波谱学在有机化学中应用市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

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应用中应用第一节第一节 波谱学概述波谱学概述第二节第二节 紫外光谱紫外光谱第三节第三节 红外光谱红外光谱第四节第四节 核磁共振谱核磁共振谱 质谱（略）质谱（略）第1页第一节第一节 波谱学概述波谱学概述本节关键点：本节关键点：1.1.波谱法概念波谱法概念2.2.波基本概念波基本概念3.3.质谱工作原理质谱工作原理第2页一、惯用结构分析方法一、惯用结构分析方法（一）化学试验法（一）化学试验法主要缺点：T 试验操作烦琐试验操作烦琐试验操作烦琐试验操作烦琐T 试验周期长试验周期长试验周期长试验周期长T 需要样品量大需要样品量大需要样品量大需要样品量大T 无法测定一些化合物精细结构无法测定一些化合物精细结构无法测定一些化合物精细结构无法测定一些化合物精细结构第3页化学试验法结构分析基本步骤化学试验法结构分析基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，测定其基本理化常数分析其元素组成，测定其基本理化常数分析其元素组成，测定其基本理化常数分析其元素组成，测定其基本理化常数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%;可能分子式为可能分子式为可能分子式为可能分子式为(C(C(C(C7 7 7 7H H H H6 6 6 6O O O O2 2 2 2)n n n n进行官能团分析进行官能团分析进行官能团分析进行官能团分析酸性，提醒可能含有羧基酸性，提醒可能含有羧基酸性，提醒可能含有羧基酸性，提醒可能含有羧基(CO(CO(CO(CO2 2 2 2H),H),H),H),分子式分子式分子式分子式C C C C7 7 7 7H H H H6 6 6 6O O O O2 2 2 2-CO-CO-CO-CO2 2 2 2H=CH=CH=CH=C6 6 6 6H H H H5 5 5 5基基基基推测可能结构为推测可能结构为推测可能结构为推测可能结构为C C C C6 6 6 6H H H H5 5 5 5COOHCOOHCOOHCOOH经过化学关联法验证已知结构经过化学关联法验证已知结构经过化学关联法验证已知结构经过化学关联法验证已知结构 酸性条件下用高锰酸钾氧化甲苯得到相同化合物酸性条件下用高锰酸钾氧化甲苯得到相同化合物酸性条件下用高锰酸钾氧化甲苯得到相同化合物酸性条件下用高锰酸钾氧化甲苯得到相同化合物,该证实化合物为苯甲酸。该证实化合物为苯甲酸。该证实化合物为苯甲酸。该证实化合物为苯甲酸。第4页（二）物理试验法（二）物理试验法第5页二二.吸收波谱工作频率吸收波谱工作频率 l nl n=c=cc c3 3 10 101010cmscms-1 -1 l l l l:波长，单位可用波长，单位可用波长，单位可用波长，单位可用cm cm cm cm n n n n:频率，单位频率，单位频率，单位频率，单位:s:s:s:s-1-1-1-1或或或或HzHzHzHz E E hn n=hchc/l l E:E:E:E:光子能量（单位光子能量（单位光子能量（单位光子能量（单位:J/molJ/mol）h:h:h:h:普朗克常数，普朗克常数，普朗克常数，普朗克常数，6.62 6.62 6.62 6.62 10 10 10 1034343434第6页不一样波谱法工作频率不一样波谱法工作频率第7页三三.质谱工作原理质谱工作原理第8页 年年诺贝尔化学化学奖授予美国科学家授予美国科学家约翰翰 芬恩、芬恩、日本科学家田中耕一和瑞士科学家日本科学家田中耕一和瑞士科学家库尔特特 维特里希，特里希，以表彰他以表彰他们创造了造了对生物大分子生物大分子进行行识别和和结构分构分析方法。析方法。芬恩和田中芬恩和田中贡献在于开献在于开发出了出了对生物大分子生物大分子进行行质谱分析分析“软解吸附作用解吸附作用电离法离法”，维特里希特里希贡献是开献是开发出了用来确定溶液中生物大分子三出了用来确定溶液中生物大分子三维结构核磁共构核磁共振技振技术。他。他们三人三人这些研究些研究结果果对于研究包含蛋白于研究包含蛋白质在内大分子含有在内大分子含有“革命性革命性”意意义。第9页第二节第二节 紫外光谱紫外光谱第10页一、紫外光谱图表示方法一、紫外光谱图表示方法第11页第12页吸光度吸光度A=lg(IA=lg(IO OI)I)朗伯一比耳定律（朗伯一比耳定律（LambertLambertBeer lawBeer law）A=A=e e c l c le 摩尔吸光系数 c:溶液浓度（mol.L-1）l:吸收池厚度（cm）第13页思索题：思索题：一一个个有有机机化化合合物物对对不不一一样样波波长长紫紫外外光光吸收是否相同？吸收是否相同？不不一一样样有有机机化化合合物物吸吸收收紫紫外外光光最最大大吸吸收波长是否相同？收波长是否相同？有有机机化化合合物物对对紫紫外外光光吸吸收收差差异异在在有有机机结构分析上有什么意义？结构分析上有什么意义？第14页二、紫外光谱原理二、紫外光谱原理当当一一定定波波长长可可见见光光或或紫紫外外光光照照射射有有机机化化合合物物后后，有有机机分分子子将将吸吸收收等等于于两两个个能能级级之之间间能能量量差差(h hn n=D DE E)光光能能，使使其其外外层层电电子子由由低低能能级级跃跃迁迁到到较较高高能能级级,这这是是产产 生生 紫紫 外外 吸吸 收收 基基 本本 原原 理理。第15页（一）电子跃迁（一）电子跃迁第16页s s,p p和和n n电子可能发生主要类型电子跃迁电子可能发生主要类型电子跃迁第17页跃迁分类跃迁分类s-s*跃迁 p-p*跃迁 n-p*跃迁n-s*跃迁第18页s s-s s*跃迁跃迁烷烃分子中s电子吸收足够光能后能够发生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 lmax125nm第19页p 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）第20页第21页n-n-p p*跃迁跃迁第22页n-n-s s*跃迁跃迁lmax/nmemaxCH3OH 183150CH3NH2 215600s s-s s*n-n-s s*p p-p p*n n -p p*第23页丙酮UV谱图中有两个吸收峰lmax=280nm(emax=15)；lmax=190nm(emax=100)问：问：a)a)确定每个吸收峰电子跃迁类型；确定每个吸收峰电子跃迁类型；b)b)哪个吸收峰更强？哪个吸收峰更强？第24页（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有机结构基团（CC、CC、CO、CN、NO等）助色团助色团 带有杂原子饱和基团(-NH2、-OH、-OR、-SH和-Cl等)。它们本身不吸收紫外-可见光，与生色团相连可使生色团吸收峰红移和吸收强度增加。第25页吸收带吸收带:跃迁类型相同吸收峰所处波段跃迁类型相同吸收峰所处波段第26页（三）溶剂效应（三）溶剂效应1 1溶剂极性对谱带影响溶剂极性对谱带影响 极性溶剂使K带发生红移，使R带发生蓝移 CH3COCH=C(CH3)2第27页2 2溶剂溶剂pHpH值对紫外光谱影响值对紫外光谱影响第28页三、紫外光谱应用三、紫外光谱应用（一）确定共轭体系（一）确定共轭体系（二）判断构型（二）判断构型（三）跟踪反应（三）跟踪反应（四）定量反应（四）定量反应第29页确定共轭体系确定共轭体系bb分子中含有相同共轭结构化合物，其紫外光分子中含有相同共轭结构化合物，其紫外光谱图基本相同谱图基本相同。bb紫外光谱主要用来研究化合物共轭体系，而紫外光谱主要用来研究化合物共轭体系，而极难用于独立地确定化合物精细结构。极难用于独立地确定化合物精细结构。第30页三个化合物三个化合物l lmaxmax分别为：分别为：A 275nmA 275nm；B 304nmB 304nm；C 365nmC 365nm；这三个化合物应怎样对应则以下；这三个化合物应怎样对应则以下3 3个结构？个结构？第31页（二）判断构型（二）判断构型第32页反式二苯乙反式二苯乙烯第33页顺顺式二苯乙式二苯乙烯第34页（三）跟踪反应（三）跟踪反应第35页第36页（四）定量分析（四）定量分析利用紫外光谱法可定量测定有化合物浓度利用紫外光谱法可定量测定有化合物浓度bb紫外光谱有较高灵敏度紫外光谱有较高灵敏度紫外光谱有较高灵敏度紫外光谱有较高灵敏度(达达达达10101010-7-7-7-7gmLgmLgmLgmL-1-1-1-1)；bb紫外吸收与化合物浓度符合紫外吸收与化合物浓度符合紫外吸收与化合物浓度符合紫外吸收与化合物浓度符合LambertLambertLambertLambertBeerBeerBeerBeer定律定律定律定律第37页 习题：习题：315页页 2，3，4，5，6第38页假如只考虑假如只考虑假如只考虑假如只考虑p p p p-p p p p*跃迁，以下各组化合物中，哪一个跃迁，以下各组化合物中，哪一个跃迁，以下各组化合物中，哪一个跃迁，以下各组化合物中，哪一个在紫外谱中在紫外谱中在紫外谱中在紫外谱中l l l lmaxmax较大？较大？较大？较大？第39页已知苯乙酮已知苯乙酮已知苯乙酮已知苯乙酮UVUVl l l lmax/nm(max/nm(e e e e)为为为为319(50)319(50)、240(13000)240(13000)、278(1100)278(1100)，试说明各值属于哪一个吸收带？由哪类跃迁引发？指出与分，试说明各值属于哪一个吸收带？由哪类跃迁引发？指出与分，试说明各值属于哪一个吸收带？由哪类跃迁引发？指出与分，试说明各值属于哪一个吸收带？由哪类跃迁引发？指出与分子哪部分结构相关？子哪部分结构相关？子哪部分结构相关？子哪部分结构相关？第40页CH3CH=CHCH2CH(OH)C2H5脱脱水产生两种不一样产物水产生两种不一样产物CH3CH=CHCH=CHC2H5(a)和和CH3CH=CHCH2CH=CHCH3(b)。怎样用。怎样用UV谱区分？并解释谱区分？并解释其原因。其原因。第41页