PPT《第八章》

第八章 有机化合物的波谱分析 有机化合物的结构表征(即测定) ―― 从分子水平认识物质的基本手段,是有机化学的重要组成部分.

过去,主要依靠化学方法进行有机化合物的结构测定, 其缺点是:费时、费力、费钱,需要的样品量大.例如:鸦片中吗啡碱结构的测定,从1805年开始研究,直至1952年才完全阐明,历时147年. 而现在的结构测定,则采用现代仪器分析法,其优点是:省时、省力、省钱、快速、准确,样品消耗量是微克级的,甚至更少.它不仅可以研究分子的结构,而且还能探索到分子间各种集聚态的结构构型和构象的状况,对人类所面临的生命科学、材料科学的发展,是极其重要的. 质谱(mass spectroscopy 缩写为MS). 对有机化合物的结构表征应用最为广泛的是: 紫外光谱(ultraviolet spectroscopy 缩写为UV). 红外光谱(infrared spectroscopy 缩写为IR). 核磁共振谱(nuclear magnetic resonance 缩写为NMR). 8.1 分子吸收光谱和分子结构 波动性:可用波长(? )、频率(v )和波数( )来描述. 微粒性:可用光量子的能量来描述: 按量子力学,其关系为: 光是一种电磁波,具有波粒二相性. (a) 红外吸收光谱的定义 只有引起分子偶极距变化的振动才能产生红外吸收. 8.2 红外吸收光谱 红外吸收光谱是分子中成键原子振动能级跃迁而产生的吸收光谱. 8.2 分子振动与红外光谱 振动方程式: k:力常数,与化学键的强度有关(键长越短,键能越高,k越大) m1和m2分别为化学键所连的两个原子的质量,单位为克 即:化学键的振动频率(红外吸收峰的频率)与键强度成正比,与成键原子质量成反比. 化学键极性越强,振动时偶极距变化越大,吸收峰越强. 化学键的振动方式 伸缩振动 弯曲振动 亚甲基的振动模式: 分子中的化学键或基团产生特征的振动,会在特定的位置出现吸收峰 ―基团的特征吸收峰(特征峰) 8.2.2 有机化合物基团的特征吸收频率 特征频率: 最大吸收对应的频率 例如:羰基的特征频率为1850~1600 cm-1 影响化学键振动频率的因素: 键合原子的质量: 键合原子质量越小,其化学键的振动频率越高. 它们比CCC、CCN、 CCO键的振动频率高. 基团 化学键 频率范围(cm-1) 烷基C-H 2850-2950 羟基O-H 3200-3600 氨基N-H 3350-3500 化学键刚性越强,其振动频率越高. 化学键 频率范围(cm-1) 2100-2200 2240-2280 1620-1680

1630 -1780 化学键的相对刚性: 样品的处理: 纯样品:纯液体夹在两个NaCl 晶体片之间. 固体:与KBr混合后,压成薄片. 溶液:配制成CCl4或氯仿的溶液. 红外光谱的区域划分:

4000 -

1500 cm-1 伸缩振动吸收 官能团区(特征频率区) 1500-400 cm-1 伸缩振动与弯曲振动吸收 指纹区 官能团的特征吸收 化合物的特征吸收 表8.2 常见有机化合物基团的特征频率 化学键类型 频率(cm-1) 化学键类型 频率(cm-1) 伸缩振动 单键 双键 三键 8.2.3 有机化合物红外光谱举例 (1) 烷烃 伸缩振动

2960 ~

2850 cm-1 面内弯曲振动 (-CH2-)

1467 cm-1 (-CH3)

1380 cm-1 异丙基或叔丁基:双峰 图8.2 正辛烷的红外光谱图 1)2960 ~

2860 cm-1 时甲基及亚甲基C-H伸缩振动吸收峰. 2)1467 cm-1 和1380cm-1 分别是-CH2-和甲基C-H的剪切振动吸收峰. 3)720 cm-1 是(CH2)n,n≥4时直链烷烃-CH2-的吸收峰. 4)1380 cm-1 是-CH3的吸收峰. 2.烯烃 1. 3030cm-1 =C―H伸缩振动;

2. C―H 伸缩振动;

3. 1625cm-1 C=C伸缩振动;