第八章现代物理实验方法在有机化学中的应用课件.ppt
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1、第八章现代物理实验方法在有机化学中的应用第1页,此课件共40页哦第一节第一节 电磁波的一般概念电磁波的一般概念 电磁波谱包括一个极广阔的区域。电磁波谱包括一个极广阔的区域。100nm 200nm 400nm 800nm 20m 500m X射线 远紫外 近紫外 可见光 近红外 远红外 无线电波=c/:频率:频率 单位单位 赫(赫(Hz)c:速度:速度 3*1010(cm/s):波长(:波长(cm)波长愈短,频率愈高,则波长与频率呈反比关系。波长愈短,频率愈高,则波长与频率呈反比关系。频率愈高(波长愈短)获得的能量愈大。频率愈高(波长愈短)获得的能量愈大。E=h h=planck常数常数 6.6
2、26*1034J/S E是获得的能量是获得的能量第2页,此课件共40页哦紫紫外外光光的的波波长长较较短短(一一般般指指100200nm)。能能量量较较高高,当当它它照照射射到到分分子子上上时时,会会引引起起分分子子中中价价电电子子能能级级的的跃跃迁。迁。核核磁磁共共振振谱谱的的能能量量更更低低(一一般般指指60250MHz,波波长长约约105cm)它产生的是原子核自旋能级的跃迁。)它产生的是原子核自旋能级的跃迁。红红外外光光的的波波长长较较长长(一一般般指指2.525m),能能量量稍稍低低,它只能引起分子中成键原子的振动和转动能级跃迁。它只能引起分子中成键原子的振动和转动能级跃迁。分子吸收光谱
3、分子吸收光谱可分为三类:可分为三类:1转动光谱转动光谱 2振动光谱振动光谱 3电子光谱电子光谱 第3页,此课件共40页哦第二节第二节 紫外和可见光吸收光谱紫外和可见光吸收光谱1基本原理:分子吸收紫外光,基本原理:分子吸收紫外光,能引起价电子的跃迁。能引起价电子的跃迁。一、紫外光谱(一、紫外光谱(UVUV)及其产生)及其产生2电子跃迁及类型电子跃迁及类型*跃迁:跃迁:*:第4页,此课件共40页哦第一种方式是第一种方式是n*未共用未共用的电子激发跃入的电子激发跃入*轨道,轨道,产生吸收带称为产生吸收带称为R带,在带,在200nm以上。以上。n电子的跃迁:电子的跃迁:第二种方式是第二种方式是 n*,
4、这种,这种跃迁所需的能量大于上述跃迁所需的能量大于上述的的n*,故醇、醚均在,故醇、醚均在远紫外区才出现吸收带。远紫外区才出现吸收带。第5页,此课件共40页哦二、朗勃特二、朗勃特比尔定律和紫外光谱图比尔定律和紫外光谱图 1朗勃特朗勃特比尔定律比尔定律c:溶液的摩尔浓度(:溶液的摩尔浓度(mol/L)L:液层的厚度;:液层的厚度;E:吸收系数(消光系数):吸收系数(消光系数)2紫外光谱图紫外光谱图以消光系数或用摩尔消光系数以消光系数或用摩尔消光系数或或log为纵坐标。为纵坐标。以以波波长长()为为横横坐坐标标作作图图得得紫紫外外光光吸吸收收曲曲线线,即紫外光谱图。即紫外光谱图。第6页,此课件共4
5、0页哦3紫外光谱图中常见的吸收带:紫外光谱图中常见的吸收带:R、A、B、E R 吸收带为吸收带为n*跃迁所引起的吸收带。如跃迁所引起的吸收带。如C=O、NO2、CHO等。等。特点:吸收强度弱。特点:吸收强度弱。max100(log2),吸收峰波),吸收峰波长一般在长一般在270nm以上。以上。K 吸收带为吸收带为*跃迁所引起的吸收带,如共双键。跃迁所引起的吸收带,如共双键。特点:吸收峰很强。特点:吸收峰很强。max1000(log 4)。)。B 吸收带为苯的吸收带为苯的*跃迁所引起的吸收带。跃迁所引起的吸收带。特特点点:一一宽宽峰峰。其其波波长长在在230nm270nm之之间间,中中心心在在2
6、54nm,约为约为204左右。左右。E吸吸收收带带为为把把苯苯环环看看成成乙乙烯烯键键和和共共轭轭乙乙烯烯键键*跃跃迁迁所所引引起的吸收带。起的吸收带。第7页,此课件共40页哦三、紫外光谱与有机化合物分子结构的关系三、紫外光谱与有机化合物分子结构的关系1紫外光谱适用于具有不饱和结构的有机物,特紫外光谱适用于具有不饱和结构的有机物,特 别共轭结构的化合物。别共轭结构的化合物。2随着共轭体系的增长,吸收峰的向长波和可见随着共轭体系的增长,吸收峰的向长波和可见 光方向移动,颜色加深。光方向移动,颜色加深。3在共轭链的一端引入含有未共用电子的基团,在共轭链的一端引入含有未共用电子的基团,可产生可产生p
7、-共轭作用,吸收峰的向长波和可见共轭作用,吸收峰的向长波和可见 光方向移动,颜色加深。光方向移动,颜色加深。4一般反式异构体一般反式异构体max的波长大于顺式异构体。的波长大于顺式异构体。助助色色基基:含含有有未未共共用用电电子子的的基基团团如如:NH2、NR2、OH、Cl、Br等等等等。可可产产生生p-共共轭轭作作用用,(形形成成多多电电子子共轭体系),常使化合物的颜色加深。共轭体系),常使化合物的颜色加深。第8页,此课件共40页哦第9页,此课件共40页哦第三节第三节 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱一、基本原理一、基本原理二、红外光谱谱二、红外光谱谱图的表示方法图的表示方法三、解图注三、解
8、图注意事项意事项 四、图解析实例四、图解析实例 第10页,此课件共40页哦1分子的振动类型分子的振动类型 伸缩振动伸缩振动 弯曲振动弯曲振动机械模型:机械模型:收频率可用波数表示:收频率可用波数表示:=一、基本原理一、基本原理键长有变化,键角不变。键长有变化,键角不变。键长不变,键角有变化。键长不变,键角有变化。第11页,此课件共40页哦2 基本振动数:基本振动数:一个多原子分子可能存在很多振动方式:一个多原子分子可能存在很多振动方式:3 产生吸收峰的条件产生吸收峰的条件:只只有有偶偶极极矩矩大大小小或或方方向向有有一一定定改改变变的的振振动动才才能能吸吸收红外光而发生振动能级跃迁。收红外光而
9、发生振动能级跃迁。第12页,此课件共40页哦4红外光谱与有机分子结构的关系:红外光谱与有机分子结构的关系:CH 伸缩振动,在波数伸缩振动,在波数28503000cm1间将出现间将出现 吸收峰。吸收峰。OH 伸缩振动,在波数伸缩振动,在波数25003650cm1间将出现间将出现 吸收峰。吸收峰。C=0伸缩振动,在波数伸缩振动,在波数1730cm出现吸收峰出现吸收峰表表8-3红外光谱中的八个重要区段。红外光谱中的八个重要区段。表表8-4一些重要基团的特征频率。一些重要基团的特征频率。吸电基使吸收峰向高频区移动,供电基使吸收峰吸电基使吸收峰向高频区移动,供电基使吸收峰 向低频区移动。向低频区移动。而
10、而COH其平均的弯曲振动会在其平均的弯曲振动会在1250 1500cm1间出现吸收峰间出现吸收峰第13页,此课件共40页哦例:例:CH3CH=O C=O 1730cm1,CH3(C6H5)C=O C=O 1680cm1 吸收峰向低波数(低频)方向移动,所以苯基是供电基。吸收峰向低波数(低频)方向移动,所以苯基是供电基。RCH=O C=O 1730cm1 C=O 1800cm1增加,增加,Cl是吸电基(是吸电基(+C-I)。)。C=O 16501690cm1 降低,降低,NH2是供电基,所以是供电基,所以+C-I。第14页,此课件共40页哦二、红外光谱谱图的表示方法二、红外光谱谱图的表示方法 1
11、 吸收峰的位置吸收峰的位置 多用波长(或波数)为横坐标以表示吸收峰的位置。多用波长(或波数)为横坐标以表示吸收峰的位置。波长单位:微米波长单位:微米m。波数(波数()cm1。2 吸收峰的强度吸收峰的强度 吸吸收收百百分分率率(A%)为为纵纵坐坐标标表表示示吸吸收收强强度度时时,吸收带向上为峰。吸收带向上为峰。透透射射百百分分率率(T%)为为纵纵坐坐标标表表示示吸吸收收强强度度时时,吸收带向下为谷。吸收带向下为谷。三、解析谱图注意事项三、解析谱图注意事项 1IR光谱是测定化合物结构的,只有分子在振动状态光谱是测定化合物结构的,只有分子在振动状态 下伴随有偶极矩变化者才能有红外吸收。对映异构体下伴
12、随有偶极矩变化者才能有红外吸收。对映异构体 具有相同的光谱,不能用具有相同的光谱,不能用IR光谱来鉴别这类异构体。光谱来鉴别这类异构体。第15页,此课件共40页哦2某些吸收峰不存在,可以确信某某基团不存在(但处于对称位某些吸收峰不存在,可以确信某某基团不存在(但处于对称位 置的双键或叁键伸缩振动往往也不显吸收峰);相反,吸收峰置的双键或叁键伸缩振动往往也不显吸收峰);相反,吸收峰 存在并不是该基团存在的确证,应考虑杂质的干扰。存在并不是该基团存在的确证,应考虑杂质的干扰。3在一个光谱图中的所有吸收峰并不能全部指出其归属,因为有在一个光谱图中的所有吸收峰并不能全部指出其归属,因为有 些峰是分子作
13、为一个整体的特征吸收,而有些峰则是某些峰的些峰是分子作为一个整体的特征吸收,而有些峰则是某些峰的 倍频或组频,另外还有些峰是多个基团振动吸收的叠加。倍频或组频,另外还有些峰是多个基团振动吸收的叠加。四、红外光谱图解析实例四、红外光谱图解析实例 第16页,此课件共40页哦第17页,此课件共40页哦CH的吸收带较芳烃的的吸收带较芳烃的CH在较高频率处出现。在较高频率处出现。在在2110 cm-1处的吸收带(弱)是处的吸收带(弱)是CC的伸缩振动。的伸缩振动。在在1600 cm-1处(弱)和处(弱)和1500 cm-1处(强)都是苯核的吸收带。处(强)都是苯核的吸收带。图图8-10:某某化化合合物物
14、分分子子式式为为C11H24,其其红红外外光光谱谱如如下下,确确定定此化合物的结构。此化合物的结构。第18页,此课件共40页哦 29602930 cm-1处处和和28702850 cm-1处处有有强强吸吸收收峰峰,可可 知知 为为 CH3和和CH2的的CH不不对对称称伸伸缩缩和和对对称称伸伸缩振动的吸收峰;缩振动的吸收峰;在在13751380 cm-1处有甲基特征峰,因此确认为正烷烃;处有甲基特征峰,因此确认为正烷烃;在在14701460 cm-1处处和和13801370 cm-1处处有有面面内内弯弯曲曲振振动动吸吸收收峰峰以以及及在在725cm-1处处有有弱弱的的面面外外弯弯曲曲振振动动吸吸
15、收收峰峰。这这些些相相关关峰峰又又引引证证了了上上述述特特征征峰峰所所揭揭示示的的饱饱和和正正烷烷烃烃的的结结构构。进进一一步步确确认认为为正十一烷。正十一烷。第19页,此课件共40页哦图图8-11:一一挥挥发发性性的的无无色色液液体体,经经元元素素分分析析结结果果C占占91.4%,H占占8.7%,它的红外光谱如图所示,确定这个化合物的结构。,它的红外光谱如图所示,确定这个化合物的结构。计计算算其其分分子子式式为为C7H8,按按其其不不饱饱和和度度很很可可能能是是一一个个芳芳烃烃。在在3030 cm-1吸吸收收峰峰为为ArH伸伸缩缩振振动动,在在16001450 cm-1处处有有三三个个吸吸收
16、收峰峰,为为苯苯环环骨骨架架伸伸缩缩振动吸收峰,说明存在苯环。振动吸收峰,说明存在苯环。在在29602870 cm-1处的吸收峰是处的吸收峰是CH3的的CH伸缩振动吸收峰;伸缩振动吸收峰;在在13571380 cm-1处出现甲基的特征峰,因此可确认它为甲苯。处出现甲基的特征峰,因此可确认它为甲苯。在在1225950 cm-1处出现处出现ArH面内弯曲弱吸收峰;面内弯曲弱吸收峰;在在900690 cm-1处出现处出现ArH面外弯曲强吸收峰;面外弯曲强吸收峰;在在14701460 cm-1处出现处出现CH面内弯曲振动吸收峰;面内弯曲振动吸收峰;在在725 cm-1处出现处出现CH面外弯曲振动吸收峰
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- 第八 现代 物理 实验 方法 有机化学 中的 应用 课件
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