第八章现代物理实验方法在有机化学中的应用

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1、第八章第八章 现代物理实验方法在有现代物理实验方法在有机化学中的应用机化学中的应用【目的要求】【目的要求】1 1、了解电磁波谱与分子吸收光谱的关系；、了解电磁波谱与分子吸收光谱的关系；2 2、掌握红外光谱、核磁共振谱的基本原理和应、掌握红外光谱、核磁共振谱的基本原理和应 用；用；3 3、了解紫外光谱和质谱的基本原理和应用；、了解紫外光谱和质谱的基本原理和应用；4 4、掌握紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱与分、掌握紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱与分 子结构的关系；子结构的关系；5 5、能对较简单的红外光谱和核磁共振谱的谱图、能对较简单的红外光谱和核磁共振谱的谱图 进行解析。进行解析。第一节第一节

2、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 6.626*1034J/S E是获得的能量是获得的能量 紫外光

3、的波长较短（一般指紫外光的波长较短（一般指100200nm）。能量）。能量较高，当它照射到分子上时，会引起分子中价电较高，当它照射到分子上时，会引起分子中价电子能级的跃迁。子能级的跃迁。 核磁共振谱的能量更低（一般指核磁共振谱的能量更低（一般指60250MHz，波，波长约长约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。 红外光的波长较长（一般指红外光的波长较长（一般指2.525m），能量稍），能量稍低，它只能引起分子中成键原子的振动和转动能低，它只能引起分子中成键原子的振动和转动能级跃迁。级跃迁。分子吸收光谱分子吸收光谱可分为三类：可分为三类： 1转动光谱转动

4、光谱 2振动光谱振动光谱 3电子光谱电子光谱 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： *： 第一种方式是第一种方式是n*未未共用的电子激发跃入共用的电子激发跃入*轨道，产生吸收带称为轨道，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*，这种跃迁所需的能量大于这种跃迁所需的能量大于上述的上述的n*，故醇、醚，故醇、醚均在远

5、紫外区才出现吸收均在远紫外区才出现吸收带。带。 二、朗勃特二、朗勃特比尔定律和紫外光谱比尔定律和紫外光谱图图 1朗勃特朗勃特比尔定律比尔定律A =EcL = -logII0A= -logII0c：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。 以波长（以波长（）为横坐标作图得紫外光吸收）为横坐标作图得紫外光吸收曲线，即紫外光谱图。曲线，即紫外光谱图。 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

6、、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），吸收峰波长一般在峰波长一般在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。 特点：一宽峰。其波长在特点：一宽峰。其波长在230nm270nm之间，中心之间，中心在在254nm，约为约为204左右。左右。E吸收带为把苯环看

7、成乙烯键和共轭乙烯键吸收带为把苯环看成乙烯键和共轭乙烯键*跃迁所引起的吸收带。跃迁所引起的吸收带。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-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

8、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。助色基：含有未共用电子的基团如：助色基：含有未共用电子的基团如：NH2、NR2、OH、Cl、Br等等。可产生等等。可产生p-共轭作用，（形共轭作用，（形成多电子共轭体系），常使化合物的颜色加深。成多电子共轭体系），常使化合物的颜色加深。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、解图注意事项意事项 四、图解析实例四、图解析实例 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

9、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：=m1m2m1+ m2=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。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 ： 只有偶极矩大小或方向有一定改变的振动只有偶极矩大小或方向有一定改变的振动才能吸收红外光而发生振动能级跃迁。才能吸收红外光而发生振动能级跃迁。 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28

10、503000cm1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例：例： CH3CH=O C=O 1730

11、cm1， 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 CRClOCRNH2OC=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。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 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。