波谱学基本知识精选PPT.ppt

《波谱学基本知识精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《波谱学基本知识精选PPT.ppt（94页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、波谱学基本知识131第1页，此课件共94页哦132Mass spectrum of 4-pyrithione第2页，此课件共94页哦133第3页，此课件共94页哦134Ultraviolet spectrum of 4-pyrithione第4页，此课件共94页哦135电磁波谱（参见电磁波谱（参见P352图图13-1）102210201018101610141012101010810610410-1410-1210-1010-810-610-410-2100102104波长波长/m频率频率/Hz宇宇宙宙线线射射线线射射线线紫紫外外可可见见光光微微波波无无线线电电红红 外外第5页，此课件共94页

2、哦136第十三章第十三章 波谱学基本知识波谱学基本知识第一节第一节 紫外紫外-可见光谱可见光谱第二节第二节 红外光谱红外光谱第三节第三节 核磁共振核磁共振第四节第四节 质谱质谱第6页，此课件共94页哦137第一节第一节 紫外紫外-可见光谱可见光谱一、基本原理和基本概念二、影响紫外光谱的因素三、紫外光谱的应用第7页，此课件共94页哦138（一）（一）Lambert-Beer定律定律A=cl=lg1/T第8页，此课件共94页哦139（二）（二）UV谱图谱图横坐标横坐标:/nm纵坐标纵坐标:A见见P353图图13-2第9页，此课件共94页哦1310（三）电子跃迁与紫外光谱（三）电子跃迁与紫外光谱分子

3、内能变化的条件分子内能变化的条件:E=h分子内能变化的形式分子内能变化的形式:E=Ee+Ev+Er第10页，此课件共94页哦1311分子内能变化示意图分子内能变化示意图E电子能级：E=120ev转动能级：E=0.051ev振动能级：E=10-40.05evE0E1V0V1V2V0V1V2第11页，此课件共94页哦1312分子吸收光谱分类（按分子内能变分子吸收光谱分类（按分子内能变化形式）化形式）：转动光谱：远红外及微波区域转动光谱：远红外及微波区域振动光谱：中红外区域振动光谱：中红外区域电子光谱：可见电子光谱：可见-紫外区域紫外区域第12页，此课件共94页哦1313（三）电子跃迁与紫外光谱（三

4、）电子跃迁与紫外光谱电子跃迁能量示意图电子跃迁能量示意图En*第13页，此课件共94页哦1314紫外光谱中电子跃迁的类型紫外光谱中电子跃迁的类型n*跃迁(R带)250nm;100.*跃迁跃迁(K带带)104,并随共轭双键的增多而增大并随共轭双键的增多而增大.随共轭双键的增多而增长随共轭双键的增多而增长.第14页，此课件共94页哦1315乙烯乙烯:max=162nm(104)1,3-丁二烯丁二烯:max=217nm(=2.1 104)苯苯:E1 带带 E2带带 B带带max/nm 184 204 255/Lmol-1 cm-1 4.7 104 6.9 104 230（P354图图13-5）第15

5、页，此课件共94页哦1316（四）紫外光谱的常用术语发色团:能引起电子光谱特征吸收 的不饱和基团。助色团：本身无吸收，但与发色团 相连时，可使其波长和吸 收强度增大的基团。红移：由于取代基或溶剂的影响，使吸收峰向长波方向移动的现象。第16页，此课件共94页哦1317蓝移：由于取代基或溶剂的影响，使吸收峰向短波方向移动的现象。增色效应：使吸收强度增大的现象。减色效应：使吸收强度减弱的现象。第17页，此课件共94页哦1318二、影响紫外光谱的因素二、影响紫外光谱的因素（一）共轭效应（一）共轭效应（二）空间效应（二）空间效应（三）溶剂效应（三）溶剂效应第18页，此课件共94页哦1319（一）共轭效应

6、（一）共轭效应-共轭对吸收峰的影响共轭对吸收峰的影响:见见P356表表13-3n-共轭共轭对吸收峰的影响对吸收峰的影响：体系体系NR2ORSRCl BrX-C=C4030455X-C 6H5 E2带带 B带带514520175523102106max/nm的增值的增值第19页，此课件共94页哦1320CH2=CH-CH=CH2 max=217 nmCH2=CH-CH=CH CH3 max=222nm-共轭对吸收峰的影响共轭对吸收峰的影响：结论：结论：共轭效应使共轭效应使及及均增大。均增大。第20页，此课件共94页哦1321（二）空间效应（二）空间效应空间效应空间效应：由于空间位阻而使紫外吸收光

7、谱发生改变的现象。见见P356图图13-6第21页，此课件共94页哦1322（三）溶剂效应（三）溶剂效应溶剂效应溶剂效应随着溶剂极性的增大，-*跃迁产生的吸收带（K带）发生红移，而n-*跃迁产生的吸收带（R带）发生蓝移的现象。第22页，此课件共94页哦1323无溶剂时无溶剂时 有溶剂时有溶剂时溶剂对轨道能量的影响溶剂对轨道能量的影响E E*n n第23页，此课件共94页哦1324三、紫外光谱的应用三、紫外光谱的应用（一）定性鉴别（一）定性鉴别（二）结构的确定（二）结构的确定（三）定量分析（三）定量分析第24页，此课件共94页哦1325（一）定性鉴别（一）定性鉴别对比法：对比法：对照标准物，比较

8、吸收峰的形对照标准物，比较吸收峰的形状、数目、位置（状、数目、位置（max）、大小（）、大小（或或E）。）。根据根据max 及及值鉴别值鉴别第25页，此课件共94页哦1326（二）结构的确定双键位置与顺反式的确定双键位置与顺反式的确定例例1：-水芹烯双键位置的确定水芹烯双键位置的确定max=222nm第26页，此课件共94页哦1327例例2：顺反顺反二二苯乙烯的确定苯乙烯的确定max=290nm =2700max=280nm =1400第27页，此课件共94页哦1328（三）定量分析标准曲线法标准曲线法两点法两点法第28页，此课件共94页哦1329第二节第二节 红外光谱红外光谱一、红外光谱的产

9、生一、红外光谱的产生二、红外光谱图二、红外光谱图三、官能团在红外光谱图三、官能团在红外光谱图 中的位置中的位置四、各类化合物的红外光谱四、各类化合物的红外光谱第29页，此课件共94页哦1330一、红外光谱的产生一、红外光谱的产生红外光谱波长范围红外光谱波长范围：0.78500m 红外光谱的分类红外光谱的分类：名称名称/mcm-1近红外区（泛频区）近红外区（泛频区）中红外区（基本转动中红外区（基本转动-振动区）振动区）远红外区（骨架振动区）远红外区（骨架振动区）0.782.52.5252550012804000400040040020=1/第30页，此课件共94页哦1331分子振动类型分子振动类

10、型伸缩振动伸缩振动 对称伸缩振动（对称伸缩振动（s)弯曲振动弯曲振动 面内弯曲振动面内弯曲振动(）面外弯曲振动面外弯曲振动(）不对称伸缩振动（不对称伸缩振动（as)第31页，此课件共94页哦1332例：例：-CH2-CHHCHH伸缩振动伸缩振动对称对称不对称不对称第32页，此课件共94页哦1333CHHCHHCHHCHH+-弯曲振动弯曲振动面面外外面面内内剪式剪式摇摆摇摆摇摆摇摆扭曲扭曲第33页，此课件共94页哦1334决定分子振动频率的主要因素：决定分子振动频率的主要因素：1.折合质量（折合质量（m1+m2)/m1m2越大，越大，波数（频率）越大；波数（频率）越大；2.键数越多，波数越大；键

11、数越多，波数越大；3.键的极性越大，波数越大。键的极性越大，波数越大。第34页，此课件共94页哦1335二、红外光谱图二、红外光谱图横坐标：或纵坐标：百分透光率波数范围：4000400cm-1（40001500cm-1为特征频率区）（1500 400cm-1为指纹区）峰的强度：s、m、w峰的类型：基频峰、倍频峰、泛频峰 （合频峰和差频峰）P361图13-8第35页，此课件共94页哦1336基频峰：基团从基态跃迁到第一激发态产 生的强吸收峰。基峰的数目：一般少于分子振动自由度分子振动自由度：非线形分子为3 n-6 线形分子为3 n-5例：水分子的振动自由度为：33-6=3P361图图13-9第3

12、6页，此课件共94页哦1337基峰的数目少于分子振动自由度的原因：1.不伴随偶极变化的振动无红外吸收；2.振动频率相同的不同振动形式发生简并；3.仪器分别率、灵敏度不高。第37页，此课件共94页哦1338三、官能团在红外光谱图中的位置4000350030002500200018001600 14001200100080065040003500300025002000180016001400 12001000 800 650（X-H）（X-Y）（X-H）（X-H）倍频倍频（X=Y）（X-Y）（一）红外光谱基本区域第38页，此课件共94页哦1339（二）影响基团特征频率的因素（二）影响基团特征频率

13、的因素1、外因、外因：试样状态、测试条件、溶剂：试样状态、测试条件、溶剂的极性等。的极性等。例：丙酮气态吸收峰：例：丙酮气态吸收峰：1738cm-1 溶液：溶液：17241703 cm-1 液态：液态：1715cm-1第39页，此课件共94页哦13402、电子效应对吸收峰的影响电子效应对吸收峰的影响-I效应使波数增大，C效应使波数减小。RCHO的的C=O吸收峰：吸收峰：1720cm-1 RCOCl的的C=O吸收峰：吸收峰：1800cm-1CH3CH2CH=CH2 C=C:1647cm-1CH3COCH3 C=O:1720cm-1CH3COCH=CH2 C=C:1623cm-1 C=O:1685

14、cm-1第40页，此课件共94页哦13413、氢键对吸收峰的影响使波数减小、波数范围变宽。例：不同浓度的正丁醇在氯苯溶液例：不同浓度的正丁醇在氯苯溶液中羟基的吸收光谱。中羟基的吸收光谱。第41页，此课件共94页哦13420100100（a)1.4%（b)3.4%（c)7.1%（d)14.3%（a)（b)（c)（d)3600 3400 3200360034003200例：正丁醇在氯苯溶液中羟基的吸收光谱例：正丁醇在氯苯溶液中羟基的吸收光谱二缔合体单体多缔合体第42页，此课件共94页哦1343四、四、各类化合物的红外光谱各类化合物的红外光谱1、烷烃、烷烃4000350030002500200018

15、0016001400 120010008006000100C-HC-H（-CH2-）n4001380146029602850724722辛烷辛烷第43页，此课件共94页哦13442 2、烯烃、烯烃40003500300025002000180016001400 120010008006000100C-HC-H（-CH2-）n40013801460296028507247223100301016801620c=c1000800C=C-H1-1-辛烯辛烯C=C-H第44页，此课件共94页哦13453 3、炔烃、炔烃400035003000250020001800 16001400 12001000

16、 8006000100C-HC-H（-CH2-）n40013801460296028507247223310330022602190c=c700600C-H1-1-辛炔辛炔第45页，此课件共94页哦13464 4、芳烃、芳烃甲苯甲苯40003500 3000250020001800 16001400 12001000 800 6000100C-HC-H400138014602960285031003010 16001500芳骨架芳骨架 750700C-H第46页，此课件共94页哦1347例题例题3 3P366P366第47页，此课件共94页哦1348第三节第三节 核磁共振核磁共振一、概述二、核

17、磁能级与核磁共振三、化学位移四、自旋-自旋偶合五、核磁共振谱的应用六、电子顺磁共振谱第48页，此课件共94页哦1349一、概述一、概述波长范围：60300cm测量方法：利用原子核在磁场中发生能级跃迁时，核磁矩方向改变产生感应电流来测定核磁共振信号。特点：比测透过率法灵敏度高。第49页，此课件共94页哦1350二、核磁能级与核磁共振二、核磁能级与核磁共振自旋量子数自旋量子数I：描述核的自旋运动。：描述核的自旋运动。=hI磁量子数磁量子数m：表示核磁矩在外磁场中的方：表示核磁矩在外磁场中的方向。向。m=I,I-1,I-2-IH=hm核的自旋与磁性核的自旋与磁性（P369表表13-8）第50页，此课

18、件共94页哦13511H自旋核在外磁场中的两种取向示意图自旋核在外磁场中的两种取向示意图自旋轴自旋轴回旋轴回旋轴回旋轴回旋轴H0H0m=+m=-第51页，此课件共94页哦1352核磁能级核磁能级E：在外磁场中，不同取向：在外磁场中，不同取向的核磁矩所具有的能量的核磁矩所具有的能量。E=-H=-HH0=-hmH0第52页，此课件共94页哦1353E1=-hmH0=-1/2hH0=-H0E2=-hmH0=1/2hH0=H0例如，对于例如，对于 I=的磁核（如的磁核（如1H、13C、15N等）：等）：m=+，-第53页，此课件共94页哦1354P370 图图13-16 I=的磁核的核磁能级图的磁核的

19、核磁能级图能能量量H0 H0=0 E=H0E=-H0m=-m=第54页，此课件共94页哦1355 在垂直于H0方向外加一个电磁场，当电磁波的能量和核磁能级差相等时，处于低能级的多余的磁核吸收电磁波能量而跃迁到高能级的现象。核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR)：第55页，此课件共94页哦1356产生核磁共振的条件产生核磁共振的条件（对于对于 I=的磁核）的磁核）：第56页，此课件共94页哦1357弛豫弛豫：激发态核通过非辐射方式从：激发态核通过非辐射方式从高能态转变为低能态的过程。高能态转变为低能态的过程。弛豫时间弛豫时间：弛豫过程所需的时间。：弛豫过程所需的

20、时间。第57页，此课件共94页哦1358三、化学位移三、化学位移1、定义、定义2、产生化学位移的原因、产生化学位移的原因3、化学位移的表示、化学位移的表示4、影响化学位移的因素、影响化学位移的因素5、特征质子的化学位移、特征质子的化学位移第58页，此课件共94页哦13591、定义、定义化学位移化学位移：同种核由于在分子中的化学环境不：同种核由于在分子中的化学环境不同而在不同共振磁场显示吸收峰的现象。同而在不同共振磁场显示吸收峰的现象。（化学位移值是外磁场强度的百万分之几）化学位移值是外磁场强度的百万分之几）化学环境化学环境：指核外电子以及邻近的其它原子：指核外电子以及邻近的其它原子核的核外电子

21、的运动情况。核的核外电子的运动情况。第59页，此课件共94页哦1360分子中的质子实际上能感受到的有效磁场分子中的质子实际上能感受到的有效磁场强度应为：强度应为：2、产生化学位移的原因、产生化学位移的原因核共振条件：核共振条件：第60页，此课件共94页哦1361P371图图13-17H0感应磁场感应磁场屏蔽效应屏蔽效应：核外电子对核核外电子对核产生的这种屏产生的这种屏蔽作用。蔽作用。第61页，此课件共94页哦1362屏蔽效应屏蔽效应 局部屏蔽效应局部屏蔽效应 远程屏蔽效应远程屏蔽效应 局部屏蔽效应局部屏蔽效应：核外成键电子对核产生：核外成键电子对核产生 的屏蔽作用。的屏蔽作用。远程屏蔽效应远程

22、屏蔽效应：分子中其它原子和基团的：分子中其它原子和基团的核外电子对核产生的屏蔽作用。核外电子对核产生的屏蔽作用。第62页，此课件共94页哦13633、化学位移的表示、化学位移的表示采用采用 相对数值表示法。相对数值表示法。/ppm(1 ppm=10-6)规定（规定（CH3)4Si吸收峰的吸收峰的值为值为0，其右边峰的其右边峰的值为负，左边为正。值为负，左边为正。或或第63页，此课件共94页哦1364/ppm(1 ppm=10-6)=10-规定（规定（CH3)4Si吸收峰的吸收峰的值为值为10第64页，此课件共94页哦13654、影响化学位移的因素、影响化学位移的因素电负性电负性各向异性效应各向

23、异性效应氢键的去屏蔽效应氢键的去屏蔽效应溶剂效应溶剂效应第65页，此课件共94页哦1366电负性 电负性大的原子或基团（产生-I效应）使增大（屏蔽作用减小，去屏蔽作用增大）。（P372 表13-9）注：电负性对影响是通过化学键起作用的，它产生的屏蔽效应属于局部屏蔽效应。第66页，此课件共94页哦1367 分子中某些基团的电子云排布不呈球形对称，它对邻近氢核产生一个各向异性的磁场，从而使某些空间位置上的核受屏蔽，而另一些空间位置上的核去屏蔽的现象。注：各向异性对影响是通过空间位置起作用的，它产生的屏蔽效应属于远程屏蔽效应。各向异性效应各向异性效应第67页，此课件共94页哦1368+-HH-+H0

24、+-苯的各向异性效应苯的各向异性效应=7.3第68页，此课件共94页哦1369+C=C-HHHHH0+C=C-HHHH+乙烯的各向异性效应乙烯的各向异性效应=4.6第69页，此课件共94页哦1370乙炔的各向异性效应乙炔的各向异性效应CCH0HHCCHH+-=2.35第70页，此课件共94页哦1371氢键的去屏蔽效应氢键的去屏蔽效应 使使值移向低场。值移向低场。羧酸的羧酸的值值10-12溶剂效应溶剂效应第71页，此课件共94页哦13725、特征质子的化学位移、特征质子的化学位移P374图图13-20 常见结构的化学位移常见结构的化学位移第72页，此课件共94页哦1373四、自旋四、自旋-自旋偶

25、合自旋偶合乙醛的低分辨核磁共振谱乙醛的低分辨核磁共振谱乙醛的高分辨核磁共振谱乙醛的高分辨核磁共振谱-CHO-CH3-CH3-CHO自旋自旋-自旋偶合：自旋偶合：自旋核之间的相互作用。自旋核之间的相互作用。自旋自旋-自旋裂分：自旋裂分：因自旋偶合而引起谱线增因自旋偶合而引起谱线增 多的现象。多的现象。裂分数裂分数:(n+1);裂分峰强度：裂分峰强度：(a+b)n系数之比。系数之比。第73页，此课件共94页哦1374自旋偶合的原因自旋偶合的原因：自旋质子产生的一个小磁：自旋质子产生的一个小磁场可通过成键电子的传递，对邻近的质子场可通过成键电子的传递，对邻近的质子产生影响。产生影响。远程偶合远程偶合

26、：相隔三个键以上的偶合。远程：相隔三个键以上的偶合。远程偶合只发生在中间插入双键或三键的两偶合只发生在中间插入双键或三键的两个质子。个质子。偶合常数偶合常数J：裂分峰之间共振吸收之差。：裂分峰之间共振吸收之差。第74页，此课件共94页哦1375化学等价化学等价：指化学位移相同的自旋：指化学位移相同的自旋 核。核。磁等价磁等价：一组化学位移相同的自旋核，若：一组化学位移相同的自旋核，若与组外其它核的自旋偶合彼此之间也相与组外其它核的自旋偶合彼此之间也相同，则该组核为磁等价核。如：同，则该组核为磁等价核。如：P377图图13-23第75页，此课件共94页哦1376五、核磁共振谱的应用五、核磁共振谱

27、的应用1、NMR谱类型谱类型2、NMR谱解析谱解析3、NMR在医学中的应用在医学中的应用第76页，此课件共94页哦13771、NMR谱类型谱类型一级谱一级谱：a.两组质子的化学位移之差两组质子的化学位移之差 至少是偶合常数的至少是偶合常数的10倍倍;b.每组的质子均为磁等价。每组的质子均为磁等价。高级谱高级谱：第77页，此课件共94页哦1378某酯分子式为某酯分子式为C10H12O2.(1HNMR见见 P378图图13-21)2、NMR谱解析谱解析1210864205223第78页，此课件共94页哦1379例例3：根据：根据IR谱及谱及1HNMR谱推测分子谱推测分子式为式为C5H7O2N的结构

28、（的结构（P380）第79页，此课件共94页哦13803、NMR在医学中的应用在医学中的应用 核磁共振成像术（核磁共振成像术（Magnetic Resonace Imaging,MR or MRI)第80页，此课件共94页哦1381六、电子顺磁共振六、电子顺磁共振第81页，此课件共94页哦1382第四节第四节 质谱质谱一、基本原理二、质谱图三、质谱中常见的几种离子峰四、裂解的一般规律五、质谱的应用第82页，此课件共94页哦1383一、基本原理一、基本原理质谱（MS）：有机化合物分子在电子流的轰击下，失去电子变成离子，离子再在电场和磁场的综合作用下，按照质量和电荷之比（质荷比m/z）的大小顺序记

29、录下来的图谱。（P383图13-30）第83页，此课件共94页哦1384二、质谱图二、质谱图甲烷的质谱甲烷的质谱161514131210050相相对对强强度度/%基峰基峰m/z17第84页，此课件共94页哦1385三、质谱中常见的几种离子峰三、质谱中常见的几种离子峰分子离子峰分子离子峰M+e-M+2 e-碎片离子峰碎片离子峰同位素离子峰同位素离子峰第85页，此课件共94页哦1386四、裂解的一般规律四、裂解的一般规律1 1、产生碳正离子的裂解、产生碳正离子的裂解2、产生氮、氧、卤正离子的裂解、产生氮、氧、卤正离子的裂解3、重排裂解（脱去中性分子的裂解）、重排裂解（脱去中性分子的裂解）第86页，

30、此课件共94页哦13871 1、产生碳正离子的裂解、产生碳正离子的裂解如：苄基、烯丙基、三级碳正离子等。如：苄基、烯丙基、三级碳正离子等。第87页，此课件共94页哦1388第88页，此课件共94页哦13892、产生氮、氧、卤正离子的裂解、产生氮、氧、卤正离子的裂解-裂解裂解：有机官能团与：有机官能团与-碳碳原子或原子或其其 它它原子之间的裂解。原子之间的裂解。如醛、酮等含羰基化合物的裂解。如醛、酮等含羰基化合物的裂解。-裂解裂解：与有机官能团相连的：与有机官能团相连的-碳碳原原 子与子与-碳碳原子之间的裂解。原子之间的裂解。如醇、醚、卤代烷、胺等的裂解。如醇、醚、卤代烷、胺等的裂解。第89页，

31、此课件共94页哦1390-裂解裂解-裂解裂解第90页，此课件共94页哦13913、重排裂解（脱去中性分子的裂解）、重排裂解（脱去中性分子的裂解）麦氏（麦氏（Mclafferty)重排裂解重排裂解：具有具有-H的醛、酮、烯烃、芳烃等的醛、酮、烯烃、芳烃等可发生麦氏重排裂解。可发生麦氏重排裂解。丁酸丁酸第91页，此课件共94页哦1392烷基苯烷基苯第92页，此课件共94页哦1393五、质谱的应用五、质谱的应用1 1、测定有机化合物的分子式、测定有机化合物的分子式2、推测有机化合物的结构、推测有机化合物的结构（P387例题）例题）第93页，此课件共94页哦1394本章要求本章要求掌握影响UV的因素、IR的特征区、影响的因素；理解红移、增色效应、自旋偶合、化学等价、磁等价等概念；会分析简单图谱第94页，此课件共94页哦