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）

有机化合物的波谱性质 1 1111 2 有机化合物结构研究方法 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。 一、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 3 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 二、近现代分析方法 4 (1)、大量使用光谱方法； (2)、样品用量少，一般2~3mg（可<1mg)； (3)、除质谱外，无样品消耗，可回收； (4)、省时，简便； (5)、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； (6)、如果能获得化合物的单晶，还可以通过X-射线单晶衍射仪确定其绝对结构。 近现代分析方法的特点： Code in CSD：ABAFEP P. J. Cox, L. Nahar, A. B. Turner (2004) J.Chem.Res.,372 5 有机化合物的波谱分析是指在电磁波（光）的作用下，对有机分子的某种运动状态的改变所产生的现象加以分析，用来测定有机化合物结构的一种分析方法。 电磁波具有波粒二重性，是量子化的，不同波长的电磁波具有不同的能量。分子的某些运动也是量子化的，对应于相应的能量。例如，分子有转动、键的振动、电子的跃迁等（所需要能量依次增加）运动方式，当具有相应能量的电磁波被分子吸收后，将会引起分子某种运动能级的跃迁，这些跃迁与分子的结构密切相关，对这些跃迁加以综合分析后，就会推导出分子的结构。 近现代波谱分析的理论基础： 6 三、电磁波波段与波谱 1、电磁波谱带 可见光 紫外光 红外光 7 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） 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。 2、分子与光谱吸收 8 有机化合物的红外光谱 9 典型的红光光谱测试仪器 10 1、概述 波长（m） 波数（cm-1） 近红外区： 0.75 ~ 2.5 13330 ~ 4000 中红外区： 2.5 ~ 15.4 4000 ~ 650 远红外区： 15.4 ~ 830 650 ~ 12 绝大多数有机化合物红外吸收波数范围：4000 ~ 665cm-1 红外谱图中，横坐标：吸收波长()或波数()。吸收峰位置。 纵坐标：透过率(T%)或吸光度(A)。吸收峰强度。 一、红外光谱基本原理 11 当一束红外光照射分子时，分子中某个振动频率与红外光某一频率光相同时（振= 外），分子就吸收此频率光发生振动能级跃迁，产生红外吸收光谱。 根据红外吸收光谱： 1)、吸收峰的位置和形状来推测未知物结构，进行定性分析和结构分析； 2)、吸收峰的强弱与物质含量的关系进行定量分析。 2、基本原理 12 3、红外振动分类 1)、分子的振动分为：伸缩振动（）、弯曲振动（）。 对称伸缩振动 反对称伸缩振动 摇摆振动 剪式振动 扭曲振动 面外摇摆 13 A、分子的振动自由度（分子自由度） 在研究多原子分子时，常把多原子的复杂振动分解为许多简单的基本振动（又称简正振动），这些基本振动数目称为分子的振动自由度，简称分子自由度。 B、化合物自由度的计算 含N个原子的线型分子振动自由度：3N-5 含N个原子非线型分子振动自由度：3N-6 2)、分子的振动自由度 14 4、产生红外吸收的两个条件 1)、辐射光子具有的能量与发生简正振动跃迁所需的跃迁能量相等。 2)、 辐射与物质之间有耦合作用 △≠0 在振动过程中，引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收，称为红外活性；反之，称为红外非活性。 En=(n+1)hv/2 (n=0, 1, 2, 3……., 为振动量子数) 当n=0时，体系能量不为零，此时能量为零点能。产生跃迁的选率为n=1。 15 5、分子振动的频率 1)、双原子分子 经典力学解释：质量分别为m1和m2的原子，依靠类似弹簧的化学键连在一起。 m1 m2 15 16 定义为两原子由平衡位置伸长单位长度