有机化学电子教案(第二版)有机化学电子教案(第二版)D08.ppt

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1、教学指导电磁波与分子吸收光谱红外光谱核磁共振谱教学目的：熟悉IR、H-NMR基本原理，了解有机化合物的波谱分析法。能利用图谱及数据正确解析简单有机化合物。教学重点：IR、H-NMR的基本原理和应用。教学难点：IR：原理及应用H-NMR：基本原理、化学位移、自旋偶合和裂分电磁波与分子吸收光谱　　一、电磁波光是电磁波，电磁辐射是高速度的微粒运动，其能量是量子化的，电磁波的波长λ（单位cm或nm）愈短，频率ν（单位Hz）愈高，光子的能量E也愈高，它们之间的关系是：上式中E为光量子的能量，h是普朗克（plank

2、）常数，ν为光的频率，c为光速度，λ为光的波长。光的频率可用波数表示，波数的定义是1cm长度内波的数目，单位为cm-1。二、分子吸收光谱分子中的原子、电子都在不停地运动，在一定的运动状态下具有一定的能量，包括电子运动、原子的振动及分子转动等能量。各种运动状态均有一定的能级，有电子跃迁能级、键振动能级和分子转动能级等。当某一波长的电磁波照射某有机物时，如果其能量恰好等于运动状态的两个能级之差，分子就吸收光子，从低能级跃迁到较高能级。将不同波长与对应的吸光度做图，即可得到吸收光谱（absorptionspec

3、tra）。式中：I0为入射光强度；I为透视光强度。电子能级跃迁所产生的吸收光谱，主要在近紫外区和可见区，称为可见-紫外光谱；键振动能级跃迁所产生的吸收光谱，主要在中红外区，称为红外光谱；自旋的原子核在外加磁场中可吸收无线电波而引起能级的跃迁，所产生的吸收光谱称为核磁共振谱。红外光谱红外光谱(IR，InfraredSpectroscopy)是一种吸收光谱，它与分子振动能级和转动能级有关。分子中原子的振动可以分为两大类：一类是原子间沿着键轴的伸长和缩短，叫做伸缩振动（用ν表示）。伸缩振动时只是键长发生变化而键

4、角不变。伸缩振动所产生的吸收带一般发生在高频区。另一类振动是成键两原子在键轴上下或左右弯曲，叫做弯曲振动或变形振动（用δ表示）。弯曲振动时键长不变而键角发生形变。弯曲振动所产生的吸收带一般在低频区。一、分子振动与红外吸收1.伸缩振动：键合原子沿键轴方向伸展和收缩，键长改变而键角不变。有对称（νs）和不对称（νas)伸缩振动之分。2.弯曲振动：键合原子在键轴上、下、左、右弯曲，键角改变而键长基本不变。有平面内和平面外弯曲振动之分。尽管各种各样的振动形式很多，但实验和理论分析都证明并不是所有振动能级的变化都吸

5、收红外光，只有那些在振动过程中有瞬时偶极变化的振动发生能级跃迁时，才吸收红外光而形成红外光谱。分析某一个具体的化学键(可看作双原子分子)的振动时，可近似地把它看作一个弹簧振子。化学键的振动频率与化学键的力常数k的平方根成正比，与原子的折合质量的平方根成反比。k越大，原子的折合质量越小，振动频率越高，吸收峰将出现在高波数区。反之，吸收峰将出现在低波数区。键强度、键合原子质量与红外吸收频率如上表所示，化学键伸缩振动红外吸收频率随键强度减弱而降低，随键合原子质量减小而增高。伸缩振动的频率往往比弯曲振动的频率高，

6、前者的红外吸收频率一般在4000~1500cm-1，而后者则在1500cm-1以下，但质量大的原子形成的单键，如C—C、C—O、C-Cl键的伸缩振动红外吸收则可在1500cm-1以下，并随原子质量增大而降低。由于化学键的振动频率与原子质量、键的强度及振动方式有关，所以不同的基团有不同的吸收频率。当照射光的频率与基团振动频率一致时，则分子便可吸收这种光引起振动能级的跃迁，波谱仪便可记录吸收峰的位置。总结影响峰数减少的因素（1）红外非活性振动（2）分子结构对称，某些振动频率相同。（3）强宽峰覆盖频率相近的

7、弱而窄的峰。（4）在红外区域外的峰。（5）特别弱的峰或彼此十分接近的峰二、红外光谱仪用于测量红外辐射吸收的仪器称为红外光谱仪。下图为简单的红外光谱仪示意图。仪器选用能发射红外光的光源，使两束光分别进入试样池和参比池以后，由斩波器使参比池和试样池透过的光束交替通过，并被光栅衍射分离为不同波长的光，再由斩波器测量两条光束的每个波长的强度差异，并将信号传递到记录器上产生光谱。目前红外光谱仪的新进展是将计算机与红外光谱仪联合使用，即傅里叶变换红外光谱仪（简称FTIR仪）。傅里叶变换红外光谱仪优点：1.对同一试

8、样可重复多次测定IR谱，并将各次信号由计算机相加，增加仪器的灵敏度。2.由计算机将一个化合物的IR谱与另一个化合物的IR谱相减，可得差异光谱。上述优点对于研究大分子化合物中的某些基团的变化特别有用。三、有机化合物官能团的特征吸收在红外光谱中，某些基团在固定的区域内出现一定强度的吸收带，这些吸收带可以作为鉴定官能团的依据，是官能团的特征频率。下表列出了各种官能团的特征吸收。在红外光谱中，常把波数为4000～1500cm-1的高