北师大版有机化学第8章-现代物理实验方法的应用.ppt

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1、现代物理实验方法在有机化学中的应用 第八章第一节 电磁波谱的一般概念=c/c=31010cm/s=频率，单位：S-1,赫（HZ）；=波长，单位：cm，m,nm等=1/=波数，即在1cm长度内波的数目，单位：cm-1一、光的频率与波长二、光的能量及分子吸收光谱 E=h=hc/h-普郎克常数（6.62610-34J.S）1.光的能量2.分子吸收光谱第二节 紫外和可见吸收光谱(uv)Ultraviolet Spectrum一、朗勃特比尔定律和紫外光谱图1Lambert-Beer定律A:吸光度；：摩尔吸收系数c：溶液物质的量浓度 I0：入射光强度L：液层的厚度；I：透射光强度 2紫外光谱的产生 物质分

2、子吸收一定波长的紫外光时，电子发生跃迁所产生的吸收光谱称为紫外光谱。443紫外光谱的表示方法数值表示法:用max和max表示图谱表示法（P191图8-3），价电子类型(键电子、键电子和未成键的n 电子)*n*n*n1.电子跃迁的类型二、紫外光谱与有机分子结构的关系（1）*跃迁 饱和烃 max200nm（2）n*跃迁 饱和醇、醚、胺、卤化物等 max200nm（3）n*跃迁max=200400nm 由 n*跃迁引起的吸收带称为R吸收带，其特点为吸收峰很弱，max 104。共轭双键增加，max向长波方向移动，max也随之增加。E1带E2带B带E1E2B（5）芳香族化合物有三个吸收带2.紫外光谱常用

3、术语 红移：最大吸收峰波长移向长波。蓝移：最大吸收峰波长移向短波。生色基：产生紫外（或可见）吸收的不饱和基团，如：C=C、C=O、NO2等。助色基：其本身在紫外或可见光区不显吸收，但当其与生色基相连时，能使后者吸收峰移向长波或吸收强度增加（或同时两者兼有），如：-OH、-NH2、Cl等。三、紫外光谱与有机化合物分子结构的关系 一般紫外光谱是指200400nm的近紫外区，即紫外光谱适用于分子中具有不饱和结构，特别是共轭结构的化合物。第三节 红外光谱(I R)Infrared Spectroscopy 红外光谱是指以连续波长的红外线为光源照射样品产生的吸收光谱。红外光谱是由于分子的振动能级的跃迁而

4、产生的一、红外光谱图的表示方法P195图8-5 红外光谱图用波长（或波数）为横坐标，用透射百分率（T%）为纵坐标表示吸收强度。二、分子的振动与红外光谱的基本原理（1）伸缩振动成键原子沿着键轴的伸长或缩短（键长发生改变，键角不变）。1分子的振动类型（2）弯曲振动引起键角改变的振动2振动频率（振动能量）:化学键的振动频率k：化学键的强度（力常数k），m1和m2：原子的质量三、红外光谱与分子结构的关系多原子分子有3n-6种振动方式1特征吸收峰和指纹区官能团区：=40001400cm-1 主要是由化学键和官能团的伸缩振动产生的,故称为特征吸收峰(或官能团区)。在官能团区,吸收峰存在与否可用于确定某种键

5、或官能团是否存在,是红外光谱的主要用途。吸收峰密集而复杂，像人的指纹一样，所以叫指纹区。在指纹区内，吸收峰位置和强度不很特征，很多峰无法解释。但分子结构的微小差异却都能在指纹区得到反映。因此，在确认有机化合物时用处也很大。如果两个化合物有相同的光谱，即指纹区也相同，则它们是同一化合物。指 纹 区:=1400400cm-1 2相关峰 一种基团可以有数种振动形式，每种振动形式都产生一个相应的吸收峰，通常把这些互相依存而又互相可以佐证的吸收峰称为相关峰。例如:炔烃1).烷基2).烯基3).炔基4).芳基第四节 核磁共振谱（NMR）Nuclear Magnetic Resonance 广西首台500兆

6、核磁共振谱仪(广西师范大学核磁共振室)2003年凡是自旋量子数I不等于零的原子核，都可发生核磁共振但到目前为止，有实用价值的实际上只有1H（I=1/2），叫氢谱，常用1HNMR表示；13C（I=1/2）叫碳谱，常用13CNMR表示。一、基本知识1.核的自旋与磁性 由于氢原子核是带电体，当自旋时，可产生一个磁场，形成磁矩。I=1/2的核，自旋状态有两种：ms=+1/2和ms=-1/2 磁矩在外磁场中的取向是量子化的，取向数为2I+1个每一个取向都可以用一个自旋磁量子数ms来表示，ms=I，I-1，I-2.两个能级之差为E：r为磁旋比，一个核常数，h为Planck常数，6.62610-34J.SB

7、02.核磁共振现象ms=+1/2ms=-1/2h03.核磁共振谱仪及核磁共振谱的表示方法（1）核磁共振谱仪基本原理示意图 2.核磁共振谱图的表示方法固定B0,改变,叫扫频;固定,改变B0,叫扫场B0频率二、屏蔽效应和化学位移1屏蔽效应 这种由于电子产生的感应磁场对外加磁场的抵消作用称为屏蔽效应B0氢核感受到的有效磁场 B有效=B0B感应所以,外加磁场的强度要增加才能使质子的能级发生跃迁 质子周围的电子云密度越大，屏蔽效应也越大，即在更高的磁场强度中才能发生跃迁 P204氢核在分子中的化学环境不同，而显示出不同的吸收峰,峰与峰之间的差距称为化学位移。2.化学位移B03化学位移值 化学位移值的大小

8、，可采用一个标准化合物为原点，测出峰与原点的距离，就是该峰的化学位移值，一般采用四甲基硅烷为标准物（代号为TMS）。如乙炔上的氢 60MHz,108Hz 100MHz,180Hz 标准化合物TMS的值为0。用相对值表示化学位移:4.影响化学位移的因素（1）诱导效应1值随着邻近原子或原子团的电负性的增加而增加2 值随着H原子与电负性基团距离的增大而减小3 烷烃中H的值按伯、仲、叔次序依次增加（2）电子环流效应苯去屏蔽作用也叫反屏蔽作用烯烃、醛中质子也受到了反屏蔽，吸收峰移向低场，值增大（:=CH2 4.57.5，醛 9.80.3，苯7.41.0）乙炔质子受到了屏蔽，吸收峰移向高场，值减小：1.8

9、0.1感应磁场三、峰面积与氢原子数目 在核磁共振谱图中，每一组吸收峰都代表一种氢，每种共振峰所包含的面积是不同的，其面积之比恰好是各种氢原子数之比。B0B0四、峰的裂分和自旋偶合这种使吸收峰分裂增多的现象称为峰的裂分1峰的裂分乙醇2自旋偶合 裂分是因为相邻两个碳上质子之间的自旋偶合（自旋干扰）而产生的。（1）自旋偶合的产生溴乙烷：Hb三重峰，Ha四重峰两个Ha的自旋组合方式：三重峰的面积之比为 1:2:1分子中位置相邻的碳上H间自旋的相互影响称为自旋偶合（2）偶合常数 P207偶合使得吸收信号裂分为多重峰，多重峰中相邻两个峰之间的距离称为偶合常数（J）,单位为赫（Hz）。等性氢之间不产生信号的

10、自旋裂分J J相互干扰的两个质子，其偶合常数必然相等。J J J3裂分峰数的计算(1)n+1规则：相邻氢核是等性质子（n个）时，核磁共(2)振信号峰裂分成n+1重峰(2)当相邻氢核是有几种磁不等性氢时，裂分峰数为（n+1）（n+1）（n+1）五、化学等同和磁等同的质子P208如果分子中两个质子处于相同的化学环境，那么这两个质子是化学等同的质子，否则是化学不等同的质子，化学等同的质子具有相同的化学位移，反之则不一定。与手性碳原子相连的上的两个质子是化学不等同的注意环上的CH2P209如果两个质子化学等同，且对组外任何一个质子核的偶合作用强度相同（即J值相同）则两质子是磁等同的磁不等同的质子肯定是化学等同的，化学等同的质子不一定是磁等同的。单键带有双键性质如果化学等同的质子也是磁等同的，且两组质子的化学位移和偶合常数满足/J 6，则产生的氢谱称为一级谱图。一级谱图1.裂分峰数目符合n+1规律，峰面积之比等于二项式展开式系数之比。2.和J 可从图中直接读出。例:某分子式为C5H12O的化合物，含有五组不等性质子，从NMR谱图中见到：a 在=0.9处有一个二重峰(6H)b 在=1.6处有一个多重峰(1H)c 在=2.6处有一个八重峰(1H)d 在=3.6处有一个单峰(1H)e 在=1.1处有一个二重峰(3H)