有机化学波谱分析

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1、有机化合物的波谱分析1、掌握电磁波谱的基本概念及四大波谱在测定有机化合物结构方面的应用2、理解四大波谱的基本原理【基本要求】前言：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。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。对有机化合物的研究，应用最为广泛的是：紫外光谱（ultraviolerspectroscopy缩写为U

2、V）、红外光谱（infraredspectroscopy缩写为IR）、核磁共振谱（nuclearmagneticresonance缩写为NMR）和质谱（massspectroscopy缩写为MS）.§7.1电磁波谱的一般概念波动性：可用波长(λ)、频率（ν）和波数（σ）来描述。光是一种电磁波，具有波粒二相性。一、光的频率、波长与能量微粒性：可用光量子的能量来描述：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。λ与E，ν成反比，即λ↓，ν↑（每秒的振动次数↑），E↑。在分子光谱中，根据电磁波的波长（λ）划分为几个不同的区域，如下图所示：二、分子吸收光谱

3、分子中有原子与电子。原子、电子都是运动着的物质，都具有能量。在一定的条件下，整个分子有一定的运动状态，具有一定的能量，即是电子运动、原子间的振动、分子转动能量的总和。分子吸收幅射，就获得能量，分子获得能量后，可以增加原子的转动或振动，或激发电子到较高的能级。但它们是量子化的，因此只有光子的能量恰等于两个能级之间的能量差时（即ΔE）才能被吸收。所以对于某一分子来说，只能吸收某一特定频率的辐射，从而引起分子转动或振动能级的变化，或使电子激发到较高的能级，产生特征的分子光谱。ΔE分子=E２-E１=E光子=hν上述分子中这三种能级，以转动能级差最小,分子的振动能差较高，分子外层电子跃迁的能级

4、差相对最高。⑴转动光谱在转动光谱中，分子所吸收的光能只引起分子转动能级的变化，即使分子从较低的转动能级激发到较高的转动能级。转动光谱是由彼此分开的谱线所组成的。由于分子转动能级之间的能量差很小，所以转动光谱位于电磁波谱中长波部分，即在远红外线及微波区域内。根据简单分子的转动光谱可以测定，键长和键角。⑵振动光谱在振动光谱中分子所吸收的光能引起振动能级的变化。分子中振动能级之间能量要比同一振动能级中转动能级之间能量差大100倍左右。振动能级的变化常常伴随转动能级的变化，所以，振动光谱是由一些谱带组成的，它们大多在红外区域内，因此，叫红外光谱。⑶电子光谱在电子光谱中分子所吸收的光能使电子激

5、发到较高的电子能级，使电子能级发生变化所需的能量约为使振动能级发生变化所需能量的10~100倍。电子能级发生变化时常常同时发生振动和转动能级的变化。因此从一个电子能级转变到另一个电子能级时，产生的谱线不是一条，而是无数条。实际上观测到的是一些互相重叠的谱带。在一般情况下，也很难决定电子能级的变化究竟相当于哪一个波长，一般是把吸收带中吸收强度最大的波长λmax（最大吸收峰的波长）表出，电子光谱在可见及紫外区域内出现。§7.2红外光谱在有机化合物的结构鉴定中，红外光谱法是一种重要得手段。用它可以确定两个化合物是否相同，若两个化合物的红外光谱完全相同，则一般它们为同一化合物（旋光对映体除外

6、），也可以确定一个新化合物中某些特殊键或官能团是否存在。一、红外光谱的表示方法（一般指中红外振动能级跃迁）横坐标：波数（σ）400～4000cm-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。二、红外光谱的产生原理(分子振动与红外光谱)1.分子的振动方式(1)伸缩振动：(2)弯曲振动：2.红外光谱的产生当分子吸收红外光子，从低的振动能级向高的振动能级跃迁时，而产生红外吸收光谱。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(μ)发生变化的，才能有红外吸收。如:H

7、2、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（三键）振动也不能引起红外吸收。3.振动原理（Hooke定律）式中：k—化学键的力常数，单位为N.cm-1μ—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）C―C0.154347.34.5700～1200C＝C0.134610.99.61620～16