光谱技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1、红外光谱 IRInfrared Spectroscopy,波长/m,10,-14,10,-12,10,-10,10,-8,10,-6,10,-4,10,-2,10,0,10,2,宇宙线,射线,X,射线,紫外线,可见光,红外光,微波,无线电波,1电磁波：也称作电磁辐射，其波长范围很广。,当辐射光的能量正好等于电子的较高和较低两个能级,之差时辐射才能被吸取,即分子吸取辐射能是量子化。,对某一分子来说,它只吸取某些特定频率的辐射。,把某一有机化合物对不同波长的辐射的吸取状况(以透射率%或吸光度表示)记录下来,就是这一化合物的吸取光谱(如红外光谱,紫外光谱等)。,吸取光谱与分子构造的关系亲密。,一般的红外吸取光谱指的是中红外范围。,红外光波长范围 0.7500m，可分为三局部：,近红外 =0.783m，=128203333cm-1,中红外 =3.030m，=3333333cm-1,远红外 =30300m，=33333cm-1,红外光谱是以连续波长的红外线为照射源，供给了分子振动的信息分子振动能级的跃迁。,2分子振动,分子吸取了红外线的能量，导致分子内振动能级的跃迁而产生的记录信号即为红外光谱图。,三原子分子的可能振动方式为：,对称伸缩振动 不对称伸缩振动,由于有机化合物为多原子分子，其红外光谱图必定特别简单，我们不行能对谱图上的每一个吸取峰都作出解析，只要找出它们各自官能团中最典型的吸取峰就可以了。一样的官能团或一样的键型往往具有一样的红外吸取特征。,红外光谱可分为两个区域：,官能团区40001500cm-1,指纹区1500650cm-1,常见官能团的特征伸缩振动频率,3图谱解析,解析红外光谱的一般步骤：,a依据有机化合物的分子式计算不饱和度。,不饱和度=C原子数+1-H原子数/2-卤原子数/2+三价氮原子数/2,b分析官能团区40001500cm-1的吸取峰，,推断分子中可能存在的官能团。,c有烯、苯存在，解析指纹区1000650cm-1。,正辛烷的红外光谱,烷烃的红外光谱,烯烃的红外光谱,3080cm,-1,为=C-H,伸缩振动,1-辛烯的红外光谱,1640cm,-1,C=C键的伸缩振动,炔烃的的红外光谱,1-己炔红外光谱图,33103320 cm-1：CCH,28502950 cm-1:CH3,CH2,2-,丁醇的红外光谱谱图,苯乙醚的红外光谱谱图,2-丁醇的红外光谱谱图,苯乙醚的红外光谱谱图,例题：化合物A、B、C分子式为C5H6，在催化剂作用下，均可吸取3molH2，化合物B,C的IR吸取频率为3300 cm-1，而A在此区域无吸取，化合物A和B紫外光谱max：230nm，化合物C在200nm以上无吸取，试推导出A、B、C的构造式。,解：(1)依据可吸取3molH2和分子式，可知三化合物不饱和度为3。,(2)依据在3300 cm-1有红外吸取，说明B、C含有炔氢，而A则无。,(3)依据A、B紫外光谱max：230nm，说明化合物分子中存在共轭,A为：CH2=CHCCCH3,C为：CH2=CHCH2CCH,显微红外光谱仪,2、紫外光谱Ultraviolet Spectra-scopy,广义的紫外光包括波长为100-200nm的远紫外光和波长为200-400nm的近紫外光。在有机化合物构造测定中应用的紫外光谱一般是近紫外光谱。,近紫外光简洁使有机分子中的电子，特殊是共轭体系中的电子激发而跃迁到较高能级的轨道中去，这些信息有助于对有机分子共轭体系构造的了解。,紫外及可见光谱是用能产生波长为200-1000nm范围的光源照射分子，分子对光源产生吸取而得到吸取光谱。,蒽醌实线,邻苯二甲酸酐虚线,光,密,度,波长/nm,紫外可见吸取光谱仪,仪器简介:该仪器承受双光路，动态校正系统，具有多样品池，高速扫描，定波长扫描，积分，屡次微分等特点，波长范围是190nm-1100nm。,例题：化合物A、B、C分子式为C5H6，在催化剂作用下，均可吸取3molH2，化合物B,C的IR吸取频率为3300 cm-1，而A在此区域无吸取，化合物A和B紫外光谱max：230nm，化合物C在200nm以上无吸取，试推导出A、B、C的构造式。,解：(1)依据可吸取3molH2和分子式，可知三化合物不饱和度为3。,(2)依据在3300 cm-1有红外吸取，说明B、C含有炔氢，而A则无。,(3)依据A、B紫外光谱max：230nm，说明化合物分子中存在共轭,A为：CH2=CHCCCH3,C为：CH2=CHCH2CCH,3、核磁共振谱Nuclear Magnetic Resonance，NMR,自50年月中期核磁共振技术开头应用于有机化学，至今已进展成为争论有机化学最重要的光谱工具之一，它最主要的用途就是确证有机化合物的构造。,核磁共振的主要争论对象是H1；C13近年来已引起留意,我们主要学习1HNMR,核磁共振是原子核在外磁场中吸取电磁波后从一个自旋能级跃迁到另一个自旋能级而产生的波谱。,核磁共振仪在操作中，可以把物质放在恒定强度的磁场中，渐渐转变辐射频率来进展测定，当频率恰好等于能级差时，即可发生共振吸取，记录仪把吸取信号记录下来。由于磁场强度与共振频率成正比，所以也可以在固定辐射频率的根底上，转变磁场强度，当磁场到达肯定强度时，即可发生共振。,常用仪器：60MHZ和100MHZ,核磁共振光谱(NMR300),核磁共振谱分析,各个不同化学环境下的质子其屏蔽作用的大小是不同的。,质子的能级差是肯定的,但有机化合物中的质子四周都有电子,电子对外加电场有屏蔽作用,屏蔽作用的大小与质子四周电子云密度有关。,电子云密度高,屏蔽作用大,该质子的共振信号就在较高的磁场强度下发生。,低场,1-硝基丙烷的,1,HNMR谱图,3，3-二甲基-1-丁炔的,1,HNMR谱图,由于化学位移偏差的距离极其微小，约为外磁场强度的百万分之十。要准确测定确定值相当困难。,通常承受内标法：以四甲基硅烷TMS作基准物零点，一般有机物的质子共振峰都消失在小于零的位置上。,0,是核磁共振仪的频率，通常为60MH,Z,或100MH,Z,300MH,Z,等.,越小,对应的磁场强度高,各类特征质子的化学位移表,质子的化学位移是由质子的电子环境打算的，在同一分子中，具有一样化学位移的质子称为磁等价质子。如：,对于一个化合物的NMR谱，吸取峰的数目等于分子中不等性质子的数目，各个吸取峰的面积之比等于积分曲线高度之比，也等于质子数之比。,以下分子有两组不等价质子，有两组峰。,吸取峰的裂分,例1:乙醇的核磁共振谱,自旋偶合和自旋裂分,除了质子核外的电子影响引起化学位移外，还存在同一分子中,相邻氢原子核间,的相互作用，这种作用,对化学位移不产生影响,，但图谱的性质发生了变化，,峰形产生裂分,。这种作用称为,自旋偶合,，自旋偶合引起的谱线增多现象叫做,自旋裂分,。,自旋偶合通常只在两个相邻碳上的质子之间发生；,当质子相邻碳上有n个同类质子时,吸取峰裂分为n+1个;,不同类质子分裂成(n+1)(n+1)个;,不相邻的质子之间不发生偶合裂分。,1,1,2-三氯乙烷的核磁共振谱,例如：1,1,2-三溴乙烷,偶合常数J,ab,=J,ba,自旋偶合会产生共振峰的分裂，两裂,分峰之间的距离以Hz为单位称为,偶合常数，用J表示。,邻碳不等性质子相互偶合所得到的峰组，其偶合常数是一样的。因此，在简单的核磁共振谱图中，通过比较不同峰组的偶合常数，可以推断这些产生信号的质子是否在相邻的碳原子上。,例1:,化合物Cl,2,CH-,CH,2,-CHBr,2,中的,-CH,2,-,应分裂成(1+1)(1+1)=4重峰;,例2:,ClCH,2,-,CH,2,-CH,2,Br中间的,-CH,2,-,应分裂成(2+1)(2+1)=9重峰.,补充,：,质子相邻碳上不同类质子,例1：某化合物分子式为C4H8O，IR谱显示在1720cm-1处有强吸取。NMR谱1.0三重峰3H，1.9单峰3H，2.7四重峰2H。试推想该化合物的构造。,解:,1IR 1720cm-1说明有羰基-CO-,2NMR有三组峰，说明有三种不等价的H；其中两组H是偶合 的，依据裂分峰的数目推想为-CH2-CH3，另一单峰为-CH3，推想结果为：,CH,3,-CO-CH,2,-CH,3,2-丁酮,例2：依据下面的核磁谱图,推想分子式为C4H7Br3的构造.,解：两种不等价质子，比例为43；两个均为单峰，它们之间不相邻，不偶合；Br是强电负性元素，能导致与其相连的碳上H的化学位移向低场移动。因此推想该构造为:,例3：分子式为C7H14O，1HNMR谱1.1单峰9H，2.1单峰3H，2.5单峰2H。推想其构造。,思考题:化合物分子式为C3H7Cl，NMR谱有两个三重峰，一个在0.9，另一个在低场。后者的强度是前者的2/3，另外，在这两个三重峰之间又有一个多重峰，试写出其构造。,ClCH,2,-CH,2,-CH,3,答案:,ClCH,2,-CH,2,-CH,3,实例:,A,样品核磁共振谱,B,样品核磁共振谱,分子式为C10H14异构体，推想其构造。,1.NMR谱0.8二重峰6H，1.8多重峰1H，2.5二重峰2H，7.2单峰5H。,2.NMR谱1.3单峰9H，7.3单峰5H。,分子式为C7H8O异构体，推想其构造。,NMR谱3.7单峰1H，4.5单峰2H，7.3单峰5H。,4、质谱MS，Mass Spectrometry,质谱法是分别和记录离子化的原子或分子的方法。即以某种方法使一个有机分子电离、裂解，然后按质荷比m/z大小把生成的各种离子分别，检测它们的强度，并将离子按其质荷比大小排列成谱，这种分析争论的方法叫作质谱法。,质荷比m/z是离子的质量m与其所带的电荷z之比，m以原子量质量单位计算，z以电子电量为单位计算。,本章作业:,P,128,3,4,6,7,有机化学,主讲教师:,Organic Chemistry,