有机化学的波谱方法7市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

1第十六章第十六章 波谱学在有机化学中应用波谱学在有机化学中应用第第1页页2惯用惯用结构结构分析分析方法方法化学试验法化学试验法波谱法波谱法吸收光谱吸收光谱非吸收光谱非吸收光谱紫外光谱紫外光谱 UV红外光谱红外光谱 IR核磁共振谱核磁共振谱 NMR 质谱质谱 MS第第2页页3第一节第一节 吸收光谱普通原理吸收光谱普通原理一、波长（一、波长（l l）频率（）频率（）波数（）波数（）第第3页页4光性质光性质 =1/=1/l (l (cm-1)E=hc/E=hc/l ll l =c=c 波动性波动性E E h 粒子性粒子性第第4页页5二、吸收光谱二、吸收光谱E=E=E2E1第第5页页6红外光谱红外光谱核磁共振谱核磁共振谱第第6页页7第二节第二节 红外光谱红外光谱 (Infrared Spectrum,IR)一、红外光谱普通原理一、红外光谱普通原理如：分子如：分子RCH2OH第第7页页8第第8页页9二、红外吸收峰数目、二、红外吸收峰数目、位置和强度位置和强度伸缩振动伸缩振动 （一）红外吸收峰数目（一）红外吸收峰数目振动形式振动形式弯曲振动弯曲振动 第第9页页10伸缩振动伸缩振动：沿键轴方向键伸沿键轴方向键伸 长或缩短振动长或缩短振动CHHCHH第第10页页11弯曲振动弯曲振动:垂直于键轴方向振动垂直于键轴方向振动第第11页页12振动自由度数目振动自由度数目线性分子为：线性分子为：3n-5 （n：原子数）：原子数）非线性分子为：非线性分子为：3n-6第第12页页13如：如：H2O振动自由度为多少？有几振动自由度为多少？有几个吸收峰？个吸收峰？H2O非非 线性分子，线性分子，3 3 6=3（个）（个）as s ：3756 3652 1595 cm-1第第13页页14CO2，3 3 5=4（个），（个），as 2350、667 cm-1。实际实际IR吸收峰数目小于计算值：吸收峰数目小于计算值：v强而宽峰可覆盖强而宽峰可覆盖 相近弱峰。相近弱峰。v能引发分子偶极矩改变振动，才产生吸收；能引发分子偶极矩改变振动，才产生吸收；v 相同振动产生峰能够吞并；相同振动产生峰能够吞并；第第14页页15（二）红外吸收峰位置（二）红外吸收峰位置成键原子质量越小，吸收峰波数就越高成键原子质量越小，吸收峰波数就越高吸收峰位置取决于各化学键振动吸收峰位置取决于各化学键振动频率。频率。键长越短，键能越高，吸收峰波数也越高键长越短，键能越高，吸收峰波数也越高第第15页页161.特征谱带区特征谱带区 40001330 cm-1 （官能（官能团区）依据峰位，可判别官能团。团区）依据峰位，可判别官能团。2.指纹区指纹区 1330650 cm-1第第16页页17红外光谱主要区段红外光谱主要区段 官能团官能团 O-H,N-H 36503200 cm-1 含含O-H或或N-HC-H 3000 cm-1O=C-H 在在28102715cm-1有双峰有双峰=C-H 33003000 cm-1-C-H 30002800 cm-1第第17页页18 C=O 17601690 cm-1 含羰基（含羰基（C=O）C=C 16801500 cm-1 C=C苯环普通有苯环普通有23个吸收峰个吸收峰 -CH3 1380 cm-1 含含-CH3 C-O,C-N 13001000 cm-1 含含C-O或或C-N 第第18页页19 某化合物某化合物IR谱中谱中,1700cm-1有一强吸收有一强吸收峰峰,3020cm-1处有一中强吸收峰处有一中强吸收峰,由此可推由此可推断该化合物是以下化合物中哪一个断该化合物是以下化合物中哪一个?1700cm-13020cm-1 C=O 不饱和不饱和C-H第第19页页2030003100cm-116001500cm-1 无吸收峰 O-H 饱和饱和C-H CH3无不饱和C-H无C=C第第20页页21（三）红外吸收峰强度（三）红外吸收峰强度吸收峰强度表示吸收峰强度表示 vs（very strong）很强很强S（strong）强强m（medium）中等中等w（weak）弱弱vw（very weak）很弱很弱如：如：C=O、C-O、C-N 等极性大，峰强。等极性大，峰强。第第21页页22brbr（broadbroad）宽峰宽峰吸收峰峰形表示吸收峰峰形表示 shsh（sharpsharp）尖峰尖峰第第22页页23三、红外光谱解析和应用三、红外光谱解析和应用40001300cmcm-1-1官能团区找出特征吸收官能团区找出特征吸收峰，确定存在哪种官能团峰，确定存在哪种官能团（一）解析程序（一）解析程序 1300650cmcm-1-1指纹区，确定化合物结指纹区，确定化合物结 构类型构类型第第23页页24详细步骤：详细步骤：1.计算不饱和度计算不饱和度；2.判断几个主要官能团判断几个主要官能团C=O、-OH、-NH2、C=C特征峰是否存在，特征峰是否存在，并寻找相关峰；并寻找相关峰；第第24页页251.羰基是否存在（含羰基是否存在（含O化合物）化合物）17601690cm-1有强峰有强峰 C=O特征峰特征峰 2820、2720cm-1双峰；双峰；相关峰相关峰无相关峰无相关峰33002500cm-1宽峰和宽峰和 13001000cm-1有峰；有峰；13001000cm-1有峰。有峰。第第25页页262.羟基、氨基是否存在羟基、氨基是否存在35003200cm-1宽峰宽峰 O-H、N-H特征峰。特征峰。第第26页页27相关峰相关峰13001000cm-1有峰有峰16001500cm-1和和13001000cm-1有峰有峰如无如无 O-H，但含，但含O，13001000cm-1有峰有峰醚醚 R-O-R第第27页页283.苯环是否存在苯环是否存在 4，31003000cm-1相关峰：相关峰：1600、1580、1500cm-1中强峰中强峰 化合物含苯环化合物含苯环苯环苯环C-H特征峰特征峰苯环苯环C=C骨架振动骨架振动第第28页页29例例1.已知某化合物，分子式已知某化合物，分子式C3H6O，其其IR谱中有以下吸收峰，试推测其结谱中有以下吸收峰，试推测其结构。构。IR (cm-1)：2960，2840，2760，1720，(cm-1):1380。（二）应用实例（二）应用实例第第29页页30 =3+1-6/2=1，1720cm-1 C=O，含羰基。，含羰基。相关峰：相关峰：2840，2760cm-1 O=C-H，为醛。，为醛。1380cm-1-CH3，含，含-CH3结构。结构。2960cm-1 饱和饱和C-H结构为：结构为：CH3CH2CHO 丙醛丙醛 第第30页页31例例2.依据依据IR谱推测化合物谱推测化合物C9H12结构式。结构式。苯环苯环 C-H苯环苯环 C=C两个两个-CH3 饱和饱和C-H单取代苯单取代苯 =9+1-12/2=4第第31页页32练习：练习：试依据其试依据其IRIR谱推测以下化合物谱推测以下化合物C C8 8H H8 8O O结构式。结构式。第第32页页33第三节第三节 核磁共振谱核磁共振谱（Nuclear Magnetic Resonance Spectra NMR）第第33页页34一、核磁共振谱基本原理一、核磁共振谱基本原理普通质子数、质量数最少有一个为奇数原子核，普通质子数、质量数最少有一个为奇数原子核，I 0，有自旋。，有自旋。I=1/21H NMR13C NMR1668第第34页页351H核两种不一样自旋取向核两种不一样自旋取向E1=-H0E2=H0E=2 H0h =2 H0 或或 =2 /h H0 核磁共振条件核磁共振条件第第35页页36扫场扫场固定固定，改变，改变H0 满足条件即产生吸收。满足条件即产生吸收。扫频扫频固定固定H0，改变，改变 第第36页页37第第37页页38二、二、NMRNMR主要参数主要参数化学位移化学位移 chemical shift 峰面积峰面积 峰裂分峰裂分第第38页页39化学位移化学位移H实实=H0-H1 Hb大大 大大 较高磁场较高磁场小小 小小 较低磁场较低磁场第第40页页41（二）化学位移值（二）化学位移值 参考物：参考物：四甲基硅烷四甲基硅烷（tetramethylsilane TMS）(CH3)4Si 第第41页页42（三）影响化学位移原因（三）影响化学位移原因1.电负性电负性2.氢键影响氢键影响化学位移低场移动化学位移低场移动3.溶剂效应溶剂效应 -OH、-NH2、-COOH等活泼质子加等活泼质子加D2O消失消失第第42页页431.判断以下分子在判断以下分子在NMR谱中可产生几个信号。谱中可产生几个信号。2个个不等性质子不等性质子练习：练习：3个个2个个3个个第第43页页442.以下化合物在以下化合物在NMR谱中只有一个谱中只有一个信号，其可能结构是什么。信号，其可能结构是什么。等性质子等性质子第第44页页45氢核类型氢核类型 ppmRCH3,R2CH2,R3CH 0.81.5=CH-4.95.9ArH 6.08.0-CHO 9.410.4-COOH 1012A-CH 25A:O,Cl,N,CO 常见氢核化学位移值常见氢核化学位移值ROH 1.06.0ArOH 4.57.7第第45页页46峰面积峰面积积分高度积分高度第第46页页47第第47页页48练习：判断以下化合物练习：判断以下化合物NMR中吸收峰面积比中吸收峰面积比1.CH3CH2CHO2.CH3CH2OCH2CH33.C6H5COCH2CH33:2:16:4=3:25:2:3第第48页页49峰裂分峰裂分和偶合常数和偶合常数第第49页页501,1,2-三溴乙烷核磁共振谱三溴乙烷核磁共振谱第第50页页51CHBr2 CH2Br H0-H1 H0 H0+H1H0 第第51页页52CHBr2 CH2Br H0 H0第第52页页53第第53页页54说明：说明：1.邻接碳上等性质子数为邻接碳上等性质子数为n，则裂分峰数为，则裂分峰数为 n+1。2.峰裂分发生在同峰裂分发生在同C或相邻或相邻C不等性质子之间，不等性质子之间，相隔三个以上单键不影响。相隔三个以上单键不影响。3.活泼质子（如活泼质子（如-OH，-COOH，-NH-），通），通常不发生裂分。常不发生裂分。4.苯环单取代苯环单取代：普通取代基为斥电子基，苯：普通取代基为斥电子基，苯环上氢核信号不裂分；取代基为吸电子基，环上氢核信号不裂分；取代基为吸电子基，苯环上氢核信号裂分为多重峰。苯环上氢核信号裂分为多重峰。第第54页页55乙醇核磁共振谱乙醇核磁共振谱第第55页页56甲苯核磁共振谱甲苯核磁共振谱第第56页页57裂分峰数表示：裂分峰数表示：单峰（单峰（singlet，s）两重峰（两重峰（doublet，d）三重峰（三重峰（triplet，t）四重峰（四重峰（quarter，q）多重峰（多重峰（multiplet，m）第第57页页58练习：判断以下化合物练习：判断以下化合物NMR中峰裂中峰裂 分情况分情况第第58页页59三、三、NMR谱解析关键点谱解析关键点数目数目几类氢核几类氢核位置（位置（值）值）什么氢核什么氢核积分高度积分高度各组信号氢核数各组信号氢核数裂分裂分邻接碳上氢核数邻接碳上氢核数第第59页页603HCH3 (连CO)5H苯H2HCH2(连O)例例1.1.=9+1-10/2=5第第60页页61例例2.已知分子式已知分子式C9H12O，依据，依据 值，推断值，推断结构。结构。ppm：7.2（5H，s）；）；4.5（2H，s）；）；3.5（2H，q）；）；1.2（3H，t）。）。第第61页页62 =9+1-12/2=4，可能含苯环，可能含苯环 7.2ppm苯苯H，4.5ppm烷烷H，-CH2-Od 3.5ppm烷烷H，O-CH2-相互偶合，相互偶合，CH3-CH2-O 1.2ppm烷烷H，-CH3第第62页页63练习：练习：1.化合物化合物C8H14O41HNMR谱中，出现三谱中，出现三个信号：个信号：ppm 1.26（6H，t）；）；4.18（4H，q）；）；2.6（4H，s），试），试推测其结构。推测其结构。2.化合物化合物C7H14O，IR谱上在谱上在1715cm-1有有强吸收峰，其强吸收峰，其1HNMR谱中出现两个谱中出现两个信号，一个为二重峰，另一个为七重信号，一个为二重峰，另一个为七重峰，二者峰面积比峰，二者峰面积比6:1，试推导其结构。，试推导其结构。第第63页页