第11章有机化合物的光谱分析.ppt

基本内容和重点要求 第11章 有机化合物的光谱分析 11.1 光谱分析概述 11.2 红外光谱 11.3 核磁共振谱 11.4 紫外光谱 11.5 质谱 11.2.1 红外光谱的基本原理 17.3.2 红外光谱的表示方法 17.3.3 分子的振动方式 17.3.4 分子结构与红外光谱特征的吸收频率 17.3.5 各类化合物的红外光谱图 17.3.6 红外光谱的解析 11.2.1 红外光谱的基本原理 红外光谱是分子吸收红外光引起振动和转动能级跃迁产生的吸收信号。 红外光谱图 　 上述振动虽然不改变极性分子中正、负电荷中心的电荷量，却改变着正、负电中心间的距离，导致分子偶极矩的变化。相应这种变化，分子中总是存在着不同的振动状态，有着不同的振动频率，因而形成不同的振动能级。能级间的能量差与红外光子的能量相当。 　　 当一束连续波长的红外光透过极性分子材料时，某一波长的红外光的频率若与分子中某一原子或基团的振动频率相同时，即发生共振。这时，光子的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，导致分子对这一频率的光子的选择吸收，从振动基态激发到振动激发态，产生振动能级的跃迁。 　　 一个多原子的有机化合物分子可能存在很多振动方式，但并不是所有的分子振动都能吸收红外光。当分子的振动不致改变分子的偶极矩时，它就不能吸收红外辐射，即它不具有红外活性，也就没有相应的吸收光谱。如非极性的同核双原子分子N2、O2等，它们的振动不产生红外吸收谱带。 11.2.1.3 振动频率与吸收峰的位置 4000-2500cm-1 羟基： 吸收在3200-3650cm-1范围。游离羟基吸收在较高波数，峰形尖锐。当缔合形成以氢键相连的多聚体时，键力常数下降，吸收位置移向较低波数，峰形宽而钝。 4000-2500cm-1 胺基： 胺基的红外吸收与羟基类似，游离胺基的红外吸收在3300-3500cm-1范围，缔合后吸收位置降低约100cm-1。 伯胺两个吸收峰，仲胺只有一个吸收峰，叔胺因氮上无氢，在此区域没有吸收。芳香仲胺吸收峰比相应的脂肪仲胺波数偏高。 4000-2500cm-1 烃基： 不饱和碳(双键及苯环)的碳氢伸缩振动频率大于3000cm-1 ， 饱和碳(三员环除外)的碳氢伸缩振动频率低于3000cm-1， 叁键碳的碳氢吸收峰在3300cm-1 ，峰很尖锐。 (2)影响基团吸收频率位移的因素 诱导效应 共轭效应 氢键的影响 氢键的形成使参与形成氢键的原化学键的键力常数降低，吸收频率低波数方向。但振动时偶极矩的变化加大，吸收强度增加。 例：醇的羟基： 游离态 二聚体 多聚体 3610-3640cm-1 3500-3600cm-1 3200-3400cm-1 11.2.2.1 饱和烃的红外光谱特征 11.2.2.2 不饱和烃的红外光谱特征 C－H伸缩振动吸收大于3000 cm-1 ，C=C键的伸缩振动在1600～1680 cm-1 。随着双键碳上烷基的增加，强度减弱。烯烃C－H键的平面外弯曲振动吸收可用于判断双键碳上的烷基取代类型。 烯烃C-H键的平面外弯曲振动频率 炔烃 ≡C-H 末端炔烃 非末端炔烃 伸缩振动 3300cm-1 无 弯折振动 600～700cm-1 无 C≡C 伸缩振动 2100～2140cm-1 2200～2260cm-1 苯取代物的C-H面外弯折振动 11.2.2.7 胺的红外光谱特征 N-H 伯胺 仲胺 叔胺 17.3.6 红外光谱的解析 (1) 了解样品的来源，背景，根据分子式，计算不饱和度。 不饱和度计算 (2) 先观察高波数(1250cm-1)范围基团特征吸收峰，指定其归属，检出官能团，估计分子类型。 　　 1945年F.Bloch 和E.M.Purcell为首的两个小组几乎同时发现了核磁共振现象。二人因此获得1952年诺贝尔物理奖。 (1)核的磁矩 存在自旋运动的原子核，其自旋运动将产生磁矩。 原子核的自旋运动与自旋量子数I有关 　　　　I＝0　原子核没有自旋运动 　　　　I≠0　原子核有自旋运动 I的大小取决于原子的质量数(A)和原子序数(Z)的奇偶性 常见原子核的Z、A、和I I=1/2