有机化学 波谱学简介资料ppt课件.ppt

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1、Chemistryisakeyofscience天道酬勤第20章有机波谱简介1.吸收光谱概述。2.1HNMR的基本原理及1HNMR图谱解析与应用,13CNMR简介。3.红外光谱（IR）的基本概念及IR的解析。4.紫外光谱（UV）的基本概念以及UV在结构分析中的应用。5.质谱（MS）的基本原理及质谱图的组成。6.四谱连用简介。内容提要：目的要求：1.何谓NMR、IR、UV、MS？在有机分子的结构测定工作中，各主要解决什么问题？2.掌握1HNMR的主要参数及其主要影响因素？3.能进行简单的1HNMR图谱解析。4.掌握影响分子振动吸收频

2、率的主要因素,熟记官能团的特征吸收频率。5.能进行简单的UV、IR图谱解析。6.对简单化合物，学习如何通过“四谱联用”进行结构分析。20.1吸收光谱概述定义：吸收光谱法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的谱图解析方法。“四谱”中除MS外皆为吸收光谱。UV、IR及NMR统属电磁波谱。光的波长λ、频率υ与速度c之间的关系为：λ•υ＝c（λ：cm；υ：Hzc＝3×1010cm﹒s-1）频率也可以用波数σ来表示。波数的单位是cm-1，定义为电磁波在1cm的行程中振动的次数。表20-1电磁波区域划分γX远近可近中远微无光谱区射射紫紫见红红

3、红线线线外外光外外外波电波长200～400λ/nm＜0.10.110～200400～760λ/μm0.76～2.52.5～2525～103λ/cm0.1～10>10能量>1.2×1021.2×102～6.2eV6.2～3.23.2～1.61.6～0.50.5～0.05～1.2×10-6～1.2×10-3～1.2×10-9跃迁类型核与内价电子分子振动与转动分子转动核自旋层电子电子自旋1m﹦102cm﹦103mm﹦106μm﹦109nm光子的能量与波长、频率的关系为：h为普郎克常数（6.63×10-34J•s）上式说明光量子的能量与波

4、长有关，短波能量高，长波能量低。20.2核磁共振谱(NMR)氢核磁共振谱:（1HNMR，或PMR)碳核磁共振谱:（13CNMR）NMR可以得到有关未知分子中氢原子的类型、数目及其所处的化学环境等线索可以得到相关复杂分子（多用于甾类、多糖类）中碳原子的骨架信息本节将重点介绍1HNMR。20.2.1核磁共振原理20.2.1.1核的自旋与共振自旋量子数（spinquantumnumber）I表征核的自旋情况。(1)核的质量数与质子数皆为偶数，I=0，核无自旋现象。如12C6、16O8等。(2)核的质量数为偶数，质子数为奇数，则I=1、2

5、、3、……整数，其核可自旋。如2H1、14N7等。I分为三种类型：(3)质量数、质子数皆为奇数，如1H1、19F9等；或核的质量数为奇数，质子数为偶数，如13C6、31P15等，I=1/2、3/2、5/2…半整数，其核可自旋，其中1H1、13C6和31P15是目前核磁共振研究与应用的热点。共振原理：当自旋的氢核处于外磁场H0时，氢核的磁矩会出现（2I+1,I=1/2)两种能级不同的自旋取向：一种与H0同向，处于低能级-μH0；一种与H0反向，处于高能级μH0；ΔE=E2-E1=μH0–(-μH0)=2μH0ΔE值与外磁场H0有关，

6、H0越强，ΔE越高。两种自旋状态能级差值为：当电磁场发射频率为υ的电磁波照射上述处于H0中的氢原子核，且能满足ΔE=hυ，即2μH0=hυ或υ=2μH0/h1H核就吸收射频能量完成能级跃迁，这就是核磁共振现象。使氢核产生核磁共振须具备两种条件：外磁场提供强H0，使氢核产生较大的自旋能级分裂；(2)电磁场发射一定范围的电磁波，使氢核完成能级跃迁。获得核磁共振谱可采用两种手段：扫频法（frequencysweep）:固定外磁场的强度H0，不断改变电磁场的发射频率以达到共振条件。扫场法(fieldsweep):固定电磁场的发射频率υ，不

7、断改变外磁场的磁场强度以实现共振。简便，最为常用。图20-1CH3COOH的1HNMR图谱固定照射频率υ，并非所有的氢核都会在相同的场强H0下同时发生共振：20.2.1.2电子屏蔽效应（electronshieldingeffect）解释：在H0作用下，有机分子中氢核周围的电子会产生与H0方向相反的感应磁场，从而抵消了部分磁场H0对质子的影响：图20-2由环电流产生的感应磁场这种由感应磁场引起的抵消外磁场强度的效应，称之为电子屏蔽效应。定义：因化学环境不同使质子所受的屏蔽效应不同而引起的信号位置的移动。化学位移δ值定义为：δ=（υ

8、样品–υTMS）/υTMS·106≈（υ样品–υTMS）/υ射频·106υ样品→被测样品共振频率υTMS→参照物TMS的共振频率，单位：Hzυ射频→照射频率,其数值≌υTMS，单位：MHzδ：是一个无因次的量，读作ppm质子周围的电子云密度越高，屏