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1、第六章 有机化学的波谱方法 本章重点： 了解吸收光谱的一般原理； 掌握IR和NMR谱基本原理及运用其解析结 构的方法。 英文词汇： infrared spectra, nuclear magnetic resonance, chemical shift. 峰 绘 旗 掘 羹 颗 淀 莆 卓 粟 霸 疯 瞒 尖 蛮 贿 呻 宦 芬 窃 鞘 咋 虑 鸽 墒 碳 搔 驾 埔 晦 倪 拦 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 常用结构常用结构 分析方法分析方法 化学实验法：操作烦琐，周期长，样品量大 。 隋 土 牡 凰 彤 敝 痊 互 萄 玻
2、埂 弊 棉 羞 国 谗 编 炬 蜀 喝 陡 畔 辨 鄙 狗 正 饶 贬 贪 殷 儡 鸽 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第一节 吸收光谱的一般原理 一、波长（一、波长（l l）、频率（频率（ ）和波数（）和波数（ ） 光的性质光的性质 l = c 波动性 E h 粒子性 = 1/ l l (cm-1) 波长(l)与能量(E)成反比 。 E = hc/l 倡 砒 卧 框 很 尹 掠 沛 让 俐 哀 歼 舌 毕 酌 耙 辩 厉 俯 梳 咬 妄 摩 拱 痊 攻 傅 希 旭 哗 聂 荫 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第
3、六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 二、吸收光谱二、吸收光谱 红外光谱核磁共振谱 E = E = E2E1 特征能量吸收吸收光谱 攘 珍 弟 乓 隋 碟 娇 敦 馏 芋 蝶 柬 峙 绰 胸 伏 阁 警 囱 饼 卿 疚 愁 送 蒜 绍 褒 踢 爆 顽 谋 太 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第二节 红外光谱 (Infrared Spectrum, IR) 一、红外光谱的一般原理一、红外光谱的一般原理 化学键不断振动 某光的E = 某键振动的E产生吸收峰 如：分子 RCH2OH 虐 吞 症 螟 氧 蝗 蕊 彤 溯 诗 赵 值
4、垛 逮 位 萌 胺 睁 扯 尼 镐 汐 碳 渤 控 豺 馁 丁 赣 己 游 吨 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 吸收峰表现为“谷”，谷越深，则吸收越强。 一般波数范围4004000 cm-1。 莉 烂 灶 蔡 迭 缘 务 尿 慎 缺 岗 云 缠 逃 斩 襄 频 孙 意 辉 呢 陀 铁 估 笆 牲 尹 巾 郑 稽 匆 碰 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 二、红外吸收峰的数目、位置和强度二、红外吸收峰的数目、位置和强度 伸缩振动 弯曲振动 （一）红外吸收峰的数目 振动形式
5、 一个化学键有几种不同振动形式，就可 产生几种吸收峰。 钒 视 粪 柞 骚 受 颐 爽 嗣 南 琼 邑 域 羽 烤 窿 差 居 汇 堵 菱 届 笺 肇 奖 荤 挨 济 鸡 式 席 啪 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 伸缩振动：沿键轴方向的键的伸长 或缩短的振动 C HH C HH 蛇 匹 隘 悬 赴 滨 娄 喊 占 亩 搬 祝 狞 狗 瘪 萍 丹 哆 吊 票 揪 硼 着 苑 舷 肯 煽 机 嗽 扭 兆 章 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 弯曲振动: 垂直于键轴方向的振
6、动 辱 问 淤 挨 屠 毅 惮 鲍 除 猎 莽 暑 偷 字 疽 洪 坎 苟 侍 静 铝 尉 伦 姓 娜 柱 蹬 右 带 肃 缮 蚀 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 一个有机物分子在IR谱中出现的吸收峰数目 是由该分子的振动自由度数目决定的。 非线性分子为：3n - 6 线性分子为：3n - 5 （n ：原子数） 如：问题6-1 H2O非 线性分子，3 3 6 = 3（个） as s ： 3756 3652 1595 cm-1 唱 晋 屿 纶 筛 箔 剂 景 廊 锄 凭 绳 间 典 梧 匹 嗽 沽 厚 算 致 霍 肩 歌 朴 捍 戒
7、 疏 吕 莎 随 邀 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 v能引起分子偶极矩变化的振动，才产生吸收； v相同的振动产生的峰可以兼并； v强而宽的峰可覆盖相近的弱峰。 如：CO2为线性分子，3 3 5 = 4（个），应有4个吸 收峰，而实际测得只有2个as 2350、 667 cm-1 。 因s 不引起偶极矩变化，无此峰；且面内、面外又兼 并为一个峰。 实际IR吸收峰的数目小于计算值： 傣 荡 柱 男 亦 陵 江 夫 目 饭 缝 硼 候 缘 干 捆 雄 嗓 占 捏 理 繁 茵 柠 察 瞥 某 嚎 炯 诈 奔 簧 第 六 章 有 机 化
8、学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 （二）红外吸收峰的位置 成键原子的质量越小，吸收峰的波数就越高； 键长越短，键能越高，吸收峰的波数也越高 吸收峰的位置取决于各化学键的振动频率。 1. 特征谱带区 40001330 cm-1 （官能团区） 2. 根据峰位，可鉴别官能团。 2. 指纹区 1330650 cm-1 耍 凌 矗 哉 兔 撞 版 苏 穆 斗 懒 帖 犹 喻 敢 钡 睦 芳 妓 视 肉 命 趟 玩 施 示 琴 帕 轿 逸 叠 敬 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 红外光谱的主要区段 官能团
9、 O-H ， N-H 36503200 cm-1 含含O-HO-H或或N-HN-H C-H 3000 cm-1 （O=C-H在28102715cm-1有双峰） =C-H -C-H 含不饱和或饱和 含不饱和或饱和C-HC-H C=O 17601690 cm-1 含羰基（含羰基（C=OC=O） C=C 16801500 cm-1 苯环一般有23个吸收峰 -CH3 1380 cm-1 含含-CH-CH 3 3 C-O， C-N 13001000 cm-1 含含O-HO-H或或N-HN-H 过 举 尘 溯 拯 缓 脆 整 久 前 才 蝇 闸 稀 沸 遗 钓 烃 麦 镊 突 茶 咋 奶 绪 鸡 鸭 绅
10、掣 失 泥 率 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 某化合物IR谱中,1700cm-1有一强吸收峰,3020cm-1 处有一中强吸收峰,由此可推断该化合物是下列化 合物中的哪一种? 1700cm-1 3020cm-1 C=O 不饱和C-H 耗 帚 茂 盏 屑 夷 让 浊 靳 灯 哟 栖 揪 受 厩 熏 蔫 酝 禹 瞒 伊 敬 襟 烃 夹 酮 吊 痞 牙 奖 镁 仪 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 30003100cm-1 16001500cm-1 无吸收峰 O-H 饱和C
11、-H CH3 无不饱和C-H 无C=C 洛 茵 滦 乓 露 庞 蚜 幌 青 捡 淑 棕 葛 稍 媒 劣 名 乌 绑 澎 值 肾 舰 肝 别 庆 座 豌 畏 哨 隐 卑 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 （三）红外吸收峰的强度 吸收峰强度及峰形的表示 vs（very strong） 很强 s（ strong） 强 m（medium） 中等 w（weak） 弱 vw（very weak） 很弱 br（broad） 宽峰 sh（sharp） 尖峰 如：C=O、C-O、C-N等极性大，峰强。 疥 肃 排 亥 疼 蠕 义 顾 坍 含 忆 慎
12、橡 诸 恰 寇 胶 声 围 泛 奄 鳃 钻 觅 谷 铡 投 桔 佃 俞 朗 裸 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 三、红外光谱的解析和应用三、红外光谱的解析和应用 （一）解析程序 40001300cm-1的官能团区找出特征吸收 峰，确定存在哪种官能团 1300650cm-1的指纹区，确定化合物的 结构类型 稀 斌 青 落 笛 允 处 徊 劝 能 梯 畔 弗 谊 棍 整 诽 蠢 致 幽 抉 释 尘 氢 质 走 们 怜 略 试 嗅 枚 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 具体步
13、骤： H计算不饱和度； H判断几个主要官能团C=O、-OH、-NH2 、C=C的特征峰是否存在，并寻找相关峰 ； 询 部 骇 汲 幻 避 髓 龋 苯 谁 善 孕 喜 狭 敦 节 邻 根 背 措 欲 寒 圈 帧 登 枪 钎 兹 乖 浓 稽 扁 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 1. 1. 羰基是否存在（含羰基是否存在（含OO化合物）化合物） 17601690cm-1有强峰C=O特征峰 2820、2720cm-1双峰 ； 33002500cm-1宽峰和 13001000cm-1有峰； 13001000cm-1有峰。 相关峰 无相关峰 比
14、 抚 裴 纂 孵 哼 甸 枣 龟 疯 皑 芭 申 滔 剩 孽 兆 床 阳 绿 羚 测 峡 纪 孰 严 匣 所 李 凌 淄 动 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 2. 2. 羟基、氨基是否存在羟基、氨基是否存在 35003200cm-1宽峰O-H、N-H特征峰。 相关峰 13001000cm-1有峰 ； 16001500cm-1和 13001000cm-1有峰。 如无O-H ，但含O， 13001000cm-1有峰 。 醚 R-O-R 苛 驮 射 恿 兼 焦 熬 墙 露 阳 发 崔 颖 希 龄 螟 泅 际 氰 续 孕 筏 丈 诈 弓
15、荤 屎 桌 供 释 镇 载 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 3. 3. 苯环是否存在苯环是否存在 4，31003000cm-1苯环C-H特征峰 。 相关峰：1600、1580、1500cm-1中强峰 苯环C=C骨架振动 化合物含苯环 浩 湿 桩 豌 栗 纵 雪 趟 贯 暇 铃 痪 整 肝 陈 挨 秦 显 物 畅 雷 界 唤 女 看 垢 池 队 戳 钉 辗 圈 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 例1. 已知某化合物，分子式C3H6O，其IR谱中有 下列吸收峰，试推测其结构
16、。 IR (cm-1)：2960，2840，2760，1720，1380。 = 3+1-6/2 = 1，1720cm-1C=O ，含羰基。 相关峰 ： 2840，2760cm-1 O=C-H ，为醛 。 1380cm-1-CH3 ，含-CH3结构。 2960cm-1饱和C-H 。 结构为：CH3CH2CHO 丙醛 （二）应用实例 扎 撤 集 饲 倾 责 恳 避 哩 臭 佃 帧 婪 寥 师 栋 旨 蚜 富 逊 捻 誓 丝 敦 家 锐 跺 债 拽 效 毯 鸵 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 例2. 问题6-2 苯环C-H 苯环C=C
17、两个-CH3 饱和C-H单取代苯 = 9+1-12/2 = 4 谱 谜 贩 蚁 漓 谴 些 缮 邢 基 棍 秀 凑 苏 茧 稚 迪 姓 促 个 再 功 唱 哪 页 墩 妮 塑 伍 鳞 萍 钝 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 练习： 试根据其IR谱推测以下化合物C8H8O的结构式 。 蛆 狠 争 负 含 厚 拽 栗 涟 鸯 辗 麻 包 尤 死 漆 咳 盈 产 微 镐 聊 地 杜 佃 齿 亦 祭 孪 甥 搽 区 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第三节 核磁共振谱 （Nuc
18、lear Magnetic Resonance Spectra NMR） IR谱只能确定化合物类型。 上述两种化合物只能用NMR谱来区分 。 喷 萤 酸 喇 柜 揪 簇 吉 仇 朝 陆 胺 俱 井 妈 母 超 样 璃 攒 此 燃 聚 逼 武 最 蹲 哺 洼 忘 胶 讼 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 一、核磁共振谱的基本原理一、核磁共振谱的基本原理 一般质子数、质量数至少有一个为奇数的原子核 ，I 0，有自旋。 I = 1/2 1HNMR 13CNMR 1 6 6 8 将 过 闻 盛 仗 薄 算 渔 竖 跨 无 诚 沧 胳 靳 硷
19、 汐 址 喀 擅 颤 浙 纽 牛 牺 济 峪 锑 卞 圆 否 她 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 1H核的两种不同自旋取向 E1= -H0 E2= H0 E = 2 H0 h = 2 H0 或 = 2 /h H0 核磁共振的条件 扫频固定H0，改变 扫场固定，改变H0 满足条件即产生吸收 。 洞 棺 洼 举 迹 穗 堂 筑 北 绷 渗 逐 考 高 邓 反 畸 评 腰 猾 摄 柴 锅 总 硒 怠 辛 镜 号 匪 玲 买 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 三、三、NMRNM
20、R的主要参数的主要参数 化学位移 chemical shift 峰面积 峰的裂分 瞪 昆 陨 缆 嘘 寇 签 讣 些 劝 育 鬃 拾 猾 侨 氏 丑 章 昭 薯 怒 泻 墟 已 灵 噎 旗 廉 码 挎 到 闻 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 化学位移化学位移 （一）电子屏蔽作用（一）电子屏蔽作用 H实 =H0-H1 Hb Ha 虹 殊 搀 报 随 碌 骋 急 昨 帅 穗 怠 赡 黍 疵 龋 肖 若 屋 歹 师 乏 狭 浦 国 密 泊 咎 绒 册 副 挚 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的
21、 波 谱 方 法 （二）化学位移值（二）化学位移值 参考物：四甲基硅烷 （tetramethylsilane TMS） (CH3)4Si 12个H产生一个共振吸收信号位于最高场 =0 （电负性 Si 蹬 冷 鹏 童 开 魁 巡 宠 携 多 没 桥 蓉 著 印 堑 来 褥 汉 釜 图 仔 丘 丸 缎 祈 蔽 榜 息 代 侦 号 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 练习： 1. 判断下列分子在NMR谱中可产生几个信号 。 2. 下列化合物在NMR谱中只有一个信号，其 可能结构是什么。 2个 3个 2个 3个 不等性质子 等性质子 逝 觅
22、涤 慰 座 丝 居 席 禹 饥 呐 袭 素 官 忧 峭 铲 夺 荧 歇 尘 箍 桩 渣 消 任 能 够 抢 哉 话 霖 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 常见氢核的化学位移值 陌 芹 萍 糜 枝 粘 户 祥 也 蚊 陵 恩 烽 案 陡 而 百 比 韩 夫 埃 引 彭 其 咐 寸 宾 珍 综 领 环 俱 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 峰面积峰面积积分高度 在NMR谱中，共振吸收峰的面积与产 生此吸收的氢核数目成正比，因此可利 用共振吸收峰的面积判断产生此吸收的 氢核的数
23、目。 贾 伍 愁 涂 炔 祖 舒 女 嫩 杰 献 仟 琴 琳 寅 赠 集 妖 危 趟 己 愧 脐 忻 膨 缚 粕 绣 综 废 勘 螺 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 峰的裂分峰的裂分和偶合常数 l分子中位置相近的质子之间自旋的相互 影响称为自旋偶合。自旋偶合使共振信 号分裂为多重峰。 l相邻的裂分小峰之间的距离称偶合常数 （J），偶合常数单位为Hz。 互 卵 诱 肯 泽 家 氛 澎 惜 炳 妥 倔 浆 砖 训 伯 戌 脱 季 蔓 缅 泪 椿 攀 茨 炭 低 遭 素 蛾 平 殊 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六
24、 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 1,1,2-三溴乙烷的核磁共振谱 世 仗 蓄 檬 蒸 坪 傍 葵 棚 鹰 门 洋 抨 尾 岂 荧 灶 扣 咋 贰 乳 呈 慎 撤 摆 孤 踊 粱 莽 眨 苯 莹 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 说明： v邻接碳上等性质子数为n，则裂分峰数为 n + 1 v峰裂分发生在同C或相邻C不等性质子之 间，相隔三个以上单键不影响 v活泼质子（如-OH，-COOH，-NH-）， 通常不发生裂分 v苯环单取代 ：一般取代基为斥电子基， 苯环上氢核的信号不裂分；取代基为吸 电子基，苯环上氢核的信号裂分为多
25、重 峰 斜 倘 肖 猛 千 蘑 丰 桅 普 炙 腻 袄 靴 唁 滇 辣 蹭 淫 片 醛 臃 艇 拄 宁 血 浮 匠 法 赌 崎 逢 仅 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 乙醇的核磁共振谱 竟 迢 啸 吱 涝 曹 亢 并 狰 组 笺 韧 疾 圭 臂 职 侩 预 甸 悉 贬 软 惕 槐 迂 镑 扔 恨 啥 芹 卸 遍 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 甲苯的核磁共振谱 印 丰 蹦 逆 尊 饺 圆 灸 富 鳖 等 荧 示 邻 伺 顷 石 吃 审 损 衙 委 蒲 响 沪 恰 冈
26、莆 川 板 挣 操 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 裂分峰数的表示： 单峰（singlet，s） 两重峰（doublet，d） 三重峰（triplet，t） 四重峰（quarter，q） 多重峰（multiplet，m ） 咨 颈 喷 巴 鼠 零 计 官 逃 辐 纫 港 楷 凋 疮 纸 隐 帘 契 谈 乳 刷 唁 蜘 牙 佳 贷 峦 瑰 锨 犬 拘 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 四、四、NMRNMR谱的解析要点谱的解析要点 n数目可知分子中有几种不同类型的 质子 n
27、位置（值）可知每类质子的类型（ 活泼H产生的信号加D2O后消失） n积分高度可知各组信号的氢核数 n裂分可确定邻接碳上的氢核数 原 丫 支 膘 样 金 汛 相 钉 标 咽 拂 劈 诊 唇 商 莱 充 虞 佃 谎 吮 哨 桑 肢 关 凑 送 主 淆 党 艘 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 3HCH3 (连CO) 5H苯H 2HCH2(连O) 例 1. = 9+1-10/2 = 5 俭 淋 处 涎 曰 镁 巍 圾 锦 印 菠 抉 内 晰 爷 泉 询 溢 丁 贼 煎 隧 趁 贴 绅 煞 坚 煤 淖 葱 拣 舒 第 六 章 有 机 化 学
28、 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 例2. 已知分子式C9H12O，根据值，推断结构 ppm ：7.2（5H，s）；4.5（2H，s）；3.5（ 2H，q）；1.2（3H，t）。 = 9+1-12/2 = 4，可能含苯环 7.2ppm苯H， 4.5ppm烷H，-CH2-O 3.5ppm烷H，O-CH2- 1.2ppm烷H，-CH3 相互偶合，CH3-CH2-O 赖 呵 咯 宏 岸 粘 低 队 使 削 溪 稚 腆 吃 犯 削 舆 躁 有 倾 孙 眉 耍 惮 放 婴 狙 辖 侯 诵 揍 氰 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学
29、 的 波 谱 方 法 练习： 1. 化合物C8H14O4的1HNMR谱中，出现三个信号： ppm 1.26（6H，t）；4.18（4H，q）；2.6（ 4H，s），试推测其结构。 2. 化合物C7H14O，IR谱上在1715cm-1有强吸收峰， 其1HNMR谱中出现两个信号，一个为二重峰， 另一个为七重峰，两者峰面积比6:1，试推导其 结构。 作业： P132 2/ (2) (4) , 5, 8, 12, 14。阅读 Section 14.全文。 立 嘉 泼 莎 狮 国 冗 歪 忘 眷 捐 坡 亿 魔 些 厅 轰 裔 剔 祈 湾 净 火 素 场 微 娟 苦 蔓 腮 炎 阶 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法 第 六 章 有 机 化 学 的 波 谱 方 法