大学有机化学课件 波谱知识基础.ppt

有机化合物结构的测定一般经以下过程： 化学法 化学法为经典的方法：用特征化学反应来确定官能团；再通过降解反应确定化合物的结构；最后用合成反应合成。 要完成这一系列过程，工作非常艰巨;而且有时会发生重排或发生预料不到的结果，从而导致不正确的结论。 物理法 物理法即是利用物理原理设计制造的仪器，把此仪器用于化学分析来确定有机化合物的结构。 波谱即是测定有机化合物结构时最重要的物理方法 。 此法具有取样量极少、速度快和结果准确等优点，可大大简化鉴定过程，为研究和确定有机化合物的结构提供强有力的依据。 波谱法中最常用的包括四大谱，即紫外光谱（ultraviolet spectroscopy,UV）、红外光谱（infrared spectroscopy,IR）、核磁共振谱(nuclear magnetic resonance spectroscopy,NMR)和质谱（mass spectroscopy,MS）。 第一节 红外光谱（IR） 一、基本原理 光是由一颗颗微小的能量子（即“光子”）所组成。 E = h ·υ = h ·c / λ 式中：E—光的能量； υ—频率，每秒内振动的周数，单位为Hz或s-1； λ—波长，单位为nm或μm； c—光速，其值为3×1010cm·s-1； h—普朗克（planck）常数，其值为6.62×10-34J·s-1 二、分子的振动和红外吸收频率 分子的振动分为两大类：伸缩振动（streching vibration）和弯曲振动（bending vibration），分别用符号υ、δ表示。 伸缩振动是键长改变的振动，分为对称（symmetrical）伸缩振动υ s和不对称（asmmetrical）伸缩振动υ as； 弯曲振动是键角改变的振动，分为面内（in plane）弯曲振动δip和面外（out of plane）弯曲振动δoop。面内弯曲振动又有剪式（scissoring）β和面内摇摆（rocking）ρ之分；面外弯曲振动还有面外摇摆（wagging）ω和扭曲（twisting）γ之区别： 四、化学键的特征吸收峰 分子中各种化学键(或基团)都会在IR谱的特定频区出现吸收峰，称为该化学键或基团的特征吸收峰。 同类型化学键的振动是非常接近的，总是在某一范围内出现，例如羰基（C=O）伸缩振动的频率范围在1850cm-1～1600cm-1，因此认为这一频率范围是羰基的特征频率。 而同一类型的基团在不同物质中所处的化学环境并不完全相同，所以它们的吸收频率在特征频率范围内也会有些差别。 五、红外光谱图 红外光谱图是以波长（λ）或波数（σ）为横坐标，以透光度（transmittancy,T）为纵坐标所得的谱图。 物质对光的吸收越强，其透光度（T）就越小，故红外吸收光谱中的吸收峰表现为“谷”。 目前IR谱中横坐标大多以波数表示，分子振动所需能量对应的波长在中红外区，因此，波数范围在400cm-1～4000cm-1。 功能区和指纹区 4000-1300cm-1是官能团区域，称为“功能区”。 1300-660cm-1称为“指纹区”。 第二节 核磁共振谱(NMR) “NMR” 是由于原子核的自旋运动对电磁波产生的吸收。 目前有实用价值的仅限于H1、C13、F19、P31和N15等少数磁核的共振信号，其中以氢核磁共振谱（1H-NMR,proton magnetic resonance,PMR）和碳核磁共振谱（13CNMR,carbon magnetic resonance,CMR）的应用最为广泛。 在外加磁场H0中，氢核的两种自旋态发生能级分裂。其能级差（ΔE）与外加磁场的强度（H0）成正比： 1HNMR谱 1HNMR谱中横坐标用δ表示，按照左正右负的规定，δTMS＝0的值在谱图的右端，δ值减小的方向即表示磁感应强度增加的方向。 屏蔽作用使质子的信号出现在高场（图的右边，δ值小）；去屏蔽作用使质子的信号出现在低场（图的左边，δ值大）。对有机化合物而言，大多数质子的δ值为正值，一般在0～10之间。 裂分规律 裂分主要发生在同一碳或相邻碳上不等性质子之间。 裂分的峰数取决于邻接碳原子上等性质子数，若该数为n，则峰的裂分数为n+1。即n+1规律。 裂分峰的相对强度比等于二项式(a+b)n展开式各项系数，n为邻接质子数。 互相偶合的两组峰常常呈现出“屋脊”效应(roof effect)，即内侧峰略高，外侧峰略低。 五、核磁共振谱在有机化学中的应用 信号的数目表明分子中含有多少种不同类型的质子； 从信号的位置（δ值）可知每类质子的化学环境； 从积分曲线可知各种类型质子的相对数目； 从信号的裂分情况可提供邻近基团结构的信息。 综合上述信息，再结合有关物理常数、化学性质及其它波谱数据，就可推测有机化合物的结构。 解