物埋实验方法在有机化学中的应用.ppt

现代物理实验方法在有机化学中的应用 有机化学的重要任务是发现新现象（如新反应、新化合物、新性质等）和认识新规律（如反应机理、结构与物性的关系等）。其中，常需要进行结构分析。步骤： 早期的分析方法: 液体物质 —— 测沸点、折射率、旋光度; 化学方法等 固体物质 —— 测熔点; 化学方法等 局限性: 物理量测定需要样品量大, 化学方法分析结构操作较复杂，不易进行。 有机化合物结构研究方法 有机化合物结构现代研究方法 元素分析 —— 元素组成 质谱（MS）—— 分子量及部分结构信息 红外光谱（IR） —— 官能团种类 紫外—可见光谱（UV /Vis）—— 共轭结构 核磁共振波谱（NMR) —— C-H骨架及所处化学环境 X-射线单晶衍射 —— 立体结构 Example IR of the four isomers UV of the four isomers 1H NMR of the four isomers 有 机 波 谱 法 特 点 (1) 样品用量少，一般2~3mg（可1mg) (2) 除质谱外，无样品消耗，可回收 (3) 省时，简便 (4) 配合元素分析（或高分辨质谱）， 可准确确定化合物的分子式和结构 一、电磁波谱的一般知识：光的基本性质 光是具有波粒二象性的电磁波： 电磁波可按波长、能量或频率等来进行分段: Spectroscopy and the Electromagnetic Spectrum 电磁波谱 返回 分子吸收电磁波的能量后，从较低能级跃迁到较高能级，便产生波吸收谱，称波谱。 分子内部的运动： —— 原子核间的相对振动（IR）—— 振动能级 —— 电子运动（UV/Vis）—— 电子能级 —— 分子转动 —— 转动能级 —— 原子核自旋运动 （NMR） ——自旋跃迁 Spectroscopy and the Electromagnetic Spectrum 转动光谱－－分子所吸收的光能只能引起分子转动能级的变化。即：从较低的转动能级激发到较高的转动能级。位于远红外线及微波区域。 振动光谱－－分子所吸收的光能只能引起分子振动能级的变化，但伴随着转动能级的变化。多位于中或近红外线区域（称为红外光谱）。 电子光谱－－分子所吸收的光能可引起电子能级的变化，也是使基的电子激发到较高态。位于可见及紫外线区域。 吸收光谱类型 不同的分子，跃迁的能级差不同，则吸收的光的波长不同，就产生不同的波谱。 8.1 紫外可见吸收光谱 分子吸收光谱的一般原理 波长范围： 100~200nm 远紫外区 (很少用, 因能量较高被空气中 CO2,O2吸收干扰) 200~400nm 近紫外区 (常用) 400~800nm 可见光 (较少用, 因能量过低) 2. 光谱的形成（示意图） 返回 2. 分子光谱的产生、检测和记录 A.产生: 分子光谱的产生是与分子中原子及电子等的运动和能量跃迁有关的, 分子的总能量为： E = E平 + E转 + E振 + E电子 + E核 +………….. 通常, E平 是连续的，而分子光谱与核的运动关系也不大，故 E = E转 + E振 + E电子 1) 转动光谱: 波长 0.12~1.25 cm; ⊿E = 10-4~10-2 eV. 属于微波和远红外波段，光谱为线状结构。 2) 振动光谱：波长1.25x10-4~2.5x10-3cm; ⊿E = 0.05~1 eV. 属于红外波段, 光谱为带状结构。 3) 电子光谱：波长1.25x10-4~6.25x10-6cm; ⊿E = 1~20 eV. 属于紫外波段, 光谱为带状结构。 B. 检测与记录 紫外光谱分类: 4 ~ 400 nm 4 ~ 200 nm 远紫外或真空紫外 200 ~ 400 nm 近紫外 用以检测、记录紫外分子光谱的仪器叫做分光光度计。一般市售的紫外光谱仪均含有可见光部分，提供190 nm ~ 750 nm 范围的单色光。 典型的紫外光谱如图所示. 以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标。 有机分子能选择性的吸收光的能量，同时被激发到一个较高的能级： 电子的跃迁 电子跃迁的形式： 可能的跃迁方式有: 能量大, 波长短, 在真空紫外区; 能量大, 波长短, 在真空紫外区; 能量大, 波长短, 在真空紫外区; lmax = 188 nm, e = 900; lmax = 279 nm, e = 15; 郎伯-比耳定理 吸光度A 透射率T ε为