资源预览内容
第1页 / 共73页
第2页 / 共73页
第3页 / 共73页
第4页 / 共73页
第5页 / 共73页
第6页 / 共73页
第7页 / 共73页
第8页 / 共73页
第9页 / 共73页
第10页 / 共73页
亲,该文档总共73页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 第八章 有机化合物的结构表征 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 教学内容 第一节 有机化合物的结构与吸收光谱 第二节 红外光谱 第三节 核磁共振谱 第四节 质谱 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 教学目的和基本要求 了解电磁波谱与分子吸收光谱的关系; 掌握红外光谱、核磁共振谱的基本原理和应用; 了解紫外光谱和质谱的基本原理和应用; 掌握紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱与分子结构的关系; 能对较简单的红外光谱和核磁共振谱的谱图进行解析。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 【本章重点】 红外光谱、核磁共振谱。 【必须掌握的内容】 1. 红外光谱、核磁共振谱的基本原理。 2. 红外光谱、核磁共振谱谱图的解析方法。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 有机化合物的结构表征(即测定) 从分子水平认识物质的基本手段,是 有机化学的重要组成部分。过去,主要依靠化学方法进行有机化合物的结构 测定,其缺点是:费时、费力、费钱,试剂的消耗量大。例如: 鸦片中吗啡碱结构的测定,从1805年开始研究,直至1952年才完全阐明, 历时147年。 而现在的结构测定,则采用现代仪器分析法,其优点是:省时、省 力、省钱、快速、准确,试剂耗量是微克级的,甚至更少。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 它不仅可以研究分子的结构,而且还能探索到分子间各 种集聚态的结构构型和构象的状况,对人类所面临的生命科 学、材料科学的发展,是极其重要的。 对有机化合物的研究,应用最为广泛的是:紫外光 谱(ultravioler spectroscopy 缩写为UV)、红外光谱 (infrared spectroscopy 缩写为IR)、核磁共振谱 (nuclear magnetic resonance 缩写为NMR)和质谱 (mass spectroscopy 缩写为MS). 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 一、电磁波谱的一般概念 光是一种电磁波,具有波粒二相性。 波动性:可用波长()、频率()和波数()来描述。 按量子力学,其关系为: 第一节 有机化合物的结构与吸收光谱 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 该式表明:分子吸收电磁波,从低能级跃迁到高能级,其吸收光的 频率与吸收能量的关系。 由此可见,与E,成反比,即,(每秒的振动次数),E。 在分子光谱中,根据电磁波的波长()划分为几个不同的区域,如 下图所示: 微粒性:可用光量子的能量来描述: 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 分子的总能量由以下几种能量组成: 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 分子吸收光谱可分为三类: 1、转动光谱:有彼此分开的谱线组成,在有机化学中的用途不大。 2、振动光谱:由一些谱带组成,大多在中红外区域,因此称为红外光谱。 3、电子光谱:由无数条互相重叠的谱带组成,一般是把吸收带中吸收强度 最大的波长作为特征吸收峰的波长标出。 如紫外和可见吸收光谱。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 二、 紫外和可见吸收光谱 紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的。 紫外吸收光谱的波长范围是100-400nm(纳米), 其中100-200nm 为远紫外区, 200-400nm为近紫外区, 一般的紫外光谱是指近紫外区。 1、紫外光谱的基本原理 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 2 跃迁的分类(结合图82) 有机化合物的价电子有三种类型:s电子,电子和非成键电子(n) (1)烷烃 s- s* 远紫外区 可用作溶剂 (2)甲醇 n- s* 远紫外区 lmax=183nm =500 CH3I n- s* 近紫外区 lmax=258nm CH3Br n- s* 近紫外区 lmax=204nm (3)乙烯 s- s* 远紫外区 -* 远紫外区 lmax=165nm (4)丙酮 s- s* s- * n- s* -* 远紫外区 lmax=188nm =900 n-* 近紫外区 lmax=279nm =15 (5)1,3-丁二烯 2-3* 近紫外区 lmax=217nm =21000 小结:电子跃迁有三种类型-*; n-*, n-*; -* 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 3、 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。(见图83) 纵坐标表示吸收光的吸收强度,可以用 A(吸光度)、T(透射比或透光率或透过率) 、1-T(吸收率)、(摩尔吸收系数)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。曲线最大吸收峰的横坐标 为该吸收峰的位置,纵坐标为它的吸收强度。 横坐标表示吸收光的波长,用nm(纳米) 为单位。 max=280nm , max= 15 紫外吸收强度符合郎玻比尔(Lambert-Beer)定律。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 4.几个基本概念: 生色基: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。 助色基: 当具有非键电子的原子或基团连在双键或共轭体系上时, 会形成非键电子与电子的共轭(p- 共轭),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 应称为助色效应。能产生助色效应的原子或原子团称为助色 基。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 红移现象:由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向长波 方向移动的现象称为红移现象。 蓝移现象:由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向短波 方向移动的现象称为蓝移现象。 增色效应:使值增加的效应称为增色效应。 减色效应:使值减少的效应称为减色效应。 结论:紫外光谱是检测(1)共轭烯烃;(2)共轭羰基化合物; (3)芳香化合物;(4)顺反异构体构型的有力工具。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 三、 分子结构与紫外吸收的关系 1. 共轭的影响:共轭双键增加,吸收向长波移动(红移),一般的每增加一个双 键,lmax吸收向长波移动约30nm. CH2=CH2 max=185nm CH3CH=CHCHO max=220nm CH2=CH-CH=CH2 max=217nm CH3CH=CH-CH=CHCHO max=270nm CH2=CH-CH=CH-CH=CH2 max=258nm CH3-(CH=CH)3-CHO max=312nm 11)。 几何形状的影响: 反-1,2-二苯乙烯(lmax=295.5nm); 2 顺-1,2-二苯乙烯 (lmax=285nm). 即:反式异构体lmax顺式异构体lmax(为什么?) 2)。 取代基的影响: 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 2. 苯系化合物的紫外线光谱 苯在正己烷中有三个吸收带: (I)带 max=184nm =6104 (II)带 max=203.5nm =7.4103 ; (III)带 max=254nm =204(苯环特征峰) (I)带 (II)带 化合物 max max 溶剂 甲苯 206nm 7103 261nm 225 正己烷 苯酚 210.5nm 6.2103 270nm 1450 水 硝基苯 252nm 1.0104 280nm 10000 正己醇 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 练习:比较下列各组化合物lmax的大小。 练习2: P222,习题1,习题2 和习题3 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 第二节 红外光谱 (Infrared Spectroscopy : IR) 电子的跃迁产生紫外吸收光谱,借此可以初步判断 分子中官能团的大致类型;同样,化学键的振动可以产生 红外光谱,通过红外光谱又可以获得分子结构的一些重要 信息。因此,红外光谱是有机分子结构解析的又一种重要 手段。 研究对象:化学键 研究内容:化学键的振动规律及该规律的应用 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 横坐标:波数()4004000 cm-1;表示吸收峰的位置。 纵坐标:透过率(T %),表示吸收强度。T,表明吸收的越好,故曲 线低谷表示是一个好的吸收带。 I:表示透过光的强度; I0:表示入射光的强度。 一、红外光谱图的表示方法 一般指中红外( 振动能级跃迁)。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 二、红外光谱的产生与分子结构的关系 1.分子的振动方式 (1)伸缩振动: 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 (2)弯曲振动: 值得注意的是:不是所有的振动都能引起红外吸收,只有偶极矩 ()发生变化的,才能有红外吸收。 H2、O2、N2 电荷分布均匀,振动不能引起红外吸收。 HCCH、RCCR,其CC(三键)振动也不能引起 红外吸收。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 2.振动方程式(Hooke定律) 式中:k 化学键的力常数,单位为N.cm-1 折合质量,单位为g 力常数k:与键长、键能有关:键能(大),键长(短),k。 化学键键长(nm)键能(Kj.mol-1) 力常数 k(N.cm-1) 波数范围(cm-1) CC0.154347.34.57001200 CC0.134610.99.616201680 CC0.116836.815.621002600 一些常见化学键的力常数如下表所示: 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 折合质量:两振动原子只要有一个的质量,(),红红 外吸收信号将出现现在高波数区。 3. 分子的振动能级跃迁和红外吸收峰位置 分子的振动是量子化的,其能级为: 式中:v 为振动量子数 (0,1,2,);振为化学键的振动频率。 第八章 有机化合物的结构表征 jxp1127 分子由基态v = 0 跃迁到激发态v = 1 时,吸收光的能量为: 分子振动频率习惯以(波数)表示: 由此可见:() k,()与
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号