波谱分析教材课件.pptx

1、（二）元素分析（二）元素分析确定化合物的组成元素，及各元素的百分确定化合物的组成元素，及各元素的百分含量。含量。（三）确定实验式和分子式（三）确定实验式和分子式 实验式仅表达分子中各元素间原子个实验式仅表达分子中各元素间原子个数的比例，分子式与实验式是倍数关系数的比例，分子式与实验式是倍数关系 确定有机物结构步骤与方法确定有机物结构步骤与方法n 需要较多试样（半微量需要较多试样（半微量分 析，用 样 量 为分 析，用 样 量 为 1 01 0 100mg100mg）n损坏样品损坏样品n 大量的时间（吗啡碱，大量的时间（吗啡碱，1805180519521952年）年）n 需要熟练的实验技巧，需要

2、熟练的实验技巧，高超的智慧和坚韧不拔的高超的智慧和坚韧不拔的精神。精神。样品用量少（样品用量少（30mg30mg）不损坏样品（不损坏样品（MSMS除外）除外）分析速度快分析速度快(10min)10min)对对*C C及及C CC C的构型的构型确定比较方便，准确度高。确定比较方便，准确度高。常用的波谱常用的波谱四谱四谱红外光谱红外光谱(IR)紫外光谱紫外光谱(UV)核磁共振谱核磁共振谱(NMR)质谱质谱(MS)确定有机化合物的结构，鉴定有机化合物确定有机化合物的结构，鉴定有机化合物用途用途:应用领域应用领域有机化学、生物化学、植物化学、药物学、医学等有机化学、生物化学、植物化学、药物学、医学等

3、优点优点快速、准确、取样少，且不破坏样品（除质谱外）快速、准确、取样少，且不破坏样品（除质谱外）有机分子 电磁波选择性吸收光谱仪器记录分子运动：平动、振动、转动、核外电子运动等量子化的每个分子中只能存在一定数量的转（能量变化不连续）动、振动、电子跃迁能级E电子跃迁E转E振E振E振E转E转200800nm:引起电子运动能级跃迁，得到引起电子运动能级跃迁，得到紫外及可见光谱紫外及可见光谱;2.5-25m:引起分子振动、转动能级跃迁，得到引起分子振动、转动能级跃迁，得到红外光谱红外光谱；60-600MHz:核在外加磁场中取向能级跃迁，得到核在外加磁场中取向能级跃迁，得到核磁共振谱核磁共振谱。200n

4、m400nm800nm2.5m25m紫外及可见光红外光微波、电视波无线电波X射线60MHz600MHz 2200 cm-1：CN、CC（中等强度，尖峰）共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双键略有伸长(即电子云密度降低)、力常数减小，使其吸收频率向低波数方向移动。例：1-辛炔、环戊基腈的IR谱图200800nm:引起电子运动能级跃迁，得到紫外及可见光谱;例：CH3CH2CH(CH3)CH2CH3 、十二烷的IR谱图。不同羰基的大致吸收位置：(3)红外吸收峰产生的条件1380 cm-1：CH3 （诊断价值高）(1)IR中官能团的吸收位置1 分子吸收光谱和分子结构确定有机化合物的结

5、构，鉴定有机化合物相关峰由于某个官能团的存在而出现的一组相互依存、相互佐证的吸收峰。推导：设化学式为CxHyOz-CxHy-z（OH）z，由于红外光谱就是当红外光照射有机物时，用仪器记录下来的吸收情况（被吸收光的波长及强度等）酮羰基在1715 cm-1出峰!2 红外光谱(IR)分子的振动类型有两大类：二氢相连（对二取代）：830cm-1 例：对二甲苯的IR 红外光谱与有机分子结构的关系，有机化合物基团的特征吸收频率，红外光谱的解析；例：甲苯、苯酚的IR谱图。/m0.82.550100012500400020010/cm-1可见光微波近中远分子跃迁类型分子振动分子振动和转动和转动晶格振动和纯转动

6、泛频、倍频适用范围有机官能团定量分析有机分子结构分析有机分子结构分析和样品成分分析和样品成分分析无机矿物和金属有机物乙酸苯酯的红外光谱乙酸苯酯的红外光谱:4000 3500 3000 2500 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 2.5 3 4 5 6 7 8 9 10 12 15 100500T（%）CH3COO波数波数/cm-1/m)11(2121mmk41011mcm(1cm=104m)(1)=c/)11(2121mmkc(2)分子振动模式分子振动模式 分子振动伸缩振动弯曲振动剪动煽动波数高波数低（）（动扭()sas(s)(w)(t)摇动(r)面内

7、面外(O C O无红外吸收H HO有红外吸收CH3 C C CH3CH3-CH2-C C-H-C C-有无-C C-(4)红外光谱的一般特征红外光谱的一般特征 横坐标：横坐标：波长波长/或波数或波数/cm-1。红外谱图有等波长及等波数两种，对照标准谱图时应注意。红外谱图有等波长及等波数两种，对照标准谱图时应注意。纵坐标：纵坐标：吸光度吸光度A或透光率或透光率T。)1log(TA 4CH2OH推导：设化学式为CxHyOz-CxHy-z（OH）z，由于酮羰基在1715 cm-1出峰!例：1-辛炔、2-辛炔、环戊基腈的IR谱图羰基吸收峰的位置对官能团鉴定有特别重要的意义!16501600 cm-1：

8、CC(越不对称，吸收越强)如：1380cm-1有峰？1000 cm-1以下有峰？形状如何？双键的取代情况及构型？苯环上的取代情况？2200 cm-1：CN、CC（中等强度，尖峰）1500 cm-1以下：单键区。2 红外光谱(IR)抗胆碱药消旋山莨菪碱的红外光谱确定有机化合物的结构，鉴定有机化合物例：CH3CH2CH(CH3)CH2CH3 、十二烷的IR谱图。红外光谱就是当红外光照射有机物时，用仪器记录下来的吸收情况（被吸收光的波长及强度等）例2：若分子中存在COOH，则其IR谱图中应出现下列一组相关峰：2 红外光谱（Infrared Spectroscopy,IR）确定有机物结构步骤与方法红外

9、谱图一般以1300cm-1为界：酮羰基在1715 cm-1出峰!官能团区：峰的位置？强度？样品中有哪些官能团？（N-H波数高于O-H，氢键缔合波数低于游离波数）用红外光照射有机分子，样品将选择性地吸收那些与其振动频率相匹配的波段，从而产生红外光谱。CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH2CCH（以3000 cm-1为界：不同分子的结构不同，化学键的力常数不同，成键原子的质量不同，导致振动频率不同。例：CH3CH2CH(CH3)CH2CH3 、十二烷的IR谱图。红外光谱与有机分子结构的关系，有机化合物基团的特征吸收频率，红外光谱的解析；快速、准确、取样少，且不破坏样品（除质谱外）共轭效应使共轭

10、体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双键略有伸长(即电子云密度降低)、力常数减小，使其吸收频率向低波数方向移动。例：CH3CH2CH(CH3)CH2CH3 、十二烷的IR谱图。共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双键略有伸长(即电子云密度降低)、力常数减小，使其吸收频率向低波数方向移动。(3)红外吸收峰产生的条件红外光谱就是当红外光照射有机物时，用仪器记录下来的吸收情况（被吸收光的波长及强度等）(1)IR中官能团的吸收位置第13章 有机化合物的波谱分析掌握的信息越多，越有利于给出结构式。1 分子吸收光谱和分子结构(4)红外光谱的一般特征当电磁波频率满足下式：E=h三氢相连（间

11、二取代）：700、780cm-1 例：间二甲苯的IR查阅、对照标准谱图，确定分子结构。充分条件：振动过程中能够改变分子偶极矩！1 分子吸收光谱和分子结构CH3CCH2CH2CH3OCCH3O需要熟练的实验技巧，高超的智慧和坚韧不拔的精神。快速、准确、取样少，且不破坏样品（除质谱外）四氢相连（邻二取代）：750 cm-1 例：邻二甲苯的IR1 分子吸收光谱和分子结构 19001650 cm-1：CO(1)电子效应：例如C=O，诱导效应越强，吸收峰向高波数移动的程度越显著.快速、准确、取样少，且不破坏样品（除质谱外）第13章 有机化合物的波谱分析(1)IR中官能团的吸收位置(P299表8-2)20

12、0800nm:引起电子运动能级跃迁，得到紫外及可见光谱;共轭效应使CO波数降低快速、准确、取样少，且不破坏样品（除质谱外）例：1-辛炔、环戊基腈的IR谱图 19001650 cm-1：CO红外光谱法主要讨论有机物对中红区的吸收。例：CH3CH2CH(CH3)CH2CH3 、十二烷的IR谱图。m 成键原子的质量。伸缩振动（）：只改变键长，不改变键角；2 红外光谱（Infrared Spectroscopy,IR）需要熟练的实验技巧，高超的智慧和坚韧不拔的精神。CHCH CHCH 2 2990，910cm990，910cm-1-1690690970970910910820820键上：键上：双双CC

13、H CCH 2 2H HH HH HH HH H-1-1cmcm-1-1cmcm-1-1cmcm-1-1cmcmCCCCCCCCCCCC例：例：1-辛烯、辛烯、1-癸烯癸烯的的IR谱图谱图 CH3CH3CH3CH3CH3CH3CHCH CHCH 2 2990，910cm990，910cm-1-1690690970970910910820820键上：键上：双双CCH CCH 2 2H HH HH HH HH H-1-1cmcm-1-1cmcm-1-1cmcm-1-1cmcmCCCCCCCCCCCC例：例：1-辛烯、辛烯、1-癸烯癸烯的的IR谱图谱图 三氢相连（间二取代）：700、780cm-1

14、例：间二甲苯的IR 核磁共振谱与有机分子结构的关系，化学位移及n+1规律，核磁共振谱的解析。1380 cm-1：CH3 （诊断价值高）(1)电子效应：例如C=O，诱导效应越强，吸收峰向高波数移动的程度越显著.红外谱图一般以1300cm-1为界：例2：若分子中存在COOH，则其IR谱图中应出现下列一组相关峰：例：2-戊酮、乙酸苯酯、苯乙酮的IR谱图伸缩振动（）：只改变键长，不改变键角；19001650 cm-1：CO大量的时间（吗啡碱，18051952年）分子可吸收电磁波，从低能级激发到高能级。例：十二烷、1-癸烯、1-己炔、甲苯的IR谱图氧原子“视而不见”1450 cm-1：CH2、CH3；如

15、：C2H3Cl的不饱和度为1，其他基团如-NO2、-NH2、2 红外光谱（Infrared Spectroscopy,IR）（以3000 cm-1为界：干扰少，吸收强，重要！孤立氢：880 cm-1需要熟练的实验技巧，高超的智慧和坚韧不拔的精神。1700cm-1()C=O3335-2500cm-1胖峰()O-H1250cm-1()C-O930cm-1()O-H有C-OHO例：庚酸的IR图 3300cm-1()CH2150cm-1()CCCH630cm-1()有CCH例例2：若分子中存在若分子中存在COOH，则其，则其IR谱图中应出现下列一组谱图中应出现下列一组相关峰相关峰：例例1：若分子中存在

16、若分子中存在CCH，则其，则其IR谱图中应出现下列谱图中应出现下列一组相关峰一组相关峰：例：例：1-己炔的己炔的IR图图正庚酸正庚酸主要是分子的结构、分子中各基团的耦合等相互作用。样品自主要是分子的结构、分子中各基团的耦合等相互作用。样品自身的状态等：身的状态等：分子结构的变化会引起官能团红外吸收峰频率的变化分子结构的变化会引起官能团红外吸收峰频率的变化:(1)电子效应：例如电子效应：例如C=O，诱导效应越强，吸收峰向高波数移动，诱导效应越强，吸收峰向高波数移动的程度越显著的程度越显著.(4)(4)影响吸收峰频率的因素影响吸收峰频率的因素共轭效应使共轭体系共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均中

17、的电子云密度平均化，结果使原来的双化，结果使原来的双键略有伸长键略有伸长(即电子即电子云密度降低云密度降低)、力常、力常数减小，使其吸收频数减小，使其吸收频率向低波数方向移动。率向低波数方向移动。例如酮的例如酮的c=oc=o，因与，因与苯环共扼而使苯环共扼而使c=oc=o的的力常数减小，振动频力常数减小，振动频率降低率降低羰基吸收峰的位置对官能团鉴定有特别重要的意义羰基吸收峰的位置对官能团鉴定有特别重要的意义!不同羰基的大致吸收位置：不同羰基的大致吸收位置：OCCH3O37CH3CH2CNH2OC8H16OCH3(CH2)6CHO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 红

18、外光谱与有机分子结构的关系，有机化合物红外光谱与有机分子结构的关系，有机化合物基团的特征吸收频率，红外光谱的解析；基团的特征吸收频率，红外光谱的解析；核磁共振谱与有机分子结构的关系，化学位移核磁共振谱与有机分子结构的关系，化学位移及及n+1规律，核磁共振谱的解析。规律，核磁共振谱的解析。（1）若有机物的化学式为）若有机物的化学式为CxHy则则=(2x+2-y)/2（2）若有机物为含氧化合物，因为氧为二价，）若有机物为含氧化合物，因为氧为二价，C=O与与C=C“等效等效”，所以在进行不饱和度的计算时可不考虑氧原子，如所以在进行不饱和度的计算时可不考虑氧原子，如CH2=CH2、C2H4O、C2H4

19、O2的的为为1。氧原子氧原子“视而不见视而不见”推导：推导：设化学式为设化学式为CxHyOz-CxHy-z（OH）z，由于，由于 H、OH都是一价在与碳原子连接，故分子式等效为都是一价在与碳原子连接，故分子式等效为CxHy。（3）若有机物为含氮化合物，设化学式为）若有机物为含氮化合物，设化学式为CxHyNz-CxHy-2z（NH2）z，由于，由于H、NH2都是一价在与碳原子连接，都是一价在与碳原子连接，故分子式等效为故分子式等效为CxHy-z（4）有机物分子中的卤素原子取代基，可视作氢原子计算）有机物分子中的卤素原子取代基，可视作氢原子计算。如：如：C2H3Cl的不饱和度为的不饱和度为1，其他

20、基团如，其他基团如-NO2、-NH2、-SO3H等都视为氢原子。等都视为氢原子。根据有机物的化学式计算不饱和度：根据有机物的化学式计算不饱和度：n 需要较多试样（半微量需要较多试样（半微量分 析，用 样 量 为分 析，用 样 量 为 1 01 0 100mg100mg）n损坏样品损坏样品n 大量的时间（吗啡碱，大量的时间（吗啡碱，1805180519521952年）年）n 需要熟练的实验技巧，需要熟练的实验技巧，高超的智慧和坚韧不拔的高超的智慧和坚韧不拔的精神。精神。样品用量少（样品用量少（30mg30mg）不损坏样品（不损坏样品（MSMS除外）除外）分析速度快分析速度快(10min)10mi

21、n)对对*C C及及C CC C的构型的构型确定比较方便，准确度高。确定比较方便，准确度高。确定有机化合物的结构，鉴定有机化合物确定有机化合物的结构，鉴定有机化合物用途用途:应用领域应用领域有机化学、生物化学、植物化学、药物学、医学等有机化学、生物化学、植物化学、药物学、医学等优点优点快速、准确、取样少，且不破坏样品（除质谱外）快速、准确、取样少，且不破坏样品（除质谱外）(4)红外光谱的一般特征红外光谱的一般特征 横坐标：横坐标：波长波长/或波数或波数/cm-1。红外谱图有等波长及等波数两种，对照标准谱图时应注意。红外谱图有等波长及等波数两种，对照标准谱图时应注意。纵坐标：纵坐标：吸光度吸光度

22、A或透光率或透光率T。)1log(TA CHCH CHCH 2 2990，910cm990，910cm-1-1690690970970910910820820键上：键上：双双CCH CCH 2 2H HH HH HH HH H-1-1cmcm-1-1cmcm-1-1cmcm-1-1cmcmCCCCCCCCCCCC例：例：1-辛烯、辛烯、1-癸烯癸烯的的IR谱图谱图 测定有机物结构的2种方法：化学法和波谱法重点解析强度大、特征性强的峰，同时考虑相关峰原则。(4)红外光谱的一般特征红外谱图一般以1300cm-1为界：其他信息：来源？合成方法？化学特征反应？物理常数？NMR、MS、UV谱图特征？例：

23、1-辛炔、2-辛炔、环戊基腈的IR谱图第13章 有机化合物的波谱分析例：1-辛炔、2-辛炔、环戊基腈的IR谱图高于3000 cm-1为C-H（不饱和），低于3000 cm-1为C-H饱和）伸缩振动（）：只改变键长，不改变键角；高于3000 cm-1为C-H（不饱和），低于3000 cm-1为C-H饱和）2 红外光谱（Infrared Spectroscopy,IR）一般情况下，一张红外光谱图有530个吸收峰。三氢相连（间二取代）：700、780cm-1 例：间二甲苯的IR横坐标：波长/或波数/cm-1。乙酸苯酯的红外光谱:红外光谱与有机分子结构的关系，有机化合物基团的特征吸收频率，红外光谱的解

24、析；若将频率采用波数表示，Hookes rule则可表示为：孤立氢：880 cm-1需要熟练的实验技巧，高超的智慧和坚韧不拔的精神。苯环上五氢相连（单取代）：700、750 cm-1 例：苯酚的IRCH3CH31700cm-1()C=O3335-2500cm-1胖峰()O-H1250cm-1()C-O930cm-1()O-H有C-OHO例：庚酸的IR图 3300cm-1()CH2150cm-1()CCCH630cm-1()有CCH例例2：若分子中存在若分子中存在COOH，则其，则其IR谱图中应出现下列一组谱图中应出现下列一组相关峰相关峰：例例1：若分子中存在若分子中存在CCH，则其，则其IR谱图中应出现下列谱图中应出现下列一组相关峰一组相关峰：例：例：1-己炔的己炔的IR图图 红外光谱与有机分子结构的关系，有机化合物红外光谱与有机分子结构的关系，有机化合物基团的特征吸收频率，红外光谱的解析；基团的特征吸收频率，红外光谱的解析；核磁共振谱与有机分子结构的关系，化学位移核磁共振谱与有机分子结构的关系，化学位移及及n+1规律，核磁共振谱的解析。规律，核磁共振谱的解析。