新版有机化学的波谱方法市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第六章第六章 有机化学波谱方法有机化学波谱方法本章重点：本章重点：了解吸收光谱普通原理；掌握IR和NMR谱基本原理及利用其解析结构方法。英文词汇：infrared spectra,nuclear magnetic resonance,chemical shift.第1页惯用结构惯用结构分析方法分析方法化学试验法：化学试验法：操作烦琐，周期长，样品量大。操作烦琐，周期长，样品量大。第2页第一节第一节 吸收光谱普通原理吸收光谱普通原理一、波长（一、波长（l l）、频率（频率（）和波数（）和波数（）光性质光性质l l =c =c 波动性E E h 粒子性 =1/=1/l l(cm-1)波长(l)l)与能量(E)成反比。E E=hchc/l l第3页二、吸收光谱二、吸收光谱红外光谱核磁共振谱E=E=E2E1特征能量吸收特征能量吸收吸收光谱吸收光谱第4页第二节第二节 红外光谱红外光谱 (Infrared Spectrum,IR)一、红外光谱普通原理一、红外光谱普通原理化学键不停振动某光E=某键振动E产生吸收峰如：分子RCH2OH第5页吸收峰表现为“谷”，谷越深，则吸收越强。普通波数范围4004000 cm-1。第6页二、红外吸收峰数目、位置和强度二、红外吸收峰数目、位置和强度伸缩振动伸缩振动 弯曲振动弯曲振动 （一）红外吸收峰数目（一）红外吸收峰数目振动形式振动形式 一个化学键有几个不一样振动形式，就可产生几个吸收峰。第7页伸缩振动伸缩振动：沿键轴方向键伸长 或缩短振动CHHCHH第8页弯曲振动弯曲振动:垂直于键轴方向振动第9页 一个有机物分子在IR谱中出现吸吸收收峰峰数数目目是由该分子振动自由度数目振动自由度数目决定。非线性分子为：3n-6 线性分子为：3n-5 （n：原子数）如：问题6-1H2O非 线性分子，3 3 6=3（个）as s ：3756 3652 1595 cm-1第10页v能引发分子偶极矩改变振动，才产生吸收；v相同振动产生峰能够吞并；v强而宽峰可覆盖相近弱峰。如：CO2为线性分子，3 3 5=4（个），应有4个吸收峰，而实际测得只有2个as 2350、667 cm-1。因s 不引发偶极矩改变，无此峰；且面内、面外又吞并为一个峰。实际实际IR吸收峰数目小于计算值：吸收峰数目小于计算值：第11页（二）红外吸收峰位置（二）红外吸收峰位置成键原子质量越小，吸收峰波数就越高；键长越短，键能越高，吸收峰波数也越高吸收峰位置取决于各化学键振动频率。1.特征谱带区 40001330 cm-1 （官能团区）2.依据峰位，可判别官能团。2.指纹区 1330650 cm-1第12页红外光谱主要区段红外光谱主要区段 官能团官能团 O-H，N-H 36503200 cm-1 含含含含O-HO-HO-HO-H或或或或N-HN-HN-HN-H C-H 3000 cm-1（O=C-HO=C-H在在28102715cm-1有双峰有双峰）=C-H -C-H =C-H -C-H 含不饱和或饱和含不饱和或饱和含不饱和或饱和含不饱和或饱和C-HC-HC-HC-H C=O 17601690 cm-1 含羰基（含羰基（含羰基（含羰基（C=OC=OC=OC=O）C=C 16801500 cm-1 苯环普通有苯环普通有2 23 3个吸收峰个吸收峰-CH3 1380 cm-1 含含含含-CH-CH-CH-CH3 3 3 3 C-O，C-N 13001000 cm-1 含含含含O-HO-HO-HO-H或或或或N-HN-HN-HN-H第13页某化合物IR谱中,1700cm-1有一强吸收峰,3020cm-1处有一中强吸收峰,由此可推断该化合物是以下化合物中哪一个?1700cm-13020cm-1C=O不饱和不饱和C-H第14页30003100cm-116001500cm-1 无吸收峰O-H饱和C-HCH3无不饱和C-H无C=C第15页（三）红外吸收峰强度（三）红外吸收峰强度吸收峰强度及峰形表示 vs（very strong）很强 s（strong）强 m（medium）中等 w（weak）弱 vw（very weak）很弱 br（broad）宽峰 sh（sharp）尖峰如：C=O、C-O、C-N等极性大，峰强。第16页三、红外光谱解析和应用三、红外光谱解析和应用（一）解析程序（一）解析程序40001300cm-1官能团区找出特征吸收峰，确定存在哪种官能团1300650cm-1指纹区，确定化合物结构类型第17页详细步骤详细步骤：H计算不饱和度；H判断几个主要官能团C=O、-OH、-NH2、C=C特征峰是否存在，并寻找相关峰；第18页1.羰基是否存在（含羰基是否存在（含O化合物）化合物）17601690cm-1有强峰C=O特征峰2820、2720cm-1双峰；33002500cm-1宽峰和13001000cm-1有峰；13001000cm-1有峰。相关峰相关峰无相关峰第19页2.羟基、氨基是否存在羟基、氨基是否存在35003200cm-1宽峰O-H、N-H特征峰。相关峰相关峰13001000cm-1有峰；16001500cm-1和13001000cm-1有峰。如无O-H，但含O，13001000cm-1有峰。醚 R-O-R第20页3.苯环是否存在苯环是否存在 4，31003000cm-1苯环C-H特征峰。相关峰相关峰：1600、1580、1500cm-1中强峰 苯环C=C骨架振动化合物含苯环第21页例例1.已知某化合物，分子式C3H6O，其IR谱中有以下吸收峰，试推测其结构。IR(cm-1)：2960，2840，2760，1720，1380。=3+1-6/2=1，1720cm-1C=O，含羰基。相关峰：2840，2760cm-1 O=C-H，为醛。1380cm-1-CH3，含-CH3结构。2960cm-1饱和C-H。结构为：结构为：CH3CH2CHO 丙醛丙醛（二）应用实例（二）应用实例第22页例例2.问题问题6-2苯环C-H苯环C=C两个-CH3饱和C-H单取代苯=9+1-12/2=4第23页练习：练习：试依据其IR谱推测以下化合物C8H8O结构式。第24页第三节第三节 核磁共振谱核磁共振谱 （N Nuclear uclear M Magnetic agnetic R Resonance Spectra NMResonance Spectra NMR）IR谱只能确定化合物类型。上述两种化合物只能用NMR谱来区分。第25页一、核磁共振谱基本原理一、核磁共振谱基本原理普通质子数、质量数最少有一个为奇数原子核，I 0，有自旋。I=1/21HNMR13CNMR1668第26页1H核两种不一样自旋取向核两种不一样自旋取向E1=-H0E2=H0E=2 H0h=2 H0 或 =2 /h H0 核磁共振条件核磁共振条件扫频固定H0，改变扫场固定，改变H0满足条件即产生吸收。第27页三、三、NMRNMR主要参数主要参数化学位移化学位移 chemical shift chemical shift峰面积峰面积峰裂分峰裂分第28页化学位移化学位移（一）电子屏蔽作用（一）电子屏蔽作用H实实=H0-H1 Hb Ha第30页（二）化学位移值（二）化学位移值 参考物：四甲基硅烷参考物：四甲基硅烷（tetramethylsilane TMS）(CH3)4Si 12个H产生一个共振吸收信号位于最高场=0（电负性 Si 第32页练习：练习：1.判断以下分子在NMR谱中可产生几个信号。2.以下化合物在NMR谱中只有一个信号，其可能结构是什么。2个 3个 2个 3个不等性质子不等性质子等性质子等性质子第33页常见氢核化学位移值常见氢核化学位移值第34页峰面积峰面积积分高度积分高度 在在NMRNMR谱谱中中，共共振振吸吸收收峰峰面面积积与与产产生生此此吸吸收收氢氢核核数数目目成成正正比比，所所以以可可利利用用共共振振吸收峰吸收峰面积面积判断产生此吸收判断产生此吸收氢核数目氢核数目。第35页峰裂分峰裂分和偶合常数和偶合常数l分子中位置相近质子之间自旋相互影响分子中位置相近质子之间自旋相互影响称为自旋偶合。自旋偶合使共振信号分称为自旋偶合。自旋偶合使共振信号分裂为多重峰。裂为多重峰。l相邻裂分小峰之间距离称偶合常数（相邻裂分小峰之间距离称偶合常数（J J），），偶合常数单位为偶合常数单位为HzHz。第36页1,1,2-三溴乙烷核磁共振谱三溴乙烷核磁共振谱第37页说明：v邻接碳上等性质子数为n，则裂分峰数为 n+1v峰裂分发生在同C或相邻C不等性质子之间，相隔三个以上单键不影响v活泼质子（如-OH，-COOH，-NH-），通常不发生裂分v苯环单取代：普通取代基为斥电子基，苯环上氢核信号不裂分；取代基为吸电子基，苯环上氢核信号裂分为多重峰第38页乙醇核磁共振谱乙醇核磁共振谱第39页甲苯核磁共振谱甲苯核磁共振谱第40页裂分峰数表示：裂分峰数表示：单峰（singlet，s）两重峰（doublet，d）三重峰（triplet，t）四重峰（quarter，q）多重峰（multiplet，m）第41页四、四、NMRNMR谱解析关键点谱解析关键点n数目数目可知分子中有可知分子中有几个几个不一样类型不一样类型质子质子n位置位置（值）值）可知每类可知每类质子质子类型类型（活泼（活泼H产生信号加产生信号加D2O后消失）后消失）n积分高度积分高度可知各组信号可知各组信号氢核数氢核数n裂分裂分可确定可确定邻接邻接碳上碳上氢核数氢核数第42页3HCH3 (连CO)5H苯H2HCH2(连O)例例1.=9+1-10/2=5第43页例例2.已知分子式已知分子式C9H12O，依据，依据 值，推断结构值，推断结构 ppm：7.2（5H，s）；）；4.5（2H，s）；）；3.5（2H，q）；）；1.2（3H，t）。）。=9+1-12/2=4，可能含苯环 7.2ppm苯H，4.5ppm烷H，-CH2-O 3.5ppm烷H，O-CH2-1.2ppm烷H，-CH3相互偶合，CH3-CH2-O第44页练习：练习：1.化合物C8H14O41HNMR谱中，出现三个信号：ppm 1.26（6H，t）；4.18（4H，q）；2.6（4H，s），试推测其结构。2.化合物C7H14O，IR谱上在1715cm-1有强吸收峰，其1HNMR谱中出现两个信号，一个为二重峰，另一个为七重峰，二者峰面积比6:1，试推导其结构。作业：作业：P132 2/(2)(4),5,8,12,14。阅读Section 14.全文。第45页