有机波谱综合解析

有机波谱综合解析
MS：确定化合物的分子量、分子式、含氮数、卤素等 ； UV：推测化合物有何种生色团，共轭体系类型和大小； IR：提供官能团的信息，特别是含氢基团、双键和三键基团；
1H-NMR：提供氢原子数目、含氢官能团类型及连接顺序； 13C-NMR：提供碳原子数目、类型。
在推导结构时以核磁共振谱图为基础，配合质 谱、红外、紫外等推出结构。因为核磁共振图谱规 律性强，可解析性高，信息量多，谱图多样。
波谱综合解析的一般步骤
（1）分子量和分子式的确定 分子量从质谱数据获得。 质谱图中确定分子离子峰，其质荷比 就是分子量。

分子式的确定方法
由质谱分子离子与同位素离子的丰度比计 算得到分子式 综合利用各谱学方法提供的信息确定分子 式 其他方法：质谱的精密分子量测定或元素 定量分析仪
综合利用各谱学方法提供的信息确定分子式
关，而与芳环上相连氢的个数有关）

1HNMR

化学位移6-8，烷基单取代一般产生一 个峰（宽），对位取代一般生成四个峰；其他 取代类型比较复杂； 13CNMR化学位移90-160； 质谱出现m/z=39，51，65，77系列峰； 紫外光谱出现B带。
（2）羰基的存在

红外 在双键区1700cm-1有强的υC=O 吸收峰。
（2）计算不饱和度
在解析过程及最终结果验证时，注意不饱和 度的一致性。
（3）找出结构单元
通过各种谱图中获得结构单元类型及数目的 信息。有的结构单元可能在各个图谱都有反映， 有些结构单元可能只在一种谱学方法中才有肯 定的结论。
4）计算剩余基团 分子式与已确定的所有结在




红外：游离OH伸缩振动υO-H3600cm-1 尖峰； 缔合OH伸缩振动υO-H 3300cm-1 又宽又强吸收峰； 氢谱：羟基化学位移无定值，可以通过重水交换 法证实； 碳谱 羟基在碳谱上不能直接反映，但与羟基相连 的碳原子化学位移移向低场； 质谱 醇类化合物一般不出现分子离子峰，常出现 M-H2O，M-H2O-C2H4碎片离子峰；断裂类型以α 断裂为主。

有机化合物波谱综合解析
波谱综合解析的含义：利用各种波谱分
析方法获得尽可能多的结构信息，通过 对各种波谱分析信息之间的相互对比、 印证，从而获得被分析化合物准确结构 的定性分析方法。 不同波谱分析方法在功能上既有重叠部 分，也有互补部分，在综合解吸时应该 充分发挥各自优势。 在条件允许的情况下，要充分关注 1HNMR和13CNMR，因为NMR提供数据 最丰富，可靠性最高。
MS裂解机理
例题2：UV(甲醇）：λmax=236 nm,(ε=8200), 300 nm(ε=3500), 1NMR, 13CNMR, IR, MS如下，推测结构：
主要依靠NMR，特别关注偶合常数关系，
积分关系，充分利用二维NMR，以及其 他特殊NMR技术，如DEPT, 结合IR, MS, UV-Vis等数据，将可能的碎 片合理连接。 最后充分利用所有波谱分析数据对可能 结构进行确证，排除所有不合理结构。
1.
例题1：根据提 供的IR, HNMR, 13CNMR和MS 推测结构
解：设MS中m/z250为M+峰，因该峰与相邻碎片离子峰 m／z 206(M-44)．m／z 178(M-72)之间关系合理,故m ／z 250为分子离子峰。分子量250为偶数，说明化合 物不含氮或偶数个氮。MS中无明显含S、F、C1、Br、I 的特征碎片离子峰存在。
13C
NMR谱中有12种化学环境不同的碳，由峰的相对强 度判断，分子中应含有14个碳。1H NMR谱中积分简比 (由低场至高场)为3：2：1：2：3：4：3，简比数字之 和为18．表明分子中至少含有18个H。由以上分析可知， 当N＝0时，O＝4，可能分子式为C14H18O14,当N＝2 时．O＝2.5．不合理应舍去，故该化合物的分子式为 C14H18O14，因UN＝6，所以分子中可能有苯基存在。

C≡C 65~100 芳香环 82~160（芳杂环~17 5），由（s）或(d)和 吸收峰形状，能推断 出取代方式， 若有氢,在2~3 6~8，质子数大致 能推断出取代基 数，从裂分谱型 大致能推断出取 代基的系统、取 代方式。
2260~2100，如果 有氢原子在3310~33 00出现吸收带
26
首先看1600~1500的 有苯环时，出现 吸收谱带，然后用9 77、65、51、39， 00~600可推断出取 代类型。
（3）结合核磁共振氢谱、碳谱推测简单烃类等分子的分子式。
(4)综合光谱数据与元素分析确定分子式
3．计算不饱和度
由分子式计算未知物的不饱和度 U = 1 + n4 + 1/2 ( n3 – n1)
推测未知物的类别，如芳香族(单环、稠环等)、脂肪
族(饱和或不饱和、链式、脂环及环数)及含不饱和官
能团数目等。
由位于0~82之间的化学 不能得到直接信 位移（s，单峰）确定， 息 难于推断与其相邻的部分 结构。 DEPT确定。
1460，1380，特别在1380 是CH3的特征谱带，能推 断有否异丙基、叔丁基，
支链上有 甲基时有15 或M-15.
CH2有1470，由于相邻官 有CH2则 能团的不同会有一些位移， 相差14 难于得到CH的信息
四 核磁共振氢谱 （1H）在综合光谱解析中的作用
核磁共振氢谱(1H NMR) 在综合光谱解析中主要提供 化合物中所含质子的信息：
1. 质子的类型：说明化合物具有哪些种类的含氢官能团。
2. 氢分布：说明各种类型氢的数目。 3. 核间关系: 氢核间的偶合裂分关系与氢核所处的化学 环境可以提供相邻碳原子上的氢原子数目，确定化合 物构型。
酰胺 醛 酮

11
• 综合以上信息，推断未知物 的结构是：
CH3 H3C
C
CH3
CH2OH
• MS中的主要碎片离子得到了如下解释:
CH3
CH2
+ OH m/e31 -2H
+ . CH2OH
H3C
CH3
H3C
C
CH3
C+
CH3
m/e88 -CH3
m/e57 -CH3 -H CH3 C +
12
m/e29 m/e73
C
最后，通 过谱图验证， 如果有质谱， 一般通过质谱 验证。
17
18
CH2
m/e41
• 某一未知化合物，其分子式为C13H16O4。已测定 它的红外光谱、核磁共振谱以及紫外吸收光谱.如 图，试确该未知化合物的结构。
750 730 1740 1220 1030
13
5 1
4
6
λmax 260nm(ε215)
14
解析: • 从分子式C13H16O4知道其不饱和度为6，因此未知 物可能是芳香化合物。对于这一点，很容易从如 下的光谱中得到证实。 • 红外光谱中在3100～3020cm-1处有一弱吸收带 υCH ，在1600和1500 cm-1处的两个吸收带是由苯 核骨架振动引起的。而730和700 cm-1处的两个中 强吸收带为δCH(面外)。这些都说明未知物分子 中存在着1个单取代苯环。 • 在核磁共振谱中δ7.25处的宽单峰，通过积分值指 出具有5个质子，也说明分子中存在着1个单取代 苯环。
第六章 综合解析
Combined UV, IR, MS, NMR
各种谱图解析时的要点：
• 1H-NMR法： – 确定质子总数和每一类质子数 – 区分羧酸、醛、芳香族(有时知道取代位置)、 烯烃、烷烃质子 – 从自旋偶合相互作用研究其相邻的取代基 – 加入重水检出活泼氢

（5）主要碎片离子峰－官能团
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四大光谱综合波谱解析
一般情况，由IR、1H NMR及MS三种光谱提供的数据，即可确定未知 物的化学结构。若不足，再增加13C NMR等。
在进行综合光谱解析时，不可以一种光谱 “包打天下”，各有所长，
取长补短，相互配合、相互补充。
如何利用紫外光谱，红外光谱、核磁共振光谱和质谱的资料推断结构、
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波谱综合解析步骤
4) 通过谱图解析确定存在的官能团以及结构单元 (1) 红外光谱
IR能给出大部分官能团和某些结构单元存在的信息，从谱
图特征区可以清楚地观察到存在的官能团，从指纹区的某些 相关峰也可以得到某些官能团存在的信息。
(2) 有机质谱
MS除了能够给出分子式和相对分子量的信息，还可以
某种波谱分析可能会产生反映某个原子团或官能 团存在最明显的谱峰，进而得出某个官能团明显存在 的结论，对进一步的谱图综合解析工作具有至关重要 的意义。
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波谱综合解析步骤
3)分子式的确定及不饱和度的计算
采用高分辨质谱分析可以获得分子的精确分子量并给出分
子式； 通过元素分析数据可以求出化合物的分子式； 低分辨质谱可以获得整数分子量数据，借助同位素峰的相 对强度根据Beynon表也可以得到化合物的分子式； 通过谱图综合解析获得基本结构单元,进而获得分子式； 根据确定的分子式计算出该化合物的不饱和度。
第五章 波谱综合解析
一、波谱综合解析方法
了解每一种有机波谱分析方法的特点，以及从哪个侧
面反映分子骨架和部分结构（基团或原子团）的信息。
不同分析方法获得的信息和数据在彼此相互补充和印证

2 9 1 11 2 5 2
③ 综合上述分析，推测未知物分子中存在如下结构单元： -NH2，-CH2-CH3， 3. 结构式的确定 根据以上结构单元，可以推测未知物分子结构如下： 4. 验证
（四）1H核磁共振谱图（1H-NMR）
1. 根据积分线和分子式计算分子中各类氢原子数 目，含氢基团类型及连接顺序。 2. 判断各类质子个数比。
3. 判断与杂原子、不饱和键相连的甲基、亚甲基
和次甲基。
二、 综合解析的一般程序
（一） 测试样品的纯度
可用各种各种方法来确定样品的纯度（如测
熔点：纯物质具有确定的熔点、沸点和折光率等，
1H-NMR谱图中在δ11附近有一单质子峰应对应羧基（－
COOH）中的氢原子，因此可推测分子中含有羧基（－ COOH）；所以推测分子中含有2个氧原子。
1H-NMR谱图
1H-NMR
从低场到高场各组峰的积分曲线高度比为1：2：2，
因此推测分子中存在5个氢原子（H）。
解：1. 确定分子式 ①MS可以看出分子离子峰在152处，可以推断未知物分子量为 152。分子量为偶数，可知分子中不存在奇数个氮原子。而 （M）与（M+2）峰的丰度比接近1：1，所以未知物分子中 可能含有一个溴原子（Br）。 ②1H-NMR从低场到高场各组峰的积分曲线高度比为1：2：2， 因此推测分子中存在5个氢原子（H）。 ③IR 2500～3200cm-1处有一宽峰说明存在羟基（-OH）， 1700cm-1处有一个强峰说明存在羰基（-C=O），而1H-NMR 谱图中在δ11附近有一单质子峰应对应羧基（－COOH）中的 氢原子，因此可推测分子中含有羧基（－COOH）；所以推 测分子中含有2个氧原子。 ④推断分子中所含的C原子数目为：

• UV：210nm以上无吸收，可判断分子中无共轭体 系，也无醛、酮羰基存在。
•3. 活泼氢的识别 OH, NH2, NH, COOH, CHO 等活泼氢的存
在可由IR谱、1H NMR谱的特征吸收来识别， 1H NMR 重水交换谱可进一步证实。对于某 些存在互变异构(如β-二酮的烯醇结构)的活泼 氢也可由此识别。除此之外，由分子中氢原 子的数目减去由偏共振去偶13C NMR谱计算 的与碳原子直接相连的氢原子的数目，剩余 氢亦为活泼氢。
复习题
1．在质谱分析中，试以分子中由双电子构成的σ键断裂过程说明均裂、异 裂和半异裂的含义。 2．在红外光谱分析中，习惯上把红外光谱图按波数范围分为四大峰区，每 个峰区都对应于某些特征的振动吸收。请简述各峰区的波数范围及对应的 特征振动吸收，并在每一峰区列举至少三种属于该类特征振动吸收的具体 化学键。 3．有机分子电子跃迁类型主要有哪些？请简要回答并画出简图进行说明。 4. 影响化学位移的因素有哪些？
• 13C NMR δ 114～117 范围的共振吸收峰为sp2杂化 碳的共振吸收，其中有 ,C=C, C=O基存在。
• 1H NMR δ 6～8的多组多重峰为烯烃和苯氢的共振 吸收峰。
以上推导的不饱和基在不同光谱中均有其特征吸收 峰，且与不饱和度相符。故分子中含有 ,C=C, C=O。
• 活泼氢的确定：
CH3 H3C C CH2 OH
CH3
4、 化合物的分子式为C4H6O2,其1H NMR 谱图(300MHz)如图所 示，谱图中δ12.5ppm峰重水交换后消失，推导其结构。
由以上分析可知，当N=0时，O=4，可能分子式 为C14H18O4。当N=2时，O=2.5，不合理应舍去。 故该化合物的分子式为C14H18O4 ，因UN=6

8.验证 根据综合光谱解析，拟定出未知物的分子 结构，而后需经验证才能确认。 ①根据所得结构式计算不饱和度，与由分子式计 算的不饱和度应一致。 ②按裂解规律，查对所拟定的结构式应裂解出的 主要碎片离子，是否能在 MS 上找到相应的碎 片离子峰。 ③核对标准光谱或文献光谱。 若上述三项核对无误，则所拟定的结构式可以 确认。
5．红外吸收光谱 用未知物的红外吸收光谱主要 推测其类别及可能具有的官能团等。
解析重点：
羰基峰是红外吸收光谱上最重要的吸收峰(在 1700cm-1左右的强吸收峰)，易辨认。其重要性 在于含羰基的化合物较多，其次是羰基在1H— NMR上无其信号，在无碳谱时，可用IR确认羰 基的存在。氰基(2240cm－l左右)等不含氢的官 能团，在1H—NMR上也无信号；此时IR是 1H—NMR的补充。
O C2H5
⑤1HNMR表明：
• 三种氢，比例为5：2：3。 • δ=7～8，多峰，五个氢，对应于单取代苯环， C6H5； • δ=3，四重峰，二个氢，对应于CH2，四重峰 表明邻碳上有三个氢，即分子中存在 CH2CH3片断，化学位移偏向低场，表明与吸 电子基团相连； • δ=1～1．5，三重峰，三个氢，对应于CH3， 三重峰表明邻碳上有两个氢，即分子中存在 CH2CH3片断。
三综合光谱解析示例
前面已分别介绍了综合解析的大致顺 序与重点 在下面列出的几个未知化合物中，提 供了它们的 UV 、 MS 、 IR 、 1HNMR 和13CNMR谱图或部分谱图。
(二)波谱解析综合示例
• 练习1：某化合物A的分子式为C9H10O，请解析 各谱图并推测分子结构。 • (1)紫外光谱：
⑥13CNMR表明：
• δ位于200，一种碳，对应于-C=O； • δ位于120～140，四种碳，对应于苯环； • δ 位于 30 ，三重峰，表明与两个氢相连，对应 于CH2； • δ 位于 10 ，四重峰，表明与三个氢相连，对应 于CH3。 • 综合上述分析，化合物可能结构为：

第五章 四种波谱的综合解析
UV：λmax 判断芳香或共轭体系； IR：分子中官能团； 1H-NMR：氢的类别、数目、相邻氢之间的关系 13C-NMR：分子中碳原子数及sp2分子式等。
四大光谱分析方法的原理及结构信息
分析方法
结构式
CH2 CH2 CH2 Cl
例2 根据如下谱图确定化合物（M=150）结构，并说明依据。
解：折算后M：M+1：M+2 = 100：9.96：0.84
查Beynon表（M=150），分子式C9H10O2 U= 1+9+(0-10)/2=5 IR：ν=C-H 3044cm-1；νC-H 2985cm-1；νC =O 1763cm-1；
1H-NMR：δH2.05，2H，多重峰，-CH2CH2CH2-； δH2.74，2H，三重峰， ArCH2CH2； δH3.48，2H，三重峰， CH2CH2Cl； δH7.20，5H，单峰，（烷基单取代）；
13C-NMR： δC 32（t），C-CH2-C， δC 34（t），ArCH2CH2 δC 44（t），C-CH2-Cl； δC 126，128（d），CH，苯环上未被取代的碳 δC 141（s），C，苯环上被取代的碳
13C-NMR： δC 9（q），CH3， δC 28（t），CH2-C=O δC 121～130（d），CH，苯环上5个未被取代的碳 δC 151（s），C，苯环上1个被取代的碳 δC 173（s），C=O
剩余分子量=150-CH3CH2-CO-C6H5=16（O） 结构式
O
O C CH2 CH3
断裂反应
拟出可能一个或几个结构式。
实际工作中不一定按照这种程序；不必四谱都用； 结构复杂有机化合物：除四谱外，与化学法配合； 不纯样品：分离和纯化(如蒸馏、重结晶、溶剂萃取、