第六章有機化合物的波譜分析第六章有機化合物的波譜分析1第七章有機化合物的波譜分析一、有機波譜分析簡介二、紅外吸收光譜三、核譜共振譜1.常見有機波譜2.有機四大譜及其特點3.電磁波譜與有機光譜的對應關系1.紅外吸收光譜的定義2.分子振動與紅外光譜3.有機化合物基團的特征光譜4.紅外譜圖解析1.核磁共振產生的基本原理2.化學位移3.自旋偶合和自旋裂分4.譜圖解析5.13C譜簡介第七章有機化合物的波譜分析一、有機波譜分析簡介二、紅外吸收21.常見有機波譜常見有機波譜1.常見有機波譜常見有機波譜32、有機四大譜及其特點有機四大譜：紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、核磁共振譜、質譜0.01-5mg(與天平精度有關）0.1-1mg1-5mg0.001-0.1mg2-10萬5-50萬100-1000萬50-500萬2、有機四大譜及其特點有機四大譜：紫外吸收光譜、紅外吸收光譜43.電磁波譜與有機光譜的對應關系λ/nmλ/cm-13.電磁波譜與有機光譜的對應關系λ/nmλ/cm-151.紅外吸收光譜的定義紅外吸收光譜是分子中成鍵原子振動能級躍遷而產生的吸收光譜，只有引起分子偶極距變化的振動才能產生紅外吸收。二、紅外吸收光譜1.紅外吸收光譜的定義紅外吸收光譜是分子中成鍵原子振動能62.分子振動與紅外光譜振動方程式：k:力常數，與化學鍵的強度有關（鍵長越短，鍵能越小，k越大）m1和m2分別為化學鍵所連的兩個原子的質量，單位為克即：化學鍵的振動頻率（紅外吸收峰的頻率）與鍵強度成正比，與成鍵原子質量成反比。2.分子振動與紅外光譜振動方程式：k:力常數，與化學鍵的強度7亞甲基的振動模式：亞甲基的振動模式：83.有機化合物基團的特征頻率3.有機化合物基團的特征頻率9化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件10(1)特征頻率區：紅外光譜中4000-1～300cm-1的高頻區稱為特征頻率區。主要是X-H、三鍵()及雙鍵（C=C,C=O,C=C)的伸縮振動。(2)指紋區：紅外光譜的1000cm-1～650cm-1的低頻區稱為指紋區。主要是各種單鍵（C-N,C-O,C-C)的伸縮振動及各種彎曲振動的吸收峰。(3)相關峰：習慣上把同一官能團的不同振動方式而產生的紅外吸收峰稱為相關峰。如甲基(-CH3)2960cm-1(as)，2870cm-1(s)，1470cm-1、1380cm-1

(C-H剪式及面內搖擺)。A.紅外譜圖解析基礎知識4.紅外譜圖解析(1)特征頻率區：紅外光譜中4000-1～300cm-1的11(4)已知物的鑒定：若被測物的IR與已知物的譜峰位置和相對強度完全一致，則可確認為一種物質（注意儀器的靈敏度及H2O的干擾）。(5)未知物的鑒定：可推斷簡單化合物的結構。對復雜的化合物，需要UV、NMR、MS的數據(4)已知物的鑒定：若被測物的IR與已知物的譜峰位置和相對強125、紅外光譜圖(IR)官能團區：40001400cm-1,伸縮振動引起，譜帶比較簡單，特征性強。

3700-2500cm-12500-1900cm-1

1900-1400cm-1

C-H-CC-C=CN-H-CNC=OO-H-C=C=OC=NS-H-N=C=O

5、紅外光譜圖(IR)官能團區：40001413指紋區：1400600cm-1,由C-C,C-O,C-X伸縮振動及力常數小的彎曲振動引起，光譜復雜。

1）紅外譜帶的影響因素：

成鍵原子雜化方式

電子效應

指紋區：1400600cm-1,由C-C,14氫鍵作用：一般使譜帶移向低波數，且變寬。

氫鍵作用：一般使譜帶移向低波數，且變寬。152）、紅外譜圖中的基團特征（吸收）譜帶

l

烷烴：C—H伸縮振動2940cm-1和2860cm-1C—H面內彎曲1460（不對稱）和1380（對稱）-(CH2)n-(n>=4)一般在720cm-1處有特征峰（弱）2）、紅外譜圖中的基團特征（吸收）譜帶l

烷烴：C—H伸16l

烯烴：=C—H伸縮振動3100-3000cm-1C=C伸縮振動1650cm-1(強度與分子對稱性有關)=C—H面外彎折1000-600cm-1(強，位置與分子對稱性有關）l

烯烴：=C—H伸縮振動3100-3000cm-117化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件18

炔烴：C—H伸縮振動3300cm-1（尖銳峰）CC伸縮振動2300-2100cm-1(強度與分子對稱性有關)C—H面外彎曲振動700-600cm-1

炔烴：19化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件20

芳香結構：C—H伸縮振動3100-3000cm-1單核芳環骨架C=C伸縮振動1600、1580、1500、1450cm-1(強度與分子對稱性有關)C—H面外彎折900-690cm-1及起其倍頻峰(形狀、位置與取代基位置有關)

芳香結構：21化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件22醇、醚

O—H伸縮振動：固態、液膜3300-3400cm-1,寬帶。非極性溶劑稀溶液：3600cm-1，有時伴隨締合峰。醚類C—O—C伸縮：1100-1250cm-1,不易辨識。

醇、醚O—H伸縮振動：固態、液膜3300-3400cm-123胺、銨鹽：

胺的N—H伸縮振動：3300-3500cm-1，一般呈雙峰（as和s），芳胺吸收強度較大。其它振動（C-N伸縮，N-H彎折）不易判別。

胺、銨鹽：胺的N—H伸縮振動：3300-3500cm-1，24羰基化合物：C=O伸縮振動1620-1850cm-1，強度大。

羰基化合物：C=O伸縮振動1620-1850cm-1，強度大25化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件26A.正辛烷6、紅外光譜解析舉例：A.正辛烷6、紅外光譜解析舉例：27B、2-甲基庚烷B、2-甲基庚烷282,2-二甲基己烷2,2-二甲基己烷29(E)-2-己烯(E)-2-己烯301-己烯1-己烯31(Z)-3-己烯(Z)-3-己烯322-甲基-1-丙烯2-甲基-1-丙烯331-己炔1-己炔342-己炔2-己炔35三、核磁共振譜(NuclearMagneticResonance,NMR)1、基本原理

原子核的自旋，自旋量子數I

偶數偶數0無奇數偶數整數有原子序數質量數INMR信號奇數或偶數奇數1/2,3/2,5/2…有三、核磁共振譜(NuclearMagneticReson36核磁共振現象

核自旋磁矩

=P=hI/2（其中，P為自旋角動量，是磁旋比，h為普朗克常數）

自旋核進動角速度0=20=H0（式中，H0為外磁場強度，0為進動頻率）

自旋磁量子數m=I,I-1,I-2...(代表不同的取向或能級，只能有2I

+1個能級）

l

1H的核磁共振

在磁場中，核的能量E=-(m/I)H0

對于1H核，I=1/2,m=1/2，在磁場H0中有兩個不同能級，其能量差E=2H0=h0

1H核發生共振的條件射

=0=H0

/2

（射為外加電磁波的頻率）

核磁共振現象

核自旋磁矩=P=hI37化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件38其它I

=1/2的自旋核的共振

1H99.981.0013C1.1080.01615N0.3650.0010419F1000.834核天然豐度(%)在同一磁場中的相對靈敏度31P1000.066其它I=1/2的自旋核的共振1H99.981.001339核磁共振波譜儀：連續波掃描NMR和FT-NMR

核磁共振波譜儀：連續波掃描NMR和FT-NMR40二、質子的化學位移

1、

化學位移的起因化學位移源于核外電子在磁場中運動產生的感應磁場的屏蔽或去屏蔽效應。質子發生核磁共振的真正條件應為：射

=

H有效/2其中：H有效=H0(1-s)=H0-H感應

二、質子的化學位移1、化學位移的起因化學位移源于核外電子41化學位移的表示方法：相對數值(d/ppm)

化學位移的表示方法：相對數值(d/ppm)422、影響化學位移的因素：誘導效應和各向異性效應

誘導效應：電負性大的原子或基團，吸電子能力強，使鄰近1H的質子峰移向低場（左側），反之移向高場（右側）。

各向異性效應：烯、炔、芳香化合物。

2、影響化學位移的因素：誘導效應和各向異性效應誘導效應：電43化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件44氫鍵、：去屏蔽作用，醇、酸、b-二酮、酰胺等。

氫鍵、：去屏蔽作用，醇、酸、b-二酮、酰胺等。45活潑質子交換：一般導致峰加寬、活潑質子化學位移不定活潑質子交換：一般導致峰加寬、活潑質子化學位移不定46溫度及溶劑

溫度及溶劑473、積分強度：用于確定分子中各種不同質子的數目

4、自旋裂分及自旋偶合

化學等價：分子中兩個相同的質子處于相同的化學環境時，兩者被稱為化學等價。化學等價的質子具有相同的化學位移。

3、積分強度：用于確定分子中各種不同質子的數目4、自旋裂分48與不對稱碳相連的CH2的兩個質子化學不等價；有些質子等價與否受條件限制。

與不對稱碳相連的CH2的兩個質子化學不等價；有些質子等價與否49相鄰質子間在外磁場存在下的相互作用稱為自旋偶合。因自旋偶合引起的譜線裂分或增多稱為自旋裂分。

相鄰質子間在外磁場存在下的相互作用稱為自旋偶合。因自旋偶合引50l

自旋偶合的起因：外磁場作用下鄰近質子自旋取向（磁偶極子）不同而產生的加強或削弱外磁場的效果。自旋偶合通過成鍵電子傳遞，一般傳遞距離不超過3個s鍵（p體系除外）。l

自旋偶合的起因：外磁場作用下鄰近質子自旋取向（51偶合常數(J)：表示自旋偶合作用的強弱，與外磁場的強度無關，單位Hz。兩個相互偶合的質子間的偶合常數相同，即Jab=Jba。

自旋裂分的規律：n+1規則（一級圖譜），n為鄰近等性質子的數目，各峰強度基本滿足二項式各向系數比(二重峰1:1，三重峰1:2:1，四重峰1:3:3:1，五重峰1:4:6:4:1，七重峰1:6:15:20:15:6:1)。

偶合常數(J)：表示自旋偶合作用的強弱，與外磁場的強度無關，52化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件53化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件54n+1規則的擴展：被裂分質子附近有兩組不同的質子時，理論上裂分峰數為(n+1)(n’+1)（與偶合常數大小有關）。

n+1規則的擴展：被裂分質子附近有兩組不同的質子時，理論55

三、

1H-NMR譜的解析及應用l

根據分子式計算，不飽和度=(2+2n4+n3-n1)/2。l

檢查譜圖，排除雜質峰（溶劑峰）、旋轉邊帶等。根據積分曲線計算各組峰的質子數，參考化學位移和裂分情況判斷各基團類型及相互連接方式。

三、1H-NMR譜的解析及應用56化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件57第六章有機化合物的波譜分析第六章有機化合物的波譜分析58第七章有機化合物的波譜分析一、有機波譜分析簡介二、紅外吸收光譜三、核譜共振譜1.常見有機波譜2.有機四大譜及其特點3.電磁波譜與有機光譜的對應關系1.紅外吸收光譜的定義2.分子振動與紅外光譜3.有機化合物基團的特征光譜4.紅外譜圖解析1.核磁共振產生的基本原理2.化學位移3.自旋偶合和自旋裂分4.譜圖解析5.13C譜簡介第七章有機化合物的波譜分析一、有機波譜分析簡介二、紅外吸收591.常見有機波譜常見有機波譜1.常見有機波譜常見有機波譜602、有機四大譜及其特點有機四大譜：紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、核磁共振譜、質譜0.01-5mg(與天平精度有關）0.1-1mg1-5mg0.001-0.1mg2-10萬5-50萬100-1000萬50-500萬2、有機四大譜及其特點有機四大譜：紫外吸收光譜、紅外吸收光譜613.電磁波譜與有機光譜的對應關系λ/nmλ/cm-13.電磁波譜與有機光譜的對應關系λ/nmλ/cm-1621.紅外吸收光譜的定義紅外吸收光譜是分子中成鍵原子振動能級躍遷而產生的吸收光譜，只有引起分子偶極距變化的振動才能產生紅外吸收。二、紅外吸收光譜1.紅外吸收光譜的定義紅外吸收光譜是分子中成鍵原子振動能632.分子振動與紅外光譜振動方程式：k:力常數，與化學鍵的強度有關（鍵長越短，鍵能越小，k越大）m1和m2分別為化學鍵所連的兩個原子的質量，單位為克即：化學鍵的振動頻率（紅外吸收峰的頻率）與鍵強度成正比，與成鍵原子質量成反比。2.分子振動與紅外光譜振動方程式：k:力常數，與化學鍵的強度64亞甲基的振動模式：亞甲基的振動模式：653.有機化合物基團的特征頻率3.有機化合物基團的特征頻率66化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件67(1)特征頻率區：紅外光譜中4000-1～300cm-1的高頻區稱為特征頻率區。主要是X-H、三鍵()及雙鍵（C=C,C=O,C=C)的伸縮振動。(2)指紋區：紅外光譜的1000cm-1～650cm-1的低頻區稱為指紋區。主要是各種單鍵（C-N,C-O,C-C)的伸縮振動及各種彎曲振動的吸收峰。(3)相關峰：習慣上把同一官能團的不同振動方式而產生的紅外吸收峰稱為相關峰。如甲基(-CH3)2960cm-1(as)，2870cm-1(s)，1470cm-1、1380cm-1

(C-H剪式及面內搖擺)。A.紅外譜圖解析基礎知識4.紅外譜圖解析(1)特征頻率區：紅外光譜中4000-1～300cm-1的68(4)已知物的鑒定：若被測物的IR與已知物的譜峰位置和相對強度完全一致，則可確認為一種物質（注意儀器的靈敏度及H2O的干擾）。(5)未知物的鑒定：可推斷簡單化合物的結構。對復雜的化合物，需要UV、NMR、MS的數據(4)已知物的鑒定：若被測物的IR與已知物的譜峰位置和相對強695、紅外光譜圖(IR)官能團區：40001400cm-1,伸縮振動引起，譜帶比較簡單，特征性強。

3700-2500cm-12500-1900cm-1

1900-1400cm-1

C-H-CC-C=CN-H-CNC=OO-H-C=C=OC=NS-H-N=C=O

5、紅外光譜圖(IR)官能團區：40001470指紋區：1400600cm-1,由C-C,C-O,C-X伸縮振動及力常數小的彎曲振動引起，光譜復雜。

1）紅外譜帶的影響因素：

成鍵原子雜化方式

電子效應

指紋區：1400600cm-1,由C-C,71氫鍵作用：一般使譜帶移向低波數，且變寬。

氫鍵作用：一般使譜帶移向低波數，且變寬。722）、紅外譜圖中的基團特征（吸收）譜帶

l

烷烴：C—H伸縮振動2940cm-1和2860cm-1C—H面內彎曲1460（不對稱）和1380（對稱）-(CH2)n-(n>=4)一般在720cm-1處有特征峰（弱）2）、紅外譜圖中的基團特征（吸收）譜帶l

烷烴：C—H伸73l

烯烴：=C—H伸縮振動3100-3000cm-1C=C伸縮振動1650cm-1(強度與分子對稱性有關)=C—H面外彎折1000-600cm-1(強，位置與分子對稱性有關）l

烯烴：=C—H伸縮振動3100-3000cm-174化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件75

炔烴：C—H伸縮振動3300cm-1（尖銳峰）CC伸縮振動2300-2100cm-1(強度與分子對稱性有關)C—H面外彎曲振動700-600cm-1

炔烴：76化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件77

芳香結構：C—H伸縮振動3100-3000cm-1單核芳環骨架C=C伸縮振動1600、1580、1500、1450cm-1(強度與分子對稱性有關)C—H面外彎折900-690cm-1及起其倍頻峰(形狀、位置與取代基位置有關)

芳香結構：78化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件79醇、醚

O—H伸縮振動：固態、液膜3300-3400cm-1,寬帶。非極性溶劑稀溶液：3600cm-1，有時伴隨締合峰。醚類C—O—C伸縮：1100-1250cm-1,不易辨識。

醇、醚O—H伸縮振動：固態、液膜3300-3400cm-180胺、銨鹽：

胺的N—H伸縮振動：3300-3500cm-1，一般呈雙峰（as和s），芳胺吸收強度較大。其它振動（C-N伸縮，N-H彎折）不易判別。

胺、銨鹽：胺的N—H伸縮振動：3300-3500cm-1，81羰基化合物：C=O伸縮振動1620-1850cm-1，強度大。

羰基化合物：C=O伸縮振動1620-1850cm-1，強度大82化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件83A.正辛烷6、紅外光譜解析舉例：A.正辛烷6、紅外光譜解析舉例：84B、2-甲基庚烷B、2-甲基庚烷852,2-二甲基己烷2,2-二甲基己烷86(E)-2-己烯(E)-2-己烯871-己烯1-己烯88(Z)-3-己烯(Z)-3-己烯892-甲基-1-丙烯2-甲基-1-丙烯901-己炔1-己炔912-己炔2-己炔92三、核磁共振譜(NuclearMagneticResonance,NMR)1、基本原理

原子核的自旋，自旋量子數I

偶數偶數0無奇數偶數整數有原子序數質量數INMR信號奇數或偶數奇數1/2,3/2,5/2…有三、核磁共振譜(NuclearMagneticReson93核磁共振現象

核自旋磁矩

=P=hI/2（其中，P為自旋角動量，是磁旋比，h為普朗克常數）

自旋核進動角速度0=20=H0（式中，H0為外磁場強度，0為進動頻率）

自旋磁量子數m=I,I-1,I-2...(代表不同的取向或能級，只能有2I

+1個能級）

l

1H的核磁共振

在磁場中，核的能量E=-(m/I)H0

對于1H核，I=1/2,m=1/2，在磁場H0中有兩個不同能級，其能量差E=2H0=h0

1H核發生共振的條件射

=0=H0

/2

（射為外加電磁波的頻率）

核磁共振現象

核自旋磁矩=P=hI94化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件95其它I

=1/2的自旋核的共振

1H99.981.0013C1.1080.01615N0.3650.0010419F1000.834核天然豐度(%)在同一磁場中的相對靈敏度31P1000.066其它I=1/2的自旋核的共振1H99.981.001396核磁共振波譜儀：連續波掃描NMR和FT-NMR

核磁共振波譜儀：連續波掃描NMR和FT-NMR97二、質子的化學位移

1、

化學位移的起因化學位移源于核外電子在磁場中運動產生的感應磁場的屏蔽或去屏蔽效應。質子發生核磁共振的真正條件應為：射

=

H有效/2其中：H有效=H0(1-s)=H0-H感應

二、質子的化學位移1、化學位移的起因化學位移源于核外電子98化學位移的表示方法：相對數值(d/ppm)

化學位移的表示方法：相對數值(d/ppm)992、影響化學位移的因素：誘導效應和各向異性效應

誘導效應：電負性大的原子或基團，吸電子能力強，使鄰近1H的質子峰移向低場（左側），反之移向高場（右側）。

各向異性效應：烯、炔、芳香化合物。

2、影響化學位移的因素：誘導效應和各向異性效應誘導效應：電100化學鍵的振動頻率紅外吸收峰的頻率課件101氫鍵、：去屏蔽作用，醇、酸、b-二酮、酰胺等。

氫鍵、：去屏蔽作用，醇、酸、b-二酮、酰胺等。102活潑質子交換：一