有机波谱学基础课件.ppt

1、第一节第一节 吸收光谱的一般原理吸收光谱的一般原理第二节第二节 紫外光谱紫外光谱第三节第三节 红外光谱红外光谱第四节第四节 核磁共振谱核磁共振谱 有机化合物的结构鉴定是有机化学基本知识有机化合物的结构鉴定是有机化学基本知识的重要组成部分。二十世纪五十年代发展起来的的重要组成部分。二十世纪五十年代发展起来的波谱法，为有机化合物的结构鉴定缩短了时间。波谱法，为有机化合物的结构鉴定缩短了时间。最常用的波谱包括紫外光谱、红外光谱、核磁共最常用的波谱包括紫外光谱、红外光谱、核磁共振及质谱，具有快速、准确、取样少，且不破坏振及质谱，具有快速、准确、取样少，且不破坏样品等优点，成为有机化合物结构分析的工具。

2、样品等优点，成为有机化合物结构分析的工具。第一节第一节 吸收光谱的一般原理吸收光谱的一般原理光是一种电磁波，具有波粒二相性。光是一种电磁波，具有波粒二相性。波动性：可用波长波动性：可用波长()、频率、频率(v)和波数和波数()来描述。来描述。c为频率，单位为频率，单位HzC为光速，其值为为光速，其值为31010cms1为波长，单位cm，也可用nm作单位，微粒性：可用光量子的能量来描述：微粒性：可用光量子的能量来描述：hcEhvE:光电子能量，单位是光电子能量，单位是Jh：普朗克常数，其值为：普朗克常数，其值为6.631010331JS1JS11为频率，单位为频率，单位HzHzC C为光速，其值

3、为为光速，其值为310101010cmscms11 该式表明：分子吸收电磁波，从该式表明：分子吸收电磁波，从低能级低能级跃迁到跃迁到高高能级能级，其吸收光的频率与吸收能量的关系。由此可见，其吸收光的频率与吸收能量的关系。由此可见，与与E，v 成反比，即成反比，即，v(每秒的振动次数每秒的振动次数)，E。在分子光谱中，根据电磁波的波长在分子光谱中，根据电磁波的波长()划分为几划分为几个不同的区域，如下图所示：个不同的区域，如下图所示：分子的总能量由以下几种能量组成：分子的总能量由以下几种能量组成：E总总=Ee+Ev+Er电电子子能能振振动动能能转转动动能能紫紫外外光光谱谱可可见见光光谱谱红红外外

4、光光谱谱所所需需能能量量较较低低，波波长长较较长长微微波波波波谱谱电电子子自自旋旋 分子中的原子、电子都在不停地运动，在一分子中的原子、电子都在不停地运动，在一定的运动状态下具有一定的能量，包括电子运动、定的运动状态下具有一定的能量，包括电子运动、原子的振动及分子转动等能量。各种运动状态均原子的振动及分子转动等能量。各种运动状态均有一定的能级，有电子跃迁能级、键振动能级和有一定的能级，有电子跃迁能级、键振动能级和分子转动能级等。分子转动能级等。当某一波长的电磁波照射某有机物时，如当某一波长的电磁波照射某有机物时，如果其能量恰好等于运动状态的两个能级之差，果其能量恰好等于运动状态的两个能级之差，

5、分子就吸收光子，从低能级跃迁到较高能级。分子就吸收光子，从低能级跃迁到较高能级。将不同波长与对应的吸光度做图，即可得到吸将不同波长与对应的吸光度做图，即可得到吸收光谱（收光谱（absorption spectra）。）。电子能级跃迁所产生的吸收光谱，主要在近紫外电子能级跃迁所产生的吸收光谱，主要在近紫外区和可见区，称为可见区和可见区，称为可见-紫外光谱；键振动能级跃迁所紫外光谱；键振动能级跃迁所产生的吸收光谱，主要在中红外区，称为红外光谱；产生的吸收光谱，主要在中红外区，称为红外光谱；自旋的原子核在外加磁场中可吸收无线电波而引起能自旋的原子核在外加磁场中可吸收无线电波而引起能级的跃迁，所产生的

6、吸收光谱称为核磁共振谱。级的跃迁，所产生的吸收光谱称为核磁共振谱。第二节第二节 紫外光谱紫外光谱 紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的。产生的。分子中价电子经紫外或可见光照射时，电分子中价电子经紫外或可见光照射时，电子从低能级跃迁到高能级，此时电子就吸收了相子从低能级跃迁到高能级，此时电子就吸收了相应波长的光，这样产生的吸收光谱叫应波长的光，这样产生的吸收光谱叫紫外光谱紫外光谱紫外吸收光谱的波长范围是紫外吸收光谱的波长范围是100-400nm(纳米纳米),其中其中100-200nm 为远紫外区，为远紫外区，200-400nm为近紫外区为近紫外区,一

7、般的紫外光谱是指近紫外区。一般的紫外光谱是指近紫外区。用不同波长的近紫外光（用不同波长的近紫外光（200400nm）依次）依次照一定浓度的被测样品溶液时，就会发现部分波照一定浓度的被测样品溶液时，就会发现部分波长的光被吸收。如果以波长长的光被吸收。如果以波长为横座标（单位为横座标（单位nm），吸收度），吸收度（absorbance）A为纵座标作图，为纵座标作图，即得到紫外光谱（即得到紫外光谱（ultra violet spectra，简称，简称UV）。）。一、基本原理一、基本原理1,3-丁二烯的紫外光谱图丁二烯的紫外光谱图 可以跃迁的电子有：可以跃迁的电子有：电子电子,电子和电子和n电子。电子

8、。跃迁的类型有：跃迁的类型有：*,n *,*,n *。各类电子跃迁的能量大小见下图：。各类电子跃迁的能量大小见下图：在有机化合物中可以跃迁的电子有在有机化合物中可以跃迁的电子有电子、电子、电子和电子和n电子（孤电子或非键电子）。主要跃电子（孤电子或非键电子）。主要跃迁形式有迁形式有*、n*、*和和n*的跃的跃迁。电子各种跃迁形式所需能量不同，反映在迁。电子各种跃迁形式所需能量不同，反映在紫外光谱中吸收紫外光的波长不同，即吸收峰紫外光谱中吸收紫外光的波长不同，即吸收峰的位置不同的位置不同.从图从图6-3可知，各种跃迁所需能量的可知，各种跃迁所需能量的大小是大小是E（*）E（*）E（n*）。）。n

9、 *既然一般的紫外光谱是指近紫外区，即既然一般的紫外光谱是指近紫外区，即 200-400nm，那么就只能观察那么就只能观察 *和和 n *跃迁。也就是说跃迁。也就是说紫紫外光谱只适用于分析分子中具有不饱和结构的化合物。外光谱只适用于分析分子中具有不饱和结构的化合物。二、紫外光谱图的组成二、紫外光谱图的组成紫外光谱图是由横坐标、纵坐标和吸收曲线组成的。紫外光谱图是由横坐标、纵坐标和吸收曲线组成的。横坐标表示吸收光的波长，用横坐标表示吸收光的波长，用nm（纳米）为单位。（纳米）为单位。纵坐标表示吸收光的吸收强度，可以用纵坐标表示吸收光的吸收强度，可以用A(吸光度吸光度)、T(透射比或透光率或透过率

10、透射比或透光率或透过率)、1-T(吸收率吸收率)、(吸收系数吸收系数)中的任何一个来表示。中的任何一个来表示。吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。曲线最大吸吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。曲线最大吸收峰的横坐标为该吸收峰的位置，纵坐标为它的吸收强收峰的横坐标为该吸收峰的位置，纵坐标为它的吸收强度。度。对甲苯乙酮的紫外光谱图对甲苯乙酮的紫外光谱图吸光度吸光度A是由是由Lambert-Beer定律定义的：定律定义的：logoIAclI A:吸光度吸光度,:消光系数消光系数,c:溶液的摩尔浓度，溶液的摩尔浓度，l:样品池长度样品池长度 在科学论文中还常用摩尔吸收度在科学论文中还常用摩尔吸收度（或（或

11、lg）为纵）为纵座标。例如香芹酮的紫外光谱图就是用座标。例如香芹酮的紫外光谱图就是用lg为纵座标。为纵座标。香芹酮的紫外光谱图 摩尔吸收度摩尔吸收度与吸收度与吸收度A之间的关系之间的关系=A/Cl 其中其中c为所测样品的浓度，为所测样品的浓度，L为样品池的厚度，为样品池的厚度，A为为吸收度。对吸收度。对已知样品，在一定已知样品，在一定L下，测得样品溶液的下，测得样品溶液的A，即可求得浓度，即可求得浓度c 紫外光谱中化合物的最大吸收波长用紫外光谱中化合物的最大吸收波长用max表示，表示，它是特定化合物紫外光谱的特征常数。例如：对甲它是特定化合物紫外光谱的特征常数。例如：对甲基苯乙酮的基苯乙酮的m

12、ax为为252nm;香芹酮有两个吸收峰，香芹酮有两个吸收峰，max分别为分别为239nm和和320nm。在标明。在标明max时，通时，通常需注明测定时使用的溶剂和摩尔吸收度常需注明测定时使用的溶剂和摩尔吸收度。三、影响紫外光谱的因素三、影响紫外光谱的因素1.紫外吸收曲线的形状及影响因素紫外吸收曲线的形状及影响因素 紫外吸收带通常是宽带。紫外吸收带通常是宽带。影响吸收带形状的因素有：影响吸收带形状的因素有：被测化合物的结构、被测化合物的结构、测定的状态、测定的状态、测定的温度、测定的温度、溶剂的极性。溶剂的极性。2.吸收强度及影响因素吸收强度及影响因素 1 能差因素：能差因素：能差小，能差小，跃

13、迁几率大跃迁几率大 2 空间位置空间位置因素：因素：处在相同的空间区域处在相同的空间区域跃迁几率大跃迁几率大四、各类化合物的紫外吸收四、各类化合物的紫外吸收1.饱和有机化合物的紫外吸收饱和有机化合物的紫外吸收 只有部分饱和有机化合物只有部分饱和有机化合物（如（如C-Br、C-I、C-NH2）的的n*跃迁有跃迁有紫外吸收。紫外吸收。2.不饱和脂肪族有机化合物的紫外吸收不饱和脂肪族有机化合物的紫外吸收 只有具有只有具有-共轭和共轭和p-共轭共轭的不饱和脂肪族有的不饱和脂肪族有机化合物可以在近紫外区出现吸收。吸收是由机化合物可以在近紫外区出现吸收。吸收是由*跃迁和跃迁和n-*跃迁引起的。跃迁引起的。

14、芳香芳香族有机化合物都具有环状的族有机化合物都具有环状的共轭体系，共轭体系，一般来讲，它们都有三个一般来讲，它们都有三个吸收带。最重要的吸收带。最重要的芳香芳香化合物苯的吸收带为：化合物苯的吸收带为：max=184 nm(=47000）max=204 nm(=6900）max=255 nm(=230）3.芳香芳香族有机化合物的紫外吸收族有机化合物的紫外吸收（一）生色基与助色基（一）生色基与助色基生色基生色基：能在某一段光波内产生吸收的基团，称为能在某一段光波内产生吸收的基团，称为这一段波长的生色团或生色基。这一段波长的生色团或生色基。分子中能产生紫外吸收的基团称为生色基分子中能产生紫外吸收的基

15、团称为生色基（chromophore），如），如C=C、C=O、C=N、N=N、N=0、0=N=0等基团。等基团。3.吸收位置及影响因素吸收位置及影响因素助色基助色基：当具有非键电子的原子或基团连在双键或当具有非键电子的原子或基团连在双键或 共轭体系上时，会形成非键电子与共轭体系上时，会形成非键电子与 电子的共轭电子的共轭(p-共轭共轭)，从而使电子的活动范围增大，吸收向长波方向，从而使电子的活动范围增大，吸收向长波方向位移，颜色加深，这种效应位移，颜色加深，这种效应称为助色效应。能产生助称为助色效应。能产生助色效应的色效应的 原子或原子团称为助色基。原子或原子团称为助色基。助色基助色基（au

16、xochrome）本身不产生紫外吸收，但）本身不产生紫外吸收，但与生色基相连时，使其吸收波长增长，且强度增大，与生色基相连时，使其吸收波长增长，且强度增大，如如OH、NH2、卤素等基团。以苯酚为例，当苯连、卤素等基团。以苯酚为例，当苯连有助色基羟基后，有助色基羟基后，max则从原来的则从原来的254nm移到移到270nm，由由230增至增至1450。红移红移（red shift）：由于取代基或溶剂的影响，）：由于取代基或溶剂的影响，使吸收峰向长波方向移动。使吸收峰向长波方向移动。蓝移（蓝移（blue shift）：由于取代基或溶剂的影）：由于取代基或溶剂的影响，使吸收峰向短波方向移动。响，使吸

17、收峰向短波方向移动。例如，苯的例如，苯的max为为254nm，而苯胺的，而苯胺的max为为280nm，由于氨基的引入，使苯胺产生红移，由于氨基的引入，使苯胺产生红移，而苯胺盐酸盐的而苯胺盐酸盐的max约为约为254nm，由于盐的，由于盐的形成，形成，max产生蓝移。产生蓝移。（二）红移和蓝移（二）红移和蓝移增色效应：使增色效应：使 值增加的效应称为值增加的效应称为增色效应。增色效应。减色效应：使减色效应：使 值减少的效应称为值减少的效应称为减色效应。减色效应。三、紫外光谱在有机结构分析中的应用三、紫外光谱在有机结构分析中的应用 1.推断官能团推断官能团 如果一个化合物在紫外区有强的吸收，表明它

18、如果一个化合物在紫外区有强的吸收，表明它可能存在共轭体系，吸收波长越长，共轭体系越大。可能存在共轭体系，吸收波长越长，共轭体系越大。2.判断异构体判断异构体 不同的异构体可能具有不同的紫外光谱，以此来不同的异构体可能具有不同的紫外光谱，以此来判断属哪个异构体。判断属哪个异构体。3.推断分子结构推断分子结构 （可结合（可结合Woodward规则的计算结果）规则的计算结果）（一）共轭体系的判断（一）共轭体系的判断 紫外光谱主要提供有关化合物共轭体系及官能紫外光谱主要提供有关化合物共轭体系及官能团之间的关系。共轭程度越大团之间的关系。共轭程度越大,max越大越大 随着共轭体系的延长，紫外吸收红移，且

19、强度增随着共轭体系的延长，紫外吸收红移，且强度增大大(*)，因此可判断分子中共轭的程度。几种长，因此可判断分子中共轭的程度。几种长链共轭烯烃的紫外光谱如图所示。链共轭烯烃的紫外光谱如图所示。如果一个化合物在紫外和可见光区没有吸收峰，如果一个化合物在紫外和可见光区没有吸收峰，而杂质有较强的吸收峰，那么痕迹量的杂质也可以通而杂质有较强的吸收峰，那么痕迹量的杂质也可以通过紫外光谱检测出来。例如环己烷在紫外和可见光区过紫外光谱检测出来。例如环己烷在紫外和可见光区都没有吸收峰，而苯的都没有吸收峰，而苯的max为为255nm，如果环己烷，如果环己烷中含有少量苯时，则在中含有少量苯时，则在255nm处会出现

20、吸收峰。处会出现吸收峰。（二）纯度检查（二）纯度检查 紫外光谱是电子能级跃迁的反映，是价电子在紫外光谱是电子能级跃迁的反映，是价电子在不同能级间的跃迁所致；它主要提供分子内共轭系不同能级间的跃迁所致；它主要提供分子内共轭系统的信息：分子的共轭程度越大统的信息：分子的共轭程度越大,max越大；从越大；从UV谱带位置及谱带位置及数值可以识别化合物类型，如数值可以识别化合物类型，如263-300nm有强吸收带。有强吸收带。=200-1000，则表示可能有，则表示可能有苯环存在。苯环存在。小结：小结：第三节第三节 红外光谱红外光谱 一、分子的振动和红外光谱的产生一、分子的振动和红外光谱的产生分子的振动

21、包括整个分子的振动和分子局部的振动。红分子的振动包括整个分子的振动和分子局部的振动。红外光谱外光谱 主要是分子局部振动，即基团或化学键振动所主要是分子局部振动，即基团或化学键振动所产生的。吸收频率的高低与分子振动方式相关，通常把产生的。吸收频率的高低与分子振动方式相关，通常把键的振动分为两大类。下面以亚甲基为例加以说明。键的振动分为两大类。下面以亚甲基为例加以说明。1.1.分子的振动方式分子的振动方式 伸缩振动伸缩振动（stretching vibration），用），用表示，表示，原子间沿键轴方向伸长或缩短。它又可以分为对称原子间沿键轴方向伸长或缩短。它又可以分为对称(s)和不对称和不对称(

22、as)伸缩振动。伸缩振动。(1)伸缩振动：伸缩振动：沿沿轴轴振振动动，只只改改变变键键长长，不不改改变变键键角角C C对对称称伸伸缩缩振振动动(s)(2 28 85 53 3 c cm m-1 1)C C不不对对称称伸伸缩缩振振动动(vas)(2 29 92 26 6 c cm m-1 1)弯曲振动弯曲振动(bending vibration)，用，用表示，形表示，形成化学键的两个原子之一与键轴垂直方向作上下或成化学键的两个原子之一与键轴垂直方向作上下或左右弯曲。左右弯曲。（二）弯曲振动（二）弯曲振动C CC CC CC C剪剪式式振振动动(s s)面面内内摇摇摆摆振振动动()+面面外外摇摇摆

23、摆振振动动()()扭扭式式振振动动面面 内内面面 外外弯弯曲曲振振动动只只改改变变键键角角,不不改改变变键键长长 值得注意的是值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外：不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩吸收，只有偶极矩()发生变化的，才能有红外吸发生变化的，才能有红外吸收。收。H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。收。HCCHH、RRCCRR，其，其CC（三键）振（三键）振动动 也不能引起红外吸收。也不能引起红外吸收。分子内部每一种振动都符合量子力学规律。振动分子内部每一种振动都符合量子力学规律。振动能级是量子化的。当外界提供的电磁波能量

24、等于振动能级是量子化的。当外界提供的电磁波能量等于振动能级差时，分子振动能级就会发生跃迁。如果用不断能级差时，分子振动能级就会发生跃迁。如果用不断改变波长的红外光照射样品，当某一波长的频率正好改变波长的红外光照射样品，当某一波长的频率正好与分子中某一化学键的振动频率相同时，分子就会吸与分子中某一化学键的振动频率相同时，分子就会吸收红外光，由此产生的光谱称为红外光谱。收红外光，由此产生的光谱称为红外光谱。二、红外光谱图二、红外光谱图 红外光谱是用连续改变波长的红外光照射样品，红外光谱是用连续改变波长的红外光照射样品，当其一波长的红外光能量恰好与化学键振动所需的当其一波长的红外光能量恰好与化学键振

25、动所需的能量相同时，就会产生吸收形成吸收峰。用波长能量相同时，就会产生吸收形成吸收峰。用波长（）或波长的倒数）或波长的倒数波数（波数（cm-1）为横坐标，）为横坐标，用透光率（用透光率（transmittance,T）为纵坐标做图，就）为纵坐标做图，就得到了红外吸收光谱（得到了红外吸收光谱（infrared spectra,简称简称IR）。）。因对光的吸收越强，透光率越小，故红外光因对光的吸收越强，透光率越小，故红外光谱中的吸收峰表现谱中的吸收峰表现“谷谷”。这与前面所述的紫外光。这与前面所述的紫外光谱表现形式不同。目前谱表现形式不同。目前IR谱中横坐标大多数以波数谱中横坐标大多数以波数（cm

26、-1）表示。分子振动所需能量对应的波长在中）表示。分子振动所需能量对应的波长在中红外区，因此波数范围在红外区，因此波数范围在4004000cm-1。红外光谱的八个峰区红外光谱的八个峰区4000-1400cm-1区域又叫官能团区区域又叫官能团区.该该区域出现的吸区域出现的吸收峰收峰,容易辨认容易辨认.1400-400cm-1区域又叫指纹区区域又叫指纹区.这一区域主要是：这一区域主要是：CC、CN、CO 等单键和各种弯曲振动的等单键和各种弯曲振动的吸收峰，其特点是谱带密集、难以辨认。吸收峰，其特点是谱带密集、难以辨认。1-已烯的红外光谱已烯的红外光谱 1、只有引起分子偶极矩变化的振动，才产生红外吸

27、、只有引起分子偶极矩变化的振动，才产生红外吸收，若振动过程不产生瞬间偶极矩变化，就不产生收，若振动过程不产生瞬间偶极矩变化，就不产生吸收峰。吸收峰。2、频率完全相同的振动所产生的吸收峰，彼此发生、频率完全相同的振动所产生的吸收峰，彼此发生简并。简并。3、强而宽的吸收峰往往覆盖与之频率相近的弱而窄、强而宽的吸收峰往往覆盖与之频率相近的弱而窄的吸收峰。的吸收峰。例如，例如，H的质量很小，的质量很小，O-H、N-H和和C-H的伸缩的伸缩振动吸收峰都出现在较高波数范围内。又如，振动吸收峰都出现在较高波数范围内。又如，C=O的键能比的键能比CO的键能高，键长也较短，故的键能高，键长也较短，故C=O键键的

28、伸缩振动吸收峰的位置与的伸缩振动吸收峰的位置与CO相比，必然出现相比，必然出现在较高波数处。在较高波数处。根据大量有机化合物的红外光谱所得的经验，把根据大量有机化合物的红外光谱所得的经验，把红外光谱的吸收峰分为两大区域：红外光谱的吸收峰分为两大区域：40001330 cm 1区域：这一区域官能团的特征吸收峰较多，这些吸收区域：这一区域官能团的特征吸收峰较多，这些吸收峰受分子中其他结构影响较小，彼此间很少重叠，容峰受分子中其他结构影响较小，彼此间很少重叠，容易辨认，故把此区称为特征谱带易辨认，故把此区称为特征谱带 区，或称为官能团区区，或称为官能团区（functional group regio

29、n）。）。它们是红外光谱分析的主要依据。它们是红外光谱分析的主要依据。1330650 cm-1区域：这一区域主要是一些单键的区域：这一区域主要是一些单键的伸缩振动和弯曲振动所产生的吸收峰，这一伸缩振动和弯曲振动所产生的吸收峰，这一区域对分子的结构十分敏感，分子结构有细区域对分子的结构十分敏感，分子结构有细微变化，就会引起吸收峰的位置和强度明显微变化，就会引起吸收峰的位置和强度明显改变，尤如人的指纹一样，因人而异，所以改变，尤如人的指纹一样，因人而异，所以常把这一区域称为指纹区常把这一区域称为指纹区（fingerprint region）。每一化合物在指纹区都有它自己）。每一化合物在指纹区都有它

30、自己的特征光谱，这对分子结构的鉴定提供重要的特征光谱，这对分子结构的鉴定提供重要信息。信息。从红外光谱推测化合物的结构，必须熟悉各官能团特征吸收峰的位置。常见有机化从红外光谱推测化合物的结构，必须熟悉各官能团特征吸收峰的位置。常见有机化合物的红外光谱特征吸收频率见表。合物的红外光谱特征吸收频率见表。键键化合物类型化合物类型频率范围频率范围 cm-1 C-H烷烃2850-2960,1350-1470C-H烯烃3020-3080（m），675-1000C-H芳香烃3000-3100（m），675-870C-H炔烃3300C=C烯烃1640-1680(v)CC炔烃2100-2260(v)芳香烃150

31、0,1600(v)C-O醇，醚，羧酸，酯1080-1300C=O醛，酮，羧酸，酯1690-1760O-H游离醇，酚3610-3640(v)形成氢键的醇，酚3200-3600(宽)羧酸2500-3000(宽)N-H胺3300-3500（m）C-N胺1180-1360CN腈2210-2260(v)-NO2硝基化合物1515-1560,1345-1385重要官能团的红外特征吸收振振动动吸收吸收峰峰化合物化合物C-H拉伸（或伸缩）拉伸（或伸缩）C-H弯曲弯曲烷烃烷烃2960-2850cm-1-CH2-,1460cm-1 -CH3,1380cm-1 异丙基，两个等强度的峰异丙基，两个等强度的峰三级丁基，

32、两个不等强度的峰三级丁基，两个不等强度的峰振振动动吸收吸收峰峰化合物化合物C-H拉伸拉伸（或伸）（或伸）C=C，C C，C=C-C=C苯环苯环(拉伸或伸缩拉伸或伸缩)C-H弯曲弯曲烯烃烯烃1680-16201000-800 RCH=CH2 1645（中）（中）R2C=CH2 1653（中）（中）顺顺RCH=CHR 1650（中）（中）反反RCH=CHR 1675（弱）（弱）3000（中）（中）3100-3010三取代三取代 1680（中（中-弱）弱）四取代四取代 1670（弱（弱-无）无）四取代四取代 无无共轭烯烃共轭烯烃与烯烃同与烯烃同向低波数位移，变宽向低波数位移，变宽与烯烃同与烯烃同91

33、0-905强强995-985强强895-885强强730-650弱且宽弱且宽980-965强强840-790强强无无强强吸收峰吸收峰化合物化合物振动振动C-H拉伸拉伸（或伸缩）（或伸缩）C=C，C C，C=C-C=C苯环苯环C-H弯析弯析炔烃炔烃3310-3300一取代一取代 2140-2100弱弱非对称二取代非对称二取代2260-2190弱弱700-6003110-3010中中1600中中670弱弱倍频倍频 2000-1650邻邻-770-735强强间间-810-750强强 710-690中中对对-833-810强强泛频泛频 2000-1660取代芳烃取代芳烃较强较强对称对称 无无强强同芳烃

34、同芳烃同芳烃同芳烃1580弱弱1500强强1450弱弱-无无一取代一取代770-730，710-690强强二取代二取代芳烃芳烃类类 别别拉拉 伸伸说说 明明R-XC-F C-Cl C-Br C-I1350-1100强强750-700 中中 700-500 中中 610-685 中中游离游离 3650-3500缔合缔合3400-3200宽峰宽峰不明显不明显醇、酚、醇、酚、醚醚-OHC-O1200-1000不特征不特征胺胺RNH2R2NH3500-3400（游离）缔合降低（游离）缔合降低1003500-3300（游离）缔合降低（游离）缔合降低100键和官能团键和官能团类别类别拉拉 伸伸 (cm-1

35、)说说 明明1770-1750（缔合时在（缔合时在1710）醛、酮醛、酮C=OR-CHO1750-16802720羧酸羧酸C=OOH酸酐酸酐酰卤酰卤酰胺酰胺腈腈气相在气相在3550，液固缔合时在，液固缔合时在3000-2500（宽峰）（宽峰）C=OC=OC=OC=O酯酯18001860-1800 1800-17501735NH21690-16503520，3380（游离）缔合降低（游离）缔合降低100C N2260-2210键和官能团键和官能团三、化合物红外光谱举例三、化合物红外光谱举例红外谱图解析的红外谱图解析的基本步骤基本步骤：鉴定已知化合物鉴定已知化合物：1.观察特征频率区：判断官能团，

36、以确定所属观察特征频率区：判断官能团，以确定所属化合物的类型。化合物的类型。2.观察指纹区：进一步确定基团的结合方式。观察指纹区：进一步确定基团的结合方式。3.对照标准谱图验证。对照标准谱图验证。测定未知化合物测定未知化合物：1.1.准备性工作：准备性工作：了解试样的来源、纯度、熔点、沸点等；了解试样的来源、纯度、熔点、沸点等；烯烃的烯烃的C=C伸缩振动伸缩振动（C=C）吸收峰在）吸收峰在16401680cm-1处；炔烃的处；炔烃的CC伸缩振动伸缩振动（CC）吸收峰）吸收峰在在21002200 cm-1处。但当取代烯烃或炔烃相当对处。但当取代烯烃或炔烃相当对称时，称时，（C=C）或）或（CC）

37、不会引起偶极矩的变）不会引起偶极矩的变化，而不出现吸收峰。化，而不出现吸收峰。烷烃中烷烃中（Csp3-H）在）在28003000 cm-1，烯烃的，烯烃的（Csp2-H）在）在30003100 cm-1，而炔烃的，而炔烃的（Csp-H）在）在3300 cm-1。（一）烃类化合物（一）烃类化合物 1.1.烷烃：烷烃：1.28532962cm-1 CH 伸缩振动；伸缩振动；2.1460cm-1、1380cm-1 CH（CH3、CH2）面内弯曲振动）面内弯曲振动 3.723cm-1 CH(CH2)n,n 4 4平面摇摆振动；若平面摇摆振动；若n4 吸吸 收峰将出现在收峰将出现在734734743cm

38、743cm-1-1处。处。2.烯烃烯烃 1.3030cm-1=CH伸缩振动；伸缩振动；2.CH 伸缩振动；伸缩振动；3.1625cm-1 CC伸缩振动；伸缩振动；4.CH（CH3、CH2）面内弯曲振动；）面内弯曲振动；二者的明显差异：二者的明显差异：1.CC双键的伸缩振动吸收峰：双键的伸缩振动吸收峰：顺式顺式1650cm1650cm-1-1。反式反式与与CHCH3 3、CHCH2 2的弯曲的弯曲 振动接近。振动接近。2.CH的平面弯曲振动吸收峰位置：的平面弯曲振动吸收峰位置：顺式顺式700cm-1；反式反式965cm-1。1-癸炔的红外光谱癸炔的红外光谱 芳环的芳环的C-H键伸缩振动键伸缩振动

39、（C-H）在）在30003100 cm-1（m）；）；C-C键的伸缩振动键的伸缩振动（C=C）在）在15001600 cm-1，芳烃的骨架振动一般在，芳烃的骨架振动一般在1500 cm-1和和1600 cm-1处，最多可能出现强度不等的处，最多可能出现强度不等的4个峰，这是区别于烯烃个峰，这是区别于烯烃（C=C）的重要特征；芳）的重要特征；芳烃烃CH键的面外弯曲在键的面外弯曲在680880 cm-1，见图，见图6-8间二甲苯的红外光谱间二甲苯的红外光谱间二甲苯的红外光谱间二甲苯的红外光谱(二二)氧化合物氧化合物醇类或酚类化合物的红外特征吸收峰是在醇类或酚类化合物的红外特征吸收峰是在3300 c

40、m-1左右有一个宽而强的左右有一个宽而强的O-H吸收带。环已醇的吸收带。环已醇的红外光谱红外光谱醛和酮的醛和酮的C=0特征吸收峰在特征吸收峰在1725 cm-1左右。醛左右。醛C=0上的上的C-H的伸缩振动在的伸缩振动在28102715 cm-1 3-戊酮的红外光谱 羧酸通常以二聚体形式存在，羧酸通常以二聚体形式存在，C=0伸缩振动在伸缩振动在1720 cm-1左右，而左右，而O-H的吸收在的吸收在33002500 cm-1间有间有一个相当宽的峰，中心位于一个相当宽的峰，中心位于3000 cm-1，因此，因此CH的伸缩振动吸收峰常被覆盖的伸缩振动吸收峰常被覆盖 丁酸的红外光谱丁酸的红外光谱 胺

41、类化合物的特征吸收峰是在胺类化合物的特征吸收峰是在32003500cm-1范围内有范围内有N-H的伸缩振动，伯胺有两个吸收峰，仲胺的伸缩振动，伯胺有两个吸收峰，仲胺有一个吸收峰，而叔胺在此范围内无吸收峰。有一个吸收峰，而叔胺在此范围内无吸收峰。（三）胺类化合物（三）胺类化合物四、红外光谱的解析四、红外光谱的解析 利用红外图谱解析有机化合物的结构，首先根利用红外图谱解析有机化合物的结构，首先根据官能团区域中的特征吸收峰的位置，判别可能存据官能团区域中的特征吸收峰的位置，判别可能存在什么官能团；然后找出该官能团的相关峰，以确在什么官能团；然后找出该官能团的相关峰，以确证该官能团的存在；最后，将所测

42、图谱与标准图谱证该官能团的存在；最后，将所测图谱与标准图谱对照。图为抗胆碱药消旋山莨菪碱的结构和红外光对照。图为抗胆碱药消旋山莨菪碱的结构和红外光谱图。谱图。抗胆碱药消旋山莨菪碱的红外光谱抗胆碱药消旋山莨菪碱的红外光谱 图中图中3450cm-1有强吸收，为有强吸收，为-OH吸收峰吸收峰在在1100cm-1附近有附近有3个强峰为个强峰为C-O。在小于在小于3000cm-1处有几个尖峰，归属为饱和烃基处有几个尖峰，归属为饱和烃基1300 cm-1 1500cm-1为为C-H吸收峰。吸收峰。在在1725 cm-1的强峰为的强峰为C=O的吸收，的吸收，而在而在1200cm-1有其相关峰，是有其相关峰，

43、是 的特征吸收。的特征吸收。因此该化合物为含羟基的酯类化合物因此该化合物为含羟基的酯类化合物化合物化合物C9H12的红外光谱如图所示，试推测其结构的红外光谱如图所示，试推测其结构 第四节第四节 核磁共振谱核磁共振谱一、基本原理一、基本原理 1.原子核的自旋原子核的自旋 核象电子一样，也有自旋现象，从而有自旋角动量。核象电子一样，也有自旋现象，从而有自旋角动量。核的自旋角动量核的自旋角动量()是量子化的，不能任意取值，是量子化的，不能任意取值，可用自旋量子数可用自旋量子数(I I)来描述。来描述。H H0 0旋旋进进轨轨道道自自旋旋轴轴自自旋旋的的质质子子2)1(hIII0 0、1/21/2、1

44、 1 I=0，=0=0，无自旋，不能产生自旋角动量，不会无自旋，不能产生自旋角动量，不会产生共振信号。产生共振信号。只有当只有当I O时，才能发生共振吸收，产生共振时，才能发生共振吸收，产生共振信号。信号。I 的取值可用下面关系判断：的取值可用下面关系判断：质量数（质量数（A）原子序数（原子序数（Z）自旋量子数（自旋量子数（I）奇奇 数数 奇数或偶数奇数或偶数 半整数半整数 n+1/2。n=0,1,2,奇奇 数数 整整 数数 偶偶 数数 偶偶 数数 0例如：例如：H HA AZ Z（1 1）（1 1）C CA AZ Z（1 12 2）（6 6）N NA AZ Z（1 14 4）（7 7）奇奇

45、-奇奇偶偶 -偶偶偶偶 -奇奇I I为为半半整整数数（1 1/2 2）I I =0 0I I为为整整数数有有共共振振吸吸收收有有共共振振吸吸收收无无2.自旋核在外加磁场中的取向自旋核在外加磁场中的取向 取向数取向数=2 I+1 （在没有外电场时，自旋核的取向是任意的）。（在没有外电场时，自旋核的取向是任意的）。即即：H H核核在在外外场场有有两两个个自自旋旋方方向向相相反反的的取取向向。H H 核核：自自旋旋取取向向数数 =2 21 1/2 2 +1 1 =2 2H H0 01 1H H H H 一一 致致相相 反反3.磁共振的产生磁共振的产生 磁性核的自旋取向表明磁性核的自旋取向表明 它在外

46、加磁场中的取向它在外加磁场中的取向 它的某个特定能级状态（用它的某个特定能级状态（用磁量子数磁量子数ms表示）。取值为表示）。取值为 I I 0 0 +I I。即：每一个取向都代表一个能级状态，有一个即：每一个取向都代表一个能级状态，有一个ms。如：如：1H核：核：I1/2 ms为为 1/2 和和+1/2=H H0 02 2E E=h h=H H0 02 2h hE E=h hH H0 0H H H H m ms s=_ _1 1/2 2m ms s=1 1/2 2+高高能能态态低低能能态态外外 场场磁磁旋旋比比(物物质质的的特特征征常常数数)结论结论：(1)(1)E H0；(2)1H受到一定

47、频率（受到一定频率（v）的电磁辐射，且提供的能）的电磁辐射，且提供的能量量 =E，则发生共振吸收，产生共振信号。，则发生共振吸收，产生共振信号。0 0H H0 0低低 场场高高 场场吸吸收收能能量量信信号号1.化学位移的由来化学位移的由来 屏屏蔽效应蔽效应 化学位移是由核外电子化学位移是由核外电子的屏蔽效应引起的。的屏蔽效应引起的。二、化学位移二、化学位移定义：在照射频率确定时，同种核因在分子中的化学定义：在照射频率确定时，同种核因在分子中的化学环境不同而在不同共振磁场强度下显示吸收峰的现象环境不同而在不同共振磁场强度下显示吸收峰的现象称为化学位移。称为化学位移。因此一个质子的化学位移是由其周

48、围因此一个质子的化学位移是由其周围的电子环境决定的。的电子环境决定的。H核在分子中不是完全裸露的，核在分子中不是完全裸露的，而是被价电子所包而是被价电子所包围的。因此，在围的。因此，在外加磁场作用下，由于核外电子在外加磁场作用下，由于核外电子在垂垂直于外加磁场的平面绕核旋转，从而产生与外加磁场直于外加磁场的平面绕核旋转，从而产生与外加磁场方向相反的感生磁场方向相反的感生磁场H。这样，。这样，H核的实际感受到的核的实际感受到的磁场强度为：磁场强度为：若质子的共振磁场强度只与若质子的共振磁场强度只与(磁旋比磁旋比)、电磁波照、电磁波照射频率射频率v有关，那有关，那么，试样中符合共振条件的么，试样中

49、符合共振条件的1H都发都发生共振，就只产生一个单峰生共振，就只产生一个单峰,这对测定化合物的结构是这对测定化合物的结构是毫无意义的。实验证明：在相同的频率照射下，化学毫无意义的。实验证明：在相同的频率照射下，化学环境不同的质子将在不同的环境不同的质子将在不同的磁场强度处出现吸收峰。磁场强度处出现吸收峰。)1(H0000HHHHH实式中：式中：为屏蔽常数为屏蔽常数 核外电子对核外电子对H核产生的这种作用，称为屏蔽效应核产生的这种作用，称为屏蔽效应(又又称抗磁屏蔽效应称抗磁屏蔽效应)。显然，核外电子云密度越大，屏蔽效应越强，要发显然，核外电子云密度越大，屏蔽效应越强，要发生共振吸收就势必增加外加磁

50、场强度，共振信号将移向生共振吸收就势必增加外加磁场强度，共振信号将移向高场区；反之，共振信号将移向低场区。高场区；反之，共振信号将移向低场区。H0低场高场屏蔽效应，共振信号移向高场屏蔽效应，共振信号移向低场去因此，因此，H核磁共振的条件是：核磁共振的条件是：）（实1220HH2.化学位移的表示方法化学位移的表示方法 化学位移的差别约为百万分之十，精确测量十分化学位移的差别约为百万分之十，精确测量十分困难，现采用相对数值。以四甲基硅（困难，现采用相对数值。以四甲基硅（TMS）为标）为标准物质，规定：它的化学位移为零，然后，根据其它准物质，规定：它的化学位移为零，然后，根据其它吸收峰与零点的相对距