第六章波谱综合解析.ppt
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1、第第7章章 波谱综合解析波谱综合解析 各种波谱法各有特点和长处,没有万能的方法。彼此各种波谱法各有特点和长处,没有万能的方法。彼此补充,进行综合解析。综合解析是用于化合物的结构解补充,进行综合解析。综合解析是用于化合物的结构解析。析。对于比较复杂的有机化合物的结构鉴定,需要综合各对于比较复杂的有机化合物的结构鉴定,需要综合各种波谱数据,并将必要的物理,化学性质结合起来,种波谱数据,并将必要的物理,化学性质结合起来,7.1 各种谱图解析时的要点:各种谱图解析时的要点:113C、2D-NMR法:法:(1)确定碳原子数。确定碳原子数。(2)从二维谱或从二维谱或DEPT谱中确定与碳原子相连的氢原子数谱
2、中确定与碳原子相连的氢原子数及类型(伯、仲、叔、季及类型(伯、仲、叔、季 碳,碳,C,CH,CH2,CH3)。(3)确定碳原子类型。确定碳原子类型。(4)从二维谱确定碳链连接顺序。从二维谱确定碳链连接顺序。21H-NMR法:法:(1)确定质子总数和每一类质子数。确定质子总数和每一类质子数。(2)区分羧酸、醛、芳香族区分羧酸、醛、芳香族(有时知道取代位置有时知道取代位置)、烯烃、烯烃、烷烷 烃质子。烃质子。(3)从自旋偶合相互作用研究其相邻的取代基。从自旋偶合相互作用研究其相邻的取代基。(4)加入重水检出活泼氢。加入重水检出活泼氢。3IR法:法:(1)官能团的检出。官能团的检出。(2)有关芳香环
3、的信息有关芳香环的信息(有无芳香环以及电负性不强的取代有无芳香环以及电负性不强的取代 基位置基位置)。(3)确定炔烃、烯烃,特别是双键类型的判断。确定炔烃、烯烃,特别是双键类型的判断。4MS法法(1)从分子离子峰及其同位素峰确定分子量、分子式从分子离子峰及其同位素峰确定分子量、分子式(并并非总是可能的非总是可能的)。(2)CI、Br、S等的鉴定等的鉴定(从从M十十2、M十十4峰峰)。(3)含氮原子的推断含氮原子的推断(氮规则、断裂形式氮规则、断裂形式)。(4)由简单的碎片离子与其它图谱资料的相互比较由简单的碎片离子与其它图谱资料的相互比较,推测官推测官能团及结构片段。能团及结构片段。5UV法:
4、法:(1)判断芳香环的存在。判断芳香环的存在。(2)判断是否有共轭体系存在。判断是否有共轭体系存在。(3)由由Woodward一一Hieser规则估算共轭双键或规则估算共轭双键或、一不饱和醛酮的一不饱和醛酮的max。72 光谱解析的一般程序(从送样到定结构)光谱解析的一般程序(从送样到定结构)1.测试样品的纯度:测试样品的纯度:作结构分析,样品应是高纯度的。应事先做纯度检验。作结构分析,样品应是高纯度的。应事先做纯度检验。另外,考察样品中杂质的混入途经也是很重要的。另外,考察样品中杂质的混入途经也是很重要的。有些实验,可用于混合物的定性分析,如有些实验,可用于混合物的定性分析,如GC/MS H
5、PLC/MS,GC/IR2做必要的图谱及元素分析。先选择性做几个重要、方做必要的图谱及元素分析。先选择性做几个重要、方便的,再根据情况做其他谱。便的,再根据情况做其他谱。3分子量或分子式的确定:分子量或分子式的确定:(1)经典的分子量测定方法)经典的分子量测定方法 可用沸点升高、凝固点降低法、蒸汽密度法、渗透压法。可用沸点升高、凝固点降低法、蒸汽密度法、渗透压法。有些样品可用紫外光谱根据有些样品可用紫外光谱根据Beer定律测定分子量。误差定律测定分子量。误差大。大。大分子可用排阻色谱测定。大分子可用排阻色谱测定。(2)质谱法)质谱法 高分辨质谱在测定精确分子量的同时,还能推出分子式,高分辨质谱
6、在测定精确分子量的同时,还能推出分子式,这是有机质谱最大的贡献。这是有机质谱最大的贡献。低分辨质谱由测得的同位素丰度比也可推出分子中元素低分辨质谱由测得的同位素丰度比也可推出分子中元素的组成,进而得到可能的分子式。的组成,进而得到可能的分子式。(3)结合核磁共振氢谱、碳谱推测简单烃类等分子的分)结合核磁共振氢谱、碳谱推测简单烃类等分子的分子式。子式。(4)综合光谱材料与元素分析确定分子式综合光谱材料与元素分析确定分子式(a)确定碳原子数:确定碳原子数:从从13C-NMR宽带去偶谱的吸收峰数,得出碳原子的类宽带去偶谱的吸收峰数,得出碳原子的类型数。在分子无对称因素的条件下,一条谱线即为一个型数。
7、在分子无对称因素的条件下,一条谱线即为一个碳。碳。如用反转门控去偶法得到的谱图,峰高才与碳数成比例。如用反转门控去偶法得到的谱图,峰高才与碳数成比例。算出峰高总和,即可求出碳原子数。算出峰高总和,即可求出碳原子数。(b)确定氢原子数:确定氢原子数:从从13C-NMR(DEPT)及二维谱的各种信号可以得到与碳及二维谱的各种信号可以得到与碳原子相连的氢原子数,可简单的计算出碳上质子的总数原子相连的氢原子数,可简单的计算出碳上质子的总数HC。此数可与从此数可与从1H-NMR的积分强度计算得到的氢原子数的积分强度计算得到的氢原子数HH相比较。若相比较。若HH比比HC过量几个氢原子数,此过量的氢原子过量
8、几个氢原子数,此过量的氢原子数与样品重水取代后的数与样品重水取代后的1H-NMR测定中所减少的质子数相测定中所减少的质子数相对应,则这几个氢原子为活泼氢。对应,则这几个氢原子为活泼氢。(c)确定氧原子数确定氧原子数 由由IR确定有无确定有无OH、C=O和和C-O-C的特征吸收谱带以及前的特征吸收谱带以及前面提到的由面提到的由13C-NMR和和1H-NMR求得的氢原子数之间有无求得的氢原子数之间有无差别,或从有无差别,或从有无C=O或或C-O峰来确定含氧原子的可能性,峰来确定含氧原子的可能性,并可进一步用并可进一步用13C-NMR,1H-NMR和和MS等有关峰数确定。等有关峰数确定。若若MS中的
9、分子离子峰是奇数时,此时含中的分子离子峰是奇数时,此时含N原子,研究是原子,研究是否含硝基或亚硝基。否含硝基或亚硝基。可由元素分析氧含量推测氧原子个数。与波谱数据对照。可由元素分析氧含量推测氧原子个数。与波谱数据对照。(d)确定氮原子数确定氮原子数 可由元素分析氮含量推测氮原子个数。与波谱数据对照。可由元素分析氮含量推测氮原子个数。与波谱数据对照。若若MS中有分子离子峰且中有分子离子峰且m/z为奇数时,分子中应含奇为奇数时,分子中应含奇数个氮。分子量和从数个氮。分子量和从ac项计算的分子量之间差为项计算的分子量之间差为14的整的整数倍或者只用上述数倍或者只用上述ac各项而在图谱中还有不能说明的
10、问各项而在图谱中还有不能说明的问题时,可能有氮原子。应由题时,可能有氮原子。应由IR研究相应的官能团,并检查研究相应的官能团,并检查是否尚有不能用是否尚有不能用b解释的地方解释的地方(b即指即指HH-HC之差值之差值),进一,进一步检查备图谱中相应吸收峰,以确定氮原子数。步检查备图谱中相应吸收峰,以确定氮原子数。(e)确定卤素原子数确定卤素原子数 从从MS中中M、M+2、M+4很容易确定是否含有很容易确定是否含有Cl和和Br原原子及它们的个数。子及它们的个数。由于碘和氟元素中只含一种同位素,因此它们没有同位由于碘和氟元素中只含一种同位素,因此它们没有同位素峰。素峰。如果注意到质谱峰与上述各项所
11、确定的不一致时,在大如果注意到质谱峰与上述各项所确定的不一致时,在大多数情况下,能确定是有卤素原子存在。多数情况下,能确定是有卤素原子存在。可由元素分析卤素含量推测卤素原子个数。与波谱数据可由元素分析卤素含量推测卤素原子个数。与波谱数据对照。对照。(f)确定硫、磷原子确定硫、磷原子 如果在如果在ae项的讨论中,还剩有未解决问题时,应主要项的讨论中,还剩有未解决问题时,应主要利用利用IR检查是否含有相应的官能团,以确定是否含有硫、检查是否含有相应的官能团,以确定是否含有硫、磷。磷。由于有关重键、完全不含有与氢相连结的由于有关重键、完全不含有与氢相连结的C-S-C键及键及C-S-S-C键等,在键等
12、,在IR中并不显示强的吸收带,从其它图谱也中并不显示强的吸收带,从其它图谱也只能得到间接的信息,所以应从整体综合判断确定硫和磷只能得到间接的信息,所以应从整体综合判断确定硫和磷原子,当然从原子,当然从MS中也可以得到是否含硫原子的信息。中也可以得到是否含硫原子的信息。3计算不饱和度计算不饱和度 分子式确定后,可方便的按下式计算出不饱和度来:分子式确定后,可方便的按下式计算出不饱和度来:U=n4+1+(n3-n1)/2 4各部分结构的确定。各部分结构的确定。(a)不饱和类型不饱和类型 红外光谱和核磁共振可用于判断红外光谱和核磁共振可用于判断C=O、C=N等不饱和等不饱和类型。类型。UV可用于共轭
13、体系的判断。可用于共轭体系的判断。(b)官能团和结构单元官能团和结构单元 鉴定可能存在的官能团和部分结构时,各种光谱要交鉴定可能存在的官能团和部分结构时,各种光谱要交替参照,相互论证,以增加判断的可靠性。替参照,相互论证,以增加判断的可靠性。表表7-1 主要的主要的结结构构单单元与各种元与各种图谱图谱之之间间的关系的关系结结构构13C-NMR(ppm)1H-NMR(ppm)IR (cm-1)MS (m/z)CH3082之之间间(q,四重四重峰)确定,峰)确定,也能知道也能知道CH3数。数。DEPT确定。确定。在在05之之间间,从,从质质子数可确定子数可确定是是CH3,CH2,或或CH,由分裂由
14、分裂谱谱型和出型和出现现的位的位置,有可能推置,有可能推测测出其相出其相邻邻部部分机构。分机构。1460,1380,特,特别别在在1380是是CH3的特征的特征谱谱带带,能推断有否异丙,能推断有否异丙基、叔丁基,基、叔丁基,支支链链上上有甲基有甲基时时有有15或或M-15.CH2CH082之之间间的化学位移的化学位移(t,三重峰)和(三重峰)和(d,二重峰)确定,二重峰)确定,DEPT确定。确定。CH2有有1470,由于相,由于相邻邻官能官能团团的不同会有的不同会有一些位移,一些位移,难难于得到于得到CH的信息的信息 有有CH2则则相差相差14季碳季碳原子原子 由位于由位于082之之间间的的化
15、学位移(化学位移(s,单单峰)峰)确定,确定,难难于推断与其于推断与其相相邻邻的部分的部分结结构。构。DEPT确定。确定。不能得到直接不能得到直接信息信息难难于得到直接信息于得到直接信息 叔丁基叔丁基(t-4H9)57,C=C 82160至少需要至少需要有有2个个C的吸收峰,的吸收峰,用用CH2=(t),CH=(d),C=(s)的的组组合可确定各种合可确定各种类类型。型。在在48。由。由质质子子数和自旋数和自旋-自旋自旋裂分能推断出裂分能推断出各种各种类类型型 1650(分子(分子对对称称时时不出不出现现),在),在1000600可推断可推断出各种取代出各种取代类类型型 烯烯丙基开裂丙基开裂产
16、产生生41、55、69 CC 65100 若有若有氢氢,在在23 22602100,如,如果有果有氢氢原子在原子在33103300出出现现吸收吸收带带 26芳香芳香环环 82160(芳(芳杂环杂环175),由(),由(s)或或(d)和吸收峰形状,和吸收峰形状,能推断出取代方式,能推断出取代方式,68,质质子数大子数大致能推断出取致能推断出取代基数,从裂代基数,从裂分分谱谱型大致能型大致能推断出取代基推断出取代基的系的系统统、取代、取代方式。方式。首先看首先看16001500的吸的吸收收谱带谱带,然后用,然后用900600可推断可推断出取代出取代类类型。型。有苯有苯环时环时,出出现现77、65、
17、51、39,结结构构13C-NMR(ppm)1H-NMR(ppm)IR (cm-1)MS (m/z)C=O羧羧基基酯酯酰酰胺胺醛醛酮酮 155225 160180(s)160180(s)(s)155177 (d)174225 (s)174225 没有直接信息没有直接信息 在在R-COO中与中与其相其相邻邻的的烷烷基基质质子在子在3.65 58.5 910.5 与其相与其相邻邻的的烷烷基基质质子在子在2.12.6519501650酸酸 60、74酯酯 R-CO(R若是若是烷烷基,基,则则43、57、71其中之其中之一肯定有一个一肯定有一个强强峰,甲峰,甲酯酯74、乙、乙酯酯88)酰酰胺胺 44
18、醛醛 (M-1)酮酮 R-CO(同同酯酯,43、57、71)结构13C-NMR(ppm)1H-NMR(ppm)IR (cm-1)MS (m/z)OHNH 没有直接信没有直接信息,与其相息,与其相连连的碳原子的碳原子的吸收峰与的吸收峰与烷烷基碳原子基碳原子相比相比,向低向低场场位移。位移。在很大范在很大范围围内出内出现现信号。加入重信号。加入重水,吸收峰水,吸收峰发发生生变变化。化。在在35503100很很宽宽的范的范围围内内有很有很强强的吸收的吸收,1300900能能确定出各种醇确定出各种醇的的类类型。型。35003100有有中等中等强强度或度或强强的窄的吸收的窄的吸收带带。(M-H2O)+(
19、RCH=OH)+,31,45,.(RCH=NH2)+,30,44.结结构构13C-NMR(ppm)1H-NMR(ppm)IR (cm-1)MS (m/z)CN 117126 没有直接信息没有直接信息 22752215(M-HCN)+41,54等等NO2 没有直接信没有直接信息息 没有直接信息没有直接信息C-NO2 15801500 13801300O-NO2 16501620 12801270N-NO2 16301550 13001250 46结结构构13C-NMR(ppm)1H-NMR(ppm)IR (cm-1)MS (m/z)含硫含硫官能官能团团 没有直接信没有直接信息息除除SH外没有直外
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