08 第八章 有机化合物的波谱分析（课件）- 《有机化学》同步教学（高教版）

第八章 有机化合物的波谱分析 有机化学 Organic Chemistry 1 第八章 有机化合物的波谱分析 8.1 分子吸收光谱和分子结构 8.2 红外吸收光谱 8.3 核磁共振谱 8.1 分子吸收光谱和分子结构 核磁共振波谱 NMR 碳骨架 与碳原子相连的氢原子的化学环境 红外光谱 IR 主要的官能团 (infrared spectroscopy) 紫外可见光谱 UV 分子中π电子体系 质谱 MS 相对分子质量 分子式 分子中结构单元 (nuclear magnetic resonance spectroscopy) (ultraviolet-visible spectroscopy) (mass spectrometry) 电磁波谱与波谱分析方法 γ射线 0.1 nm X射线 10 nm 远紫外线 200 nm 紫外线 400 nm 可见光 800 nm 近红外线 2.5μm 中红外线 25μm 远红外线 500μm 微波 100cm 无线电磁波 1m 振动能级： IR 原子核自旋能级 NMR 分子结构与吸收光谱 ΔE E1 E2 h－ 普朗克(Planck)常量: 6.63×10-34J• s ν－ 频率( Hz), ν= c ·σ λ－ 波长 (cm) c―光速: 3 × 1010 (cm·s-1) σ－波数(cm-1) ΔE 分子吸收光谱： 图 8.1 分子吸收光谱示意图 8.2 红外吸收光谱 红外光谱的功能：鉴别分子中的某些官能团。 波长： λ 2.5~25 μm 波数： σ 4000~400 cm-1 化合物吸收了红外光的能量，使得分子振动能级发生跃迁，由此产生红外光谱。分子发生振动能级跃迁时，也伴随着转动能级的跃迁。 位置 强度 5%，透过少，吸收多。 形状 宽 窄 己-1-烯红外光谱图 相关峰 8.2.1分子的振动和红外光谱 m1，m2：成键原子的质量(g)； K: 化学键的力常数(N·cm-1) 例：假设K相同 H =1, C =12, (1/1+1/12)1/2 = 1.0408 C =12,C=12, (1/12+1/12)1/2 = 0.4082 假设C-H的波数4000 cm-1，则 C–C的波数为4000*0.4082/1.4082= 1569 cm-1 红外吸收光谱的产生 同一类型化学键，由于环境不同，力常数并不完全相同，因此，吸收峰的位置不同。 化学键极性越强，振动时偶极矩变化越大，吸收峰越强。 红外吸收光谱是分子中成键原子振动能级跃迁而产生的吸收光谱。 只有引起分子偶极距变化的振动才能产生红外吸收。 无碳碳三键、双键的伸缩振动吸收峰 化学键的振动方式 亚甲基的振动模式： 对称伸缩振动 (2853 cm-1) 不对称伸缩振动 (2926 cm-1) 剪切振动 (1456±20 cm-1) 面内摇摆振动 (720 cm-1) 面外摇摆振动 (~1300 cm-1) 卷曲振动 (~1250 cm-1) 亚甲基的振动动画 对称伸缩振动 (νs) 反对称伸缩振动(νas) 伸缩振动 剪切振动 (δs) 面内弯曲振动 面内摇摆振动 面外弯曲振动 卷曲振动 (τ) 面外摇摆振动 8.2.2有机化合物基团的特征频率 分子中的化学键或基团产生特征的振动，会在特定的位置出现吸收峰——基团的特征吸收峰(特征峰)。 特征频率: 最大吸收对应的频率。 例如：羰基的特征频率为1850-1600 cm-1 1722 常见有机化合物基团的特征频率——单键 3200~3600 2500~3600 3350~3500 3310~3320 3000~3100 2850~2950 1025~1200 常见有机化合物基团的特征频率——参键 2100~2200 2240~2280 13 常见有机化合物基团的特征频率——双键 1620~1680 1710~1750 1700~1725 1800~1850， 1770~1815 1730~1750 1680~1700 1740~1790 醛和酮 羧酸 酸酐 酰卤 酯 酰胺 双键 14 8.2.3有机化合物红外光谱举例 不对称伸缩振动 (2926 cm-1) 对称伸缩振动 (2853 cm-1) 剪式振动 (1456±20 cm-1) 面内摇摆振动 (720 cm-1) (1) 烷烃 (2) 烯烃 995～985 915～905 980～960 690 910～890 840～790 特征频率/cm-1 1680～1620 特征频率/cm-1 3100～3000 己-1-烯的红外光谱图 995～985 91