核磁共振波谱
(nuclear magnetic
resonance spectroscopy)
红外光谱 (infrared spectroscopy) 紫外可见光谱 (ultraviolet-visible spectroscopy)
质谱 (mass spectrometry)
NMR 吸收 光谱 IR
T/%
图8.5 2,2–二甲基己烷的红外光谱图
•键的振动频率与力常数(与化学键强度有关)
成正比，而与成键的原子质量成反比。
• 同一类型化学键，由于环境不同，力常数 并不完全相同，因此，吸收峰的位置不同
• 引起分子偶极矩发生变化的振动才会出现
红外吸收峰。
RC C R
R
H
CC
H
R
无红外吸收峰 化学键极性越强，振动时偶极矩变化 越大，吸收峰越强。
伸缩振动 化学键的振动方式
弯曲振动
(2) 分子振动模式
对称伸缩振动 (νs) 反对称伸缩振动(νas)
摇摆振动 (ω ) 面外弯曲振动 卷曲振动 (τ)
摇摆振动 (ρ) 面内弯曲振动 剪切振动 (δs)
8.2.2 有机化合物基团的特征频率 分子中的化学键或基团产生特征的振动，
会在特定的位置出现吸收峰 ——基团的特 征吸收峰(特征峰) 特征频率: 最大吸收对应的频率 例如：羰基的特征频率为1850～1600 cm-1
3310~3320 3000~3100 2850~2950
1025~1200
CC CO 醛和酮 羧酸 酸酐
酰卤 酯 酰胺
1620~1680
1710~1750 1700~1725 1800~1850 和 1740~1790 1770~1815 1730~1750 1680~1700
三键
CC
2100~2200
分子发生振动能级跃迁时，也伴随着转动 能级的跃迁。
吸收峰的强度
吸收峰的位置
图8.2 1–己烯红外光谱图
8.2.1 分子的振动和红外光谱
(1) 振动方程式 分子中成键的两个原子的简谐振动：
Hooke定律:
√ ν＝
1 2π
k(
1 m1
+
m1 2)
式中：m1，m2为成键原子的质量(g)；
K为化学键的力常数(N·cm-1)(牛[顿]·厘米-1)
UV
MS
1. 碳骨架 2. 与碳原子相连的氢
原子的化学环境 主要的官能团 分子中π电子体系 1. 相对分子质量 2. 分子式 3. 分子中结构单元
8.1 分子吸收光谱和分子结构
电磁波的性质： E= hν = hc /λ h－ 普朗克(Planck)常量: 6.63 × 10-34 J• s ν－ 频率( Hz), ν= c ·σ λ－ 波长 (nm) c―光速: 3 × 108 (m·s-1) σ－波数(cm-1) 分子吸收光谱：
第八章 有机化合物的波谱分析8.1 分子吸收光谱和分子结构 8.2 红外吸收光谱 8.2.1 分子的振动和红外光谱 (1)振动方程式 (2) 分子振动模式 8.2.2 有机化合物基团的特征频率 8.2.3 有机化合物红外光谱举例 (1)烷烃 (2) 烯烃 (3) 炔烃 (4) 芳烃
8.3 核磁共振谱 8.3.1 核磁共振的产生 (1) 原子核的自旋与核磁共振 (2) 核磁共振仪和核磁共振谱图 8.3.2 化学位移 (1) 化学位移的产生 (2) 化学位移的表示方法 (3) 影响化学位移的因素 8.3.3 自旋偶合与自旋裂分 (1)自旋偶合的产生 (2) 偶合常数 (3) 化学等同核和磁等同核 (4) 一级谱图和n＋1规律
CN
2240~2280
8.2.3 有机化合物红外光谱举例
(1) 烷烃
伸缩振动
CH
2960 ~ 2850 cm-1
C H (－CH2―)
面内弯曲振动
1467 cm-1
C H (－CH3)
1380 cm-1
异丙基或叔丁基: 双峰
T /%
图8.3 正辛烷的红外光谱图
T/%
图8.4 2–甲基庚烷的红外光谱图
8.3.4 NMR谱图举例 8.3.5 13C 核磁共振谱简介 8.4 紫外吸收光谱 8.4.1 紫外光与紫外吸收光谱 8.4.2 电子跃迁类型 8.4.3 紫外谱图解析 8.5 质谱 8.5.1 质谱的基本原理 8.5.2 质谱解析
表8.1 测定有机化合物结构的主要波谱方法
波谱方法
代号 提供的信息
官能团的特征吸收
1500~400 cm-1
伸缩振动与弯曲振动吸收 指纹区
化合物的特征吸收
表8.2 常见有机化合物基团的特征频率
化学键类型
频率 化学键类型
cm-1
频率 cm-1
伸缩振动
单键
双键
O H(醇、酚) O H(羧酸) NH
CH CH CH
CO
3200~3600 2500~3600 3350~3500
化学键
CC CN CC CO
频210率0~范22围00/cm-1 2240~2280 1620~1680 1630~1780
样品的处理：
纯样品：纯液体夹在两个NaCl 晶体片之间。 固体：与KBr混合后，压成薄片。 溶红液外：光配谱制的成区C域C划l4或分氯：仿的溶液。
4000~1500 cm-1 伸缩振动吸收 官能团区(特征频率区)
E2 电νh子能= Δ级E：= EU2V－E1
ΔE 吸收光谱
ΔE
振原动子能 核级自：旋能IR级：NMR分子结构
E1
8.2 红外吸收光谱
红外光谱的功能：鉴别分子中的某些官能团 电磁波光谱 电磁波辐射:
λ 2.5~25 μm σ 4000~400 cm-1 区域
σ －波数 化合物吸收了红外光的能量，使得分子 振动能级发生跃迁，由此产生红外光谱。
影响化学键振动频率的因素： • 键合原子的质量 键合原子质量越小，其化学键的振动 频率越高。
基团 化学键
频率范围/cm-1
烷基 C―Ｈ
2850~2950
羟基 O―H
3200~3600
氨基 N―H
3350~3500
它们比C―C、C―N、 C―O键的振动频率高。
• 化学键的相对刚性
化学键刚性越强，其振动频率越高
图 8.1 分子吸收光谱示意图
电磁波谱与波谱分析方法 电磁波谱区域与类型：
γ
射 线
X 射
远 紫 外
线线
紫 外 线
无
可 见 光
近 红 外 线
中远 线红线红
外外
微 波
线 电 磁 波
0.1nm 10nm 200nm 400nm 800 nm 2.5μm 25μm 100cm 1m
分子结构与吸收光谱的关系： 500μm