱谱谱就就就就是是是是当当当当红红红红外外外外光光光光照照照照射射射射有有有有机机机机物物物物时时时时，用用用用仪仪仪仪器器器器统统统统计计计计下下下下来来来来吸吸吸吸收收收收情情情情况况况况（被被被被吸吸吸吸收光波长及强度等）收光波长及强度等）收光波长及强度等）收光波长及强度等）红外线可分为三个区域：红外线可分为三个区域：红外光谱法主要讨论有机物对中红区吸收。红外光谱法主要讨论有机物对中红区吸收。第8页8.2.1 8.2.1 分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子近似机械模型分子近似机械模型弹簧连接小球。弹簧连接小球。分子振动可用分子振动可用Hookes ruleHookes rule来描述：来描述：红外光谱中，频率惯用波数表示。红外光谱中，频率惯用波数表示。波数波数每厘米中振动次数。波数与波长互为倒数。每厘米中振动次数。波数与波长互为倒数。(1cm=104m)(1)(1)(1)振动方程式振动方程式第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第9页若将频率采取波数表示，若将频率采取波数表示，Hookes ruleHookes rule则可表示为：则可表示为：(2)(2)式中：式中：k k 化学键力常数；化学键力常数；m m 成键原子质量。成键原子质量。不一样分子结构不一样，化学键力常数不一样，成键原子质量不不一样分子结构不一样，化学键力常数不一样，成键原子质量不不一样分子结构不一样，化学键力常数不一样，成键原子质量不不一样分子结构不一样，化学键力常数不一样，成键原子质量不一样，造成振动频率不一样。一样，造成振动频率不一样。一样，造成振动频率不一样。一样，造成振动频率不一样。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波段，从而产生红外光谱。相匹配波段，从而产生红外光谱。相匹配波段，从而产生红外光谱。相匹配波段，从而产生红外光谱。分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱第10页(2)分子振动模式分子振动模式 分子振动类型有两大类：分子振动类型有两大类：伸缩振动（伸缩振动（伸缩振动（伸缩振动（）：只改变键长，不改变键角；波数较高。：只改变键长，不改变键角；波数较高。弯曲振动（弯曲振动（弯曲振动（弯曲振动（）：只改变键角，不改变键长；波数较低。：只改变键角，不改变键长；波数较低。分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱第11页(3)(3)红外吸收峰产生条件红外吸收峰产生条件 必要条件：必要条件：必要条件：必要条件：辐射光频率与分子振动频率相当。辐射光频率与分子振动频率相当。充分条件：充分条件：充分条件：充分条件：振动过程中能够改变分子偶极矩！振动过程中能够改变分子偶极矩！例例例例2 2：CSCS2 2、CClCCl4 4等对称分子等对称分子IRIR谱图尤其简单，可用作谱图尤其简单，可用作IRIR溶剂。溶剂。例例1 1：所以，分子对称性高者，其所以，分子对称性高者，其IRIR谱图简单；分子对称性低者，其谱图简单；分子对称性低者，其IRIR谱图复杂；谱图复杂；分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱第12页(4)红外光谱普通特征红外光谱普通特征 横坐标：波长横坐标：波长/或波数或波数/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。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：吸光度纵坐标：吸光度A或透光率或透光率T。普通情况下，一张红外光谱图有普通情况下，一张红外光谱图有普通情况下，一张红外光谱图有普通情况下，一张红外光谱图有530530个吸收峰。个吸收峰。个吸收峰。个吸收峰。分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱第13页 红红外外外外谱图谱图普通以普通以普通以普通以1300cm1300cm1300cm1300cm-1-1-1-1为为界：界：界：界：4000 40001300cm1300cm-1-1：官能团区，用于官能团判定；：官能团区，用于官能团判定；1300 1300650cm650cm-1-1：指纹区，用于判别两化合物是否相同。：指纹区，用于判别两化合物是否相同。官官官官能能能能团团团团区区区区吸吸收收峰峰大大多多由由成成键键原原子子伸伸缩缩振振动动而而产产生生，与与整整个个分分子子关关系系不不大大，不不一一样样化化合合物物中中相相同同官官能能团团出出峰峰位位置置相相对对固固定定，可可用用于于确确定分子中含有哪些官能团。定分子中含有哪些官能团。指纹区指纹区指纹区指纹区吸收峰大多与整个分子结构亲密相关，不一样分子指纹区吸吸收峰大多与整个分子结构亲密相关，不一样分子指纹区吸收不一样，就象不一样人有不一样指纹，可判别两个化合物是否收不一样，就象不一样人有不一样指纹，可判别两个化合物是否相同。指纹区内吸收峰不可能一一指认。相同。指纹区内吸收峰不可能一一指认。例例：庚酸庚酸和和正癸酸正癸酸红外光谱。红外光谱。分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱分子振动与红外光谱第14页第15页(1)IR(1)IR中官能团吸收位置中官能团吸收位置(P299(P299表表8-2)8-2)37003200cm 37003200cm-1-1:N-HN-H、O-HO-H （N-HN-H波数高于波数高于 O-HO-H，氢键缔合波数低于游离波数），氢键缔合波数低于游离波数）例：例：正丁胺、乙醇正丁胺、乙醇正丁胺、乙醇正丁胺、乙醇(液膜液膜液膜液膜)、乙醇、乙醇、乙醇、乙醇(CCl4)(CCl4)、苄醇、苄醇、苄醇、苄醇IRIR谱图谱图 33002800 cm 33002800 cm-1-1：C-HC-H （以（以3000 cm3000 cm-1-1为界：为界：高于高于3000 cm3000 cm-1-1为为 C-HC-H（不饱和）（不饱和），低于，低于3000 cm3000 cm-1-1为为 C-HC-H饱和）饱和）例：例：十二烷、十二烷、十二烷、十二烷、1-1-癸烯、癸烯、癸烯、癸烯、1-1-己炔、甲苯己炔、甲苯己炔、甲苯己炔、甲苯IRIR谱图谱图 2200 cm 2200 cm-1-1：CNCN、CCCC（中等强度，尖峰）（中等强度，尖峰）例：例：1-1-辛炔、辛炔、辛炔、辛炔、2-2-辛炔、环戊基腈辛炔、环戊基腈辛炔、环戊基腈辛炔、环戊基腈IRIR谱图谱图红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析8.2.2 8.2.2 红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析第16页 19001650 cm 19001650 cm-1-1：C COO 干扰少，吸收强，主要！酮羰基在干扰少，吸收强，主要！酮羰基在1715 cm1715 cm-1-1出峰出峰!(讨论讨论讨论讨论)例：例：2-2-戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮IRIR谱图谱图 16501600 cm16501600 cm-1-1 ：C CC C(越不对称，吸收越强越不对称，吸收越强)例：例：1-1-癸烯癸烯癸烯癸烯IRIR谱图。谱图。16001600、15001500、15801580、1460 1460：苯环苯环苯环苯环（苯环呼吸振动）（苯环呼吸振动）例：例：甲苯、苯酚甲苯、苯酚甲苯、苯酚甲苯、苯酚IRIR谱图。谱图。1500 cm 1500 cm-1-1以下：单键区。以下：单键区。1450 cm 1450 cm-1-1：CH2CH2、CH3CH3；1380 cm 1380 cm-1-1：CH3CH3 （诊疗价值高）（诊疗价值高）例：例：CHCH3 3CHCH2 2CH(CHCH(CH3 3)CH)CH2 2CHCH3 3 、十二烷、十二烷、十二烷、十二烷IRIR谱图。谱图。1000 cm 1000 cm-1-1以下，以下，苯环及双键苯环及双键苯环及双键苯环及双键上上C CH H面外面外弯曲振动弯曲振动弯曲振动弯曲振动 红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析第17页苯环上五氢相连（单取代）：苯环上五氢相连（单取代）：苯环上五氢相连（单取代）：苯环上五氢相连（单取代）：700700、750 cm750 cm-1-1 例：例：苯酚苯酚IRIR四氢相连（邻二取代）：四氢相连（邻二取代）：四氢相连（邻二取代）：四氢相连（邻二取代）：750 cm750 cm-1-1 例：例：邻二甲苯邻二甲苯IRIR三氢相连（间二取代）：三氢相连（间二取代）：三氢相连（间二取代）：三氢相连（间二取代）：700700、780cm780cm-1-1 例：例：间二甲苯间二甲苯IRIR二氢相连（对二取代）：二氢相连（对二取代）：二氢相连（对二取代）：二氢相连（对二取代）：830cm830cm-1-1 例：例：对二甲苯对二甲苯IRIR孤立氢：孤立氢：孤立氢：孤立氢：880 cm880 cm-1-1 例：1-辛烯、1-癸烯IR谱图 红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析第18页(2)(2)解析解析IRIR谱图标准谱图标准 解析解析IRIR谱图时，无须对每个吸收峰都进行指认。谱图时，无须对每个吸收峰都进行指认。重点解析重点解析强度大、特征性强峰强度大、特征性强峰强度大、特征性强峰强度大、特征性强峰，同时考虑，同时考虑相关峰相关峰相关峰相关峰标准。标准。相关峰相关峰相关峰相关峰因为某个官能团存在而出现一组相互依存、相因为某个官能团存在而出现一组相互依存、相互佐证吸收峰。互佐证吸收峰。红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析第19页例：庚酸IR图 例例2：若分子中存在若分子中存在COOH，则其，则其IR谱图中应出现以下一组相谱图中应出现以下一组相关峰关峰：例例1：若分子中存在若分子中存在CCH，则其，则其IR谱图中应出现以下一组谱图中应出现以下一组相关峰相关峰：例：例：1-己炔己炔IR图图红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析第20页(3)(3)普通步骤普通步骤 计算不饱和度。计算不饱和度。样品中有没有双键、脂环、苯环？样品中有没有双键、脂环、苯环？官能团区：峰位置？强度？官能团区：峰位置？强度？样品中有哪些官能团？样品中有哪些官能团？指纹区：有没有诊疗价值高特征吸收？指纹区：有没有诊疗价值高特征吸收？如：如：1380cm1380cm-1-1有峰？有峰？1000 cm1000 cm-1-1以下有峰？形状怎样？双键取代情况及以下有峰？形状怎样？双键取代情况及构型？苯环上取代情况？构型？苯环上取代情况？其它信息：起源？合成方法？化学特征反应？物理常数？其它信息：起源？合成方法？化学特征反应？物理常数？NMR NMR、MSMS、UVUV谱图特征？谱图特征？谱图特征？谱图特征？掌握信息越多，越有利于给出结构式。掌握信息越多，越有利于给出结构式。查阅、对照标准谱图，确定分子结构。查阅、对照标准谱图，确定分子结构。红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析第21页(4)(4)解析实例：解析实例：例例1 1：正十二烷红外光谱正十二烷红外光谱例例2 2：3-3-甲基戊烷红外光谱甲基戊烷红外光谱例例3 3：1-1-辛烯红外光谱辛烯红外光谱 例例4 4：1-1-己炔红外光谱己炔红外光谱例例5 5：C C8 8H H1616O OIRIR谱图谱图例例6 6：C C5 5H H1010O OIRIR谱图谱图例例7 7：C C7 7H H8 8IRIR谱图谱图例例8 8：C C7 7H H8 8O OIRIR谱图谱图例例9 9：C C8 8H H8 8O O2 2IRIR谱图谱图例例1010：C C3 3H H7 7NONOIRIR谱图谱图红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析红外图谱解析第22页本章重点：本章重点：本章重点：本章重点：红外光谱与有机分子结构关系，有机化合物基团特征吸收频率(P299表表8-2)，红外光谱解析；核磁共振谱与有机分子结构关系，化化学学位位移移及及n+1规规律律，核磁共振谱解析。第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第23页讨讨讨讨 论论论论：羰基吸收峰位置对官能团判定有尤其主要意义!不一样羰基大致吸收位置：I I效应、环张力等使效应、环张力等使 C CO O波数升高；波数升高；共轭效应使共轭效应使 C CO O波数波数波数降低波数降低 例：例：2-2-戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮IRIR谱图谱图第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第24页丁胺丁胺第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第25页乙醇乙醇(液膜液膜)第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第26页乙醇乙醇(CCl(CCl4)第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第27页C C7H H8O O第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第28页十二烷十二烷第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第29页1-1-癸烯癸烯第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第30页1-1-己炔己炔第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第31页C C7H H8第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第32页1-1-辛炔辛炔第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第33页2-2-辛炔辛炔第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第34页环戊基腈环戊基腈第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第35页C C5H H10O O第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第36页C C8H H8O O2第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第37页苯乙酮苯乙酮第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第38页苯酚苯酚第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第39页2-2-甲基戊烷甲基戊烷第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第40页邻二甲苯邻二甲苯第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第41页间二甲苯间二甲苯第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第42页对二甲苯对二甲苯第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第43页C C3H H7NONO第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第44页1-1-辛烯辛烯第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第45页C8H16O第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第46页正十二烷正十二烷第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第47页3-3-甲基戊烷甲基戊烷第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第48页1-1-辛烯辛烯第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第49页1-1-己炔己炔第八章第八章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第50页