采用现代仪器分析法具有省时、 省力、省钱、快速、准确、样 品消耗量少等优点
应用最为广泛的是：紫外光谱 (UV)、红外光谱(IR)、核磁共振
OH O HO NCH3 吗 啡 碱
谱 (NMR)和质谱 (MS)
第一节 分子吸收光谱及其类型
光是一种电磁波，具有波粒二相性
v=
l
c
= cv
式中： ν 为频率，单位为 Hz 10 c 为光速，其量值 = 3 × 10 cm.s-1 λ 为波长 (cm)， 也用nm作单位(1nm=10-7 cm) _ -1 v 1cm长度中波的数目，单位cm
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收
H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C振动也不产生红外吸收
吸收强度的表示： vs 、s、 m、w、vw
三、分子结构与特征吸收频率 总结大量红外光谱发现，不同化合物分子中的同一类型官能团， 其红外吸收频率总是出现在一定的波数范围，且吸收强度较高， 这种吸收称为官能团的特征吸收频率（吸收峰），一般出现在 1400～4000cm-1区域，这一范围称为官能团区，1400～400cm-1 范围则称为指纹区
一般而言, 环的张力增大时, 环上有关官能团的吸收频率逐渐升高
CH2 VC=C 1651 1657 CH2 1690 CH2 CH2 1750
O VC=O 1715 1745
O 1780
O 1815
O
环内双键的C=C伸缩振动吸收频率随环的减小而降低
VC=C
1645
1610
1560
•物态的影响
通常同种物质气态的特征频率较高，液态和固态较低 丙酮vC=O(气)＝1738 cm-1， vC=O(液)＝1715 cm-1
固定外加磁场强度，改变光照频率可发生核磁共振，称为扫频 固定光照频率，改变磁场强度也可发生核磁共振，称为扫场 以辐照频率或磁场强度为横坐标， 将核磁共振吸收信号记录下来的 图谱称为核磁共振谱
H0
H
二、屏蔽效应与化学位移 1. 屏蔽效应（shielding effect） 氢核发生核磁共振的条件是光照频率和外加磁场强度满足：
物质分子吸收什么波长的光、吸收强度如何与分子结构紧密 相关，这就是光谱分析用于有机化合物结构测定的基础
第二节
一、红外光谱的表示
红外光谱（IR）
红外光谱图中，以波长（λ）或波数（ v ）为横坐标，表示吸收 位置；以透过率(T%)为纵坐标，表示吸收强度，T↓，表明吸 收越强，故曲线低谷表示是一个强的吸收带
CH3COCH3 1715cm-1
ph-CH2C≡CH
CH3CH2CHO 1725cm-1 , 2720cm-1
ph-C≡CCH3
n≡C-H 3340-3300cm-1
•监测反应
对反应物、反应液、产物进行红外光谱分析，判断反应是 否进行以及是否进行完全，比如羰基化合物的还原，反应 物有1700cm-1的特征吸收，随着反应的进行，其吸收强度 逐渐减弱，直至完全消失
v =400~4000cm-1
分子振动能级的跃迁所需要的能量大约与红外光的能量 相当。所以，当我们用红外光来照射有机物时，它将有 一定的吸收。 以连续波长的红外光照射样品，将样品的吸收情况记录下来 得到的图谱就称为红外光谱图，分子结构不同光谱图不同 振动能级的变化常常伴随转动能级的变化，因此从一个振 动能级跃迁到另一个振动能级时，产生的吸收不是一条线， 而是无数条重叠而成的谱带
•推测未知物结构
对于未知化合物，红外光谱分析主要用于根据特征吸收 频率判定官能团和化合物类型，要完全确定未知物的结 构还必须结合其它分析方法，如元素分析、核磁共振分 析、质谱分析等 例：一挥发性无色液体A，元素分析结果为C％＝91.4% , H％＝8.7% ,它的红外光谱如下图所示。试推测化合 物A的构造
三级胺 无VN-H 吸收峰
无N-H 吸收峰
课堂讨论： 反式和顺式-1,2-环戊二醇在3450~3570cm-1处均有一个宽的 吸收带，如何用IR来区分顺反异构体？
五、红外光谱的解析及应用 1. 光谱图的解析 阐明光谱图中各吸收峰尤其是特征峰和主要吸收峰分别由哪种 基团或化学键的哪种形式振动产生，亦即阐明吸收峰的归属
元素分析结果A的实验式为C7H8，可能含苯环 3030cm-1 、1600cm-1及1480cm-1证明存在苯环 770cm-1 、710cm-1证明苯环单取代
CH3
2960cm-1 、2870cm-1及1475cm-1、1380cm-1 说明CH3的存在，所以A可能为甲苯
第三节 核磁共振谱（NMR）
四、 各类有机化合物的特征吸收频率
1. 烷烃 nC-H 2900~2850cm-1 2. 烯烃 nC=C 1680~1600cm-1 3. 炔烃 nC≡C 2250cm-1 4. 芳烃 nC=C 1660~1450cm-1 n=CH 3110~3010cm-1 （芳环碳碳骨架伸缩振动） =CH 900~690cm-1 “定位峰” n≡C-H 3340-3300cm-1 ≡C-H 680-610cm-1 C-H 1465~1340cm-1 n=CH 3100~3010cm-1 CH3 1380cm-1 =CH 1000~800cm-1
I T % = 100 % I：透射光的强度 I0 I0：入射光的强度
二、红外光谱与分子振动的关系
分子的振动分为：伸缩振动（ν ）、弯曲振动（δ ）
n振
1 = 2p
m
k
m1 .m2 m = m +m 1 2
式中：k －化学键的力常数，单位为N.cm-1 m －折合质量，单位为g 力常数k与键长、键能有关：键能↑，键长↓，k↑
4）羧酸
VC=O 1770~1750cm-1（单体） VO-H 3000~2500 （二聚体） 1710cm-1 （二聚体）
O-HБайду номын сангаас
5）酸酐
~1400
~920cm-1
VC=O 1860~1800cm-1 VC-O-C 1170~1050 (链酐) 6）酰胺 VN-H 3500~3035
1800~1750cm-1 1310~1210cm-1 (环酐)
2. 红外光谱的应用
•化合物的鉴定、鉴别
判断样品是否为某已知化合物
a) b) c) d)
红外光谱分析 观察特征频率，判断官能团，以确定所属化合物的类型 观察指纹区，进一步确定基团的结合方式 对照标准谱图验证
利用红外吸收尤其是特征吸收的差别将多种样品区分开 在同分异构体、主副产物的区分等方面非常方便
k /N.cm
7.7 6.4
C-H
C-C
1200
C-O
1100
C-Cl
800
C-Br
550
C-I C=C C C
500
v cm-1
3000
1700 2200
所有的振动都能引起红外吸收吗？ 红外吸收强度取决于跃迁的几率：
2 跃迁几率 mab
（mab跃迁偶极矩）
强度决定于振动时偶极矩变化大小，偶极矩变化愈大，吸收 强度愈大；没有偶极矩变化, 则不产生红外吸收，
ν＝
γ 2π
H0
质子的γ是常数，只要频率固定，似乎有机化合物分子中所有 的氢核都将在同一磁场强度下发生核磁共振，即在相同位置给 出一个吸收信号，对测定化合物的结构毫无意义 事实上只有理论的孤立核才会在H0共振 H核在分子中不是裸露的，而是被电子所 包围。在外加磁场作用下，核外电子在垂 直于外加磁场的平面绕核旋转，产生与外 加磁场方向相反的感生磁场H' ，H核实 际感受到的磁场强度并不等于H0 核外电子对核产生的这种作用， 称为屏蔽效应
第八章 有机化合物的波谱分析
教学要求：
1、了解核磁共振、红外吸收、质谱的基本原理 2、掌握常见和重要有机化合物（官能团）的红外 特征吸收峰和化学位移 3、初步掌握红外光谱、核磁共振谱和质谱等谱图
的解析方法
有机化合物的结构表征是有机化学的重要组成部分。
传统化学方法费时、费力、费钱、需要的样品量大。例如： 胆固醇结构的确定用了38年的时间（1889～1927年）；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
2960cm-1、2850cm-1 CH3、CH2的C－H伸缩振动 1470cm-1、1380cm-1 CH3、CH2的C－H面内弯曲振动 725cm-1 (CH2)4的C－H面外弯曲振动
解析图中标注的吸收峰归属，并判断该化合物是顺式还是反式
3020cm-1 ＝C－H伸缩振动 1625cm－1 C=C伸缩振动 2960cm-1、2870cm-1 CH3、CH2的C－H伸缩振动 1470cm-1、1380cm-1 CH3、CH2的C－H面内弯曲振动 970cm－1 反式烯烃=C－H面外弯曲振动
一、核磁共振原理 1. 原子核的自旋及其取向
原子核和电子一样，处于不断的自旋状态
原子序数或质子数为奇数的原子核如1H、 13C、15N、17O 等自旋将产生磁矩
h I＝0、1/2、1•••••• = I ( I + 1) 2p I－自旋量子数，取值是量子化的
无外加磁场时磁矩的取向是 杂乱无章的，在外加磁场中 磁矩有2I＋1种取向
(pp)
(pp)
C H C H 3100
(pp)
C H 2900
•杂化态的影响
VC-H 3300
•氢键的影响
使基团化学键的力常数减小, 吸收频率降低、峰形变宽 醇羟基： 游离态 二聚体 多聚体 3600~3640cm-1 3500~3600cm-1 3200~3400cm-1
•环的张力的影响
E = hv =
hc
l
式中： E 为光量子能量，单位为 J h 为Planck 常数，其量值为 6.63 ×10-34 J s