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

有机化学第四版教学课件有机化学第四版教学课件 主讲：邹艳丽主讲：邹艳丽第1页第十八章第十八章 光谱法在有机光谱法在有机 化学中应用化学中应用、紫外光谱、紫外光谱、红外光谱、红外光谱、核磁共振谱、核磁共振谱第2页前前 言言第3页一、紫外光谱及其产生一、紫外光谱及其产生二、朗勃特二、朗勃特比尔定律比尔定律 和紫外光谱图和紫外光谱图 三、紫外光谱与有机化三、紫外光谱与有机化 合物分子结构关系合物分子结构关系 四、紫外光谱应用四、紫外光谱应用 、紫外光谱、紫外光谱第4页、紫外光谱、紫外光谱一、紫外光谱产生一、紫外光谱产生1紫外光谱产生紫外光谱产生 物质分子吸收一定波长紫外光时，电子发生跃迁所产生吸收光谱称为紫外光谱。普通紫外光谱仪是用来研究近紫外区吸收。普通紫外光谱仪是用来研究近紫外区吸收。第5页、紫外光谱、紫外光谱一、紫外光谱产生一、紫外光谱产生2 2、电子跃迁类型、电子跃迁类型E *n*n*n 第6页、紫外光谱、紫外光谱一、紫外光谱产生一、紫外光谱产生 电子跃迁前后两个能级能量差值E越大，跃迁所需要能量也越大，吸收光波波长就越短。UV检测：共轭检测：共轭烯烃、共轭羰基化合物及芳香化合物。烯烃、共轭羰基化合物及芳香化合物。第7页、紫外光谱、紫外光谱二、朗勃特二、朗勃特比尔定律和紫外光谱图比尔定律和紫外光谱图 物质对紫外光吸收用朗勃特比尔定律来定量表示：普通：普通：5000 5000为强吸收为强吸收 =-5000 =-5000为中吸收为中吸收 二、朗勃特二、朗勃特比尔定律和紫外光谱图比尔定律和紫外光谱图 紫外光谱表示方法：紫外光谱表示方法：以摩尔消光系数或Iog为纵坐标。以波长（单位nm）为横坐标作图得紫外光谱吸收曲线，即紫外光谱图。第9页、紫外光谱、紫外光谱二、朗勃特二、朗勃特比尔定律和紫外光谱图比尔定律和紫外光谱图 第10页、紫外光谱、紫外光谱三、紫外光谱应用三、紫外光谱应用 1、基本术语基本术语 红移（向红移动）红移（向红移动）：最大吸收峰波长移向长波。蓝移（向蓝移动）蓝移（向蓝移动）：最大吸收峰波长移向短波。生色基生色基：产生紫外（或可见）吸收不饱和基团，如：C=C、C=O、NO2等。助色基助色基：其本身在紫外或可见光区不显吸收，但当其与生色基相连时，能使后者吸收峰移向长波或吸收强度增加（或同时二者兼有），如：-OH、-NH2、Cl等。第11页、紫外光谱、紫外光谱三、紫外光谱应用三、紫外光谱应用2结构分析结构分析 （1）如小于200nm无吸收，则可能为饱和化合物。（2）在200-400nm无吸收峰，可判定分子中无共轭双键。（3）在200-400nm有吸收，则可能有苯环、共轭双键、羰基等。（4）在250-300nm有中强吸收是苯环特征。（5）在260-300nm有强吸收，表示有35个共轭双键，假如化合物有颜色，则含五个以上双键。第12页、紫外光谱、紫外光谱三、紫外光谱应用三、紫外光谱应用日本岛津日本岛津UV2450/2550紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计第13页一、红外光谱图表示方法一、红外光谱图表示方法 二、红外光谱产生原理二、红外光谱产生原理 三、红外光谱与分子结构关系三、红外光谱与分子结构关系四、四、红外吸收峰强度红外吸收峰强度五、红外光谱图解析举例五、红外光谱图解析举例、红外光谱、红外光谱 第14页、红外光谱、红外光谱 一、红外光谱图表示方法一、红外光谱图表示方法 红外光谱图用波长（或波数）为横坐标，以表示吸收带位置，用透射百分率（T%）为纵坐标表示吸收强度。第15页、红外光谱、红外光谱 一、红外光谱图表示方法一、红外光谱图表示方法 图谱中吸收峰形状也各不相同，普通分为宽峰、尖峰、肩峰、双峰等类型。第16页、红外光谱、红外光谱 二、红外光谱产生原理二、红外光谱产生原理 1、分子振动类型分子振动类型 第17页、红外光谱、红外光谱 二、红外光谱产生原理二、红外光谱产生原理 第18页、红外光谱、红外光谱 二、红外光谱产生原理二、红外光谱产生原理 2振动频率（振动能量）振动频率（振动能量）第19页、红外光谱、红外光谱 二、红外光谱产生原理二、红外光谱产生原理 从上述公式能够看出，力常数表示了化学键强度，其大小与键能、键长相关。键能大，键长短，K值大，振动吸收频率移向高波数；键能小，键长长，K值小，振动吸收频率移向低波数。cm-1第20页、红外光谱、红外光谱 三、红外光谱与分子结构关系三、红外光谱与分子结构关系 1 1不一样化合物中相同化学键或官能团红外吸不一样化合物中相同化学键或官能团红外吸收频率近似一致。收频率近似一致。第21页第三节第三节 红外光谱红外光谱 三、红外光谱与分子结构关系三、红外光谱与分子结构关系 2红外光谱主要区段红外光谱主要区段 第22页、红外光谱、红外光谱 四、红外光谱应用四、红外光谱应用 在有机化学学习中，红外谱图通常作为推断结构一个方法，给出含有哪些基团主要信息，可按以下几点进行谱图解析：1.1.先看较强峰及特征峰，初步确定所含基先看较强峰及特征峰，初步确定所含基团。团。2.2.在其它波数区找到官能团存在确实证。在其它波数区找到官能团存在确实证。3.3.结合其它测试方法推出分子结构。结合其它测试方法推出分子结构。第23页、红外光谱、红外光谱 四、红外光谱应用四、红外光谱应用第24页、红外光谱、红外光谱 四、红外光谱应用四、红外光谱应用第25页、红外光谱、红外光谱 四、红外光谱应用四、红外光谱应用第26页一、基本知识一、基本知识 二、屏蔽效应和化学位移二、屏蔽效应和化学位移 三、峰面积与氢原子数目三、峰面积与氢原子数目 四、峰裂分和自旋偶合四、峰裂分和自旋偶合五、磁等同和磁不等同质子五、磁等同和磁不等同质子、核磁共振谱核磁共振谱第27页、核磁共振谱核磁共振谱 一、基本知识一、基本知识 1、核自旋与磁性、核自旋与磁性 因为氢原子是带电体，当自旋时，可产生一个磁场，所以，我们能够把一个自旋原子核看作一块小磁铁。第28页、核磁共振谱核磁共振谱 一、基本知识一、基本知识2、核磁共振现象、核磁共振现象 原子磁矩在无外磁场影响下，取向是紊乱，在外磁场中，它取向是量子化，只有两种可能取向。第29页、核磁共振谱核磁共振谱 一、基本知识一、基本知识 r为旋核比，一个核常数，h为Planck常数，6.62610-34J.S。第30页、核磁共振谱核磁共振谱 一、基本知识一、基本知识E与磁场强度（Ho）成正比 给处于外磁场质子辐射一定频率电磁波，当辐射所提供能量恰好等于质子两种取向能量差（E）时，质子就吸收电磁辐射能量，从低能级跃迁至高能级，这种现象称为核磁共振。第31页、核磁共振谱核磁共振谱 一、基本知识一、基本知识 3、核磁共振谱表示方法、核磁共振谱表示方法 4、峰面积与氢原子数目峰面积与氢原子数目 第32页、核磁共振谱核磁共振谱 一、基本知识一、基本知识 在核磁共振谱图中，每一组吸收峰都代表一个氢，每种共振峰所包含面积是不一样，其面积之比恰好是各种氢原子数之比。如乙醇中有三种氢其谱图为：第33页、核磁共振谱核磁共振谱 二、化学位移二、化学位移 1化学位移化学位移 氢质子（1H）用扫场方法产生核磁共振，理论上都在同一磁场强度（Ho）下吸收，只产生一个吸收信号。实际上，分子中各种不一样环境下氢，再不一样Ho下发生核磁共振，给出不一样吸收信号。比如，对乙醇进行扫场则出现三种吸收信号，在谱图上就是三个吸收峰。第34页、核磁共振谱核磁共振谱 二、化学位移二、化学位移 这种因为氢原子在分子中化学环境不一样，因而在不一样磁场强度下产生吸收峰,峰与峰之间差距称为化学位移。第35页、核磁共振谱核磁共振谱 二、化学位移二、化学位移 2屏蔽效应屏蔽效应化学位移产生原因化学位移产生原因 第36页、核磁共振谱核磁共振谱 二、化学位移二、化学位移 这种因为电子产生感应磁场对外加磁场抵消作用称为屏蔽效应。也就是说，氢核要在较高磁场强度中才能发生核磁共振，故吸收峰发生位移，在高场出现，氢核周围电子云密度越大，屏蔽效应也越大，要在更高磁场强度中才能发生核磁共振，出现吸收峰。第37页、核磁共振谱核磁共振谱 二、化学位移二、化学位移 3 3、化学位移值、化学位移值 化学位移值大小，可采取一个标准化合物为原点，测出峰与原点距离，就是该峰化学位移值（=样品-TMS），普通采取四甲基硅烷为标准物（代号为TMS）。通惯用来表示，定义为：第38页、核磁共振谱核磁共振谱 二、化学位移二、化学位移 第39页、核磁共振谱核磁共振谱 二、化学位移二、化学位移 第40页、核磁共振谱核磁共振谱 二、化学位移二、化学位移 饱和碳原子上氢值为叔仲伯。芳环上氢值烯基氢饱和碳原子上氢。与氢相连碳上，如有电负性原子或吸电子基团，则该氢共振吸收向低场位移，电负性越强值越大。由化学位移能够推测各类氢与哪些基团相连。但在一些情况下，分子中不与这些氢直接相连基团也会影响它们化学位移。第41页、核磁共振谱核磁共振谱 三、峰裂分和自旋偶合三、峰裂分和自旋偶合 应用高分辨率核磁共振仪时，得到等性质子吸收峰不是一个单峰而是一组峰信息。这种使吸收峰分裂增多现象称为峰裂分。比如：乙醚裂分图示以下。1 1峰裂分峰裂分 第42页、核磁共振谱核磁共振谱 三、峰裂分和自旋偶合三、峰裂分和自旋偶合 裂分是因为相邻两个碳上质子之间裂分是因为相邻两个碳上质子之间自旋偶合（自旋干扰）而产生。我们把自旋偶合（自旋干扰）而产生。我们把这种这种因为邻近不等性质子自旋相互作用因为邻近不等性质子自旋相互作用（干扰）而分裂成几重峰现象称为自旋（干扰）而分裂成几重峰现象称为自旋偶合偶合。2 2自旋偶合自旋偶合 第43页、核磁共振谱核磁共振谱 三、峰裂分和自旋偶合三、峰裂分和自旋偶合 自旋偶合程度（条件）自旋偶合程度（条件）:11磁等性质子之间不发生偶合。磁等性质子之间不发生偶合。第44页、核磁共振谱核磁共振谱 三、峰裂分和自旋偶合三、峰裂分和自旋偶合 22两个磁不等性质子相隔三个两个磁不等性质子相隔三个键以上时，键以上时，则不发生偶合。则不发生偶合。33同碳上磁不等性质子可偶合裂分。同碳上磁不等性质子可偶合裂分。第45页、核磁共振谱核磁共振谱 三、峰裂分和自旋偶合三、峰裂分和自旋偶合3 3裂分峰数计算裂分峰数计算 裂分峰数用n+1规则来计算（n邻近等性质子个数；n+1裂分峰数）：第46页、核磁共振谱核磁共振谱 三、峰裂分和自旋偶合三、峰裂分和自旋偶合 当邻近氢原子有几个磁不等性氢时，裂分峰数为（n+1）（n+1）（n+1）第47页、核磁共振谱核磁共振谱 四、核磁共振谱应用四、核磁共振谱应用 核磁共振谱图主要能够得到以下信息：核磁共振谱图主要能够得到以下信息：（1）由吸收峰数可知分子中氢原子种类。（2）由化学位移可了解各类氢化学环境。（3）由裂分峰数目大致可知各种氢数目。（4）由各种峰面积比即知各种氢数目。第48页、核磁共振谱核磁共振谱 四、核磁共振谱应用四、核磁共振谱应用 例：已知某化合物分子式C8H9Br，其 1HNMR图谱以下，试求其结构。第49页、核磁共振谱核磁共振谱 四、核磁共振谱应用四、核磁共振谱应用 例：已知某化合物分子式C7H16O3，其 1HNMR图谱以下，试求其结构。第50页、核磁共振谱核磁共振谱 四、核磁共振谱应用四、核磁共振谱应用 第51页第52页