第13章 波谱学基础知识
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波谱总复习一.名词解释:1.饱和:低能态与高能态核数趋于相等,吸收信号完全消失。
2. 驰豫:高能态的原子核不发射原来所吸收的能量由高能态回到低能态的过程。
(非辐射)3. 自旋一晶格驰豫(纵向驰豫):高能态的核自旋体系与其周围的环境之间的能量交换过程。
4. 自旋-自旋驰豫(横向驰豫):一些高能态的自旋核把能量转移给同类的低能态核,同时一些低能态的核获得能量跃迁到高能态,因而各种取向的核的总数并没有改变,全体核的总能量也不改变。
5. 屏蔽效应(Shielding effect)核外电子在与外加磁场垂直的平面上绕核旋转时将产生一个与外加磁场相对抗的第二磁场,使原子核实际所受磁场减弱,这种作用叫做电子的屏蔽效应。
hv(频率)=△E=2μ(磁矩)H0(1-σ)6. 屏蔽常数σ( shielding constant)电子屏蔽作用大小,取决于核外电子云密度,即化学环境。
7.化学位移δ:IUPAC规定:把TMS共振峰的位置规定为零,待测氢核的共振峰位置按照"左正右负”表示。
没有单位(ppm与δ不能共存)。
常见δ范围0-10。
化学位移-总结化学环境不同的质子共振频率不同;核外电子云密度高,屏蔽作用强,共振所需的频率低;共振峰的位置用化学位移δ( ppm)表示,δTMS= 0;不同频率的NMR仪测定同一-组质子δ值相同,△v不同。
8. 峰面积的大小与产生该峰的质子数目成比例。
9. 自旋耦合(自旋干扰):相邻两个(组)磁性核之间的相互干扰作用。
10. 自旋裂分:自旋耦合引起的谱线增多的现象。
11. 自旋-自旋耦合常数(耦合常数):相互耦合的氢核产生信号裂分,裂分峰间的距离,用J表示,单位Hz (或c/s),反映相互耦合的两个(组)核间的干扰作用强度。
J越大,干扰越小,离得越远。
12. 同核耦合( homee-coupling):氢核之间相互也可以发生自旋耦合的作用。
13.化学等同:分子中处于相同的化学环境,具有相同的δ值的氢核称为化学等同(价)氢核。
波谱分析(spectra analysis)波谱分析的内涵与外延:定义:利用特定的仪器,测试化合物的多种特征波谱图,通过分析推断化合物的分子结构。
特定的仪器:紫外,红外,核磁,质谱,(X-射线,圆二色谱等)特征波谱图: 四大谱;X-射线单晶衍射,圆二色谱等化合物:一般为纯的有机化合物分子结构:分子中原子的连接顺序、位置;构象,空间结构仪器分析(定量),波谱分析(定性)综合性、交叉科学(化学、物理、数学、自动化、计算机)作用:波谱解析理论原理是物理学,主要应用于化学领域(天然产物化学和中药化学、有机化学、药物化学等),在药物、化工,石油,食品及其它工业部门有着广泛的应用;分析的主要对象是有机化合物。
第一章紫外光谱(ultraviolet spectra,UV)一、电磁波的基本性质和分类1、波粒二象性光的三要素:波长(λ),速度(c),频率 (v)电磁波的波动性电磁波的粒子性光速 c:c=3.0×10^10 cm/s 波长λ :电磁波相邻波峰间的距离。
用nm,μm,cm,m 等表示频率v:v=c/ λ,用 Hz 表示。
光子具有能量,其能量大小由下式决定:E = hν = hc/λ (式中E为光子的能量,h为普朗克常数,其值为6.624× 10-34j.s )2、分子的能量组成(能级图)E 分子= E平+ E转+ E振+E电子能量大小: E转< E振< E电子X-射线衍射紫外-可见光谱红外光谱微波吸收谱核磁共振谱内层电子能级跃迁外层电子分子振动与转动分子转动电子自旋核自旋X-射线远紫外近紫外可见近红外中红外远红外微波无线电波0.1~1nm 4~200nm 200~400nm400~800nm0.8~2.5um25~400um0.04~25cm25~1000cm 紫外光谱远紫外(4~200nm):又叫真空紫外区近紫外(200~400nm):又叫石英紫外区,最为常用。
电子跃迁类型的影响σ→σ*跃迁:150nm左右,真空紫外区n→σ*跃迁:一般小于200nm 弱吸收,ε约100π→π*跃迁:160~180nm(孤立双键),>200nm (共轭双键)强吸收,ε约104n→π*跃迁:200~400nm 弱吸收,ε约1002.3.表示方法和常用术语发色团:广义上讲,是分子中能吸收紫外光或可见光的结构系统。
1.不同物质的λmax有时可能相同,但εmax不一定相同;2.有机化合物的紫外—可见吸收光谱,是其分子中外层价电子跃迁的结果(三种):σ电子、π电子、n电子外层电子吸收紫外或可见辐射后,就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。
主要有四种跃迁所需能量ΔΕ大小顺序为:n→π*< π→π*< n→σ*< σ→σ*3.σ→σ*跃迁所需能量最大,σ电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。
饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长λ<200nm,只能被真空紫外分光光度计检测到)。
如甲烷的λ为125nm,乙烷λmax为135nm。
n→σ*跃迁所需能量较大。
吸收波长为150~250nm,大部分在远紫外区,近紫外区仍不易观察到。
含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均呈现n →σ*跃迁。
如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n →σ*跃迁的λ分别为173nm、183nm 和227nm。
π→π*跃迁所需能量较小,吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区,摩尔吸光系数εmax一般在104L·mol-1·cm-1以上,属于强吸收。
不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁。
如:乙烯π→π*跃迁的λ为162 nm,εmax为: 1×104 L·mol-1·cm-1。
n →π*跃迁需能量最低,吸收波长λ>200nm。
这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁,摩尔吸光系数一般为10~100L·mol-1 ·cm-1,吸收谱带强度较弱。
分子中孤对电子和π键同时存在时发生n →π*跃迁。
丙酮n →π*跃迁的λ为275nm εmax为22 L·mol-1·cm -1(溶剂环己烷)。
4.生色团:最有用的紫外—可见光谱是由π→π*和n→π*跃迁产生的。
这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。
这类含有π键的不饱和基团称为生色团。
波谱分析(spectra analysis)波谱分析的内涵与外延:定义:利用特定的仪器,测试化合物的多种特征波谱图,通过分析推断化合物的分子结构。
特定的仪器:紫外,红外,核磁,质谱,(X-射线,圆二色谱等)特征波谱图: 四大谱;X-射线单晶衍射,圆二色谱等化合物:一般为纯的有机化合物分子结构:分子中原子的连接顺序、位置;构象,空间结构仪器分析(定量),波谱分析(定性)综合性、交叉科学(化学、物理、数学、自动化、计算机)作用:波谱解析理论原理是物理学,主要应用于化学领域(天然产物化学和中药化学、有机化学、药物化学等),在药物、化工,石油,食品及其它工业部门有着广泛的应用;分析的主要对象是有机化合物。
第一章紫外光谱(ultraviolet spectra,UV)一、电磁波的基本性质和分类1、波粒二象性光的三要素:波长(λ),速度(c),频率 (v)电磁波的波动性电磁波的粒子性光速 c:c=3.0×10^10 cm/s 波长λ :电磁波相邻波峰间的距离。
用nm,μm,cm,m 等表示频率v:v=c/ λ,用 Hz 表示。
光子具有能量,其能量大小由下式决定:E = hν = hc/λ (式中E为光子的能量,h为普朗克常数,其值为6.624× 10-34j.s )2、分子的能量组成(能级图)E 分子= E平+ E转+ E振+E电子能量大小: E转< E振< E电子X-射线衍射紫外-可见光谱红外光谱微波吸收谱核磁共振谱内层电子能级跃迁外层电子分子振动与转动分子转动电子自旋核自旋X-射线远紫外近紫外可见近红外中红外远红外微波无线电波0.1~1nm 4~200nm 200~400nm400~800nm0.8~2.5um25~400um0.04~25cm25~1000cm 紫外光谱远紫外(4~200nm):又叫真空紫外区近紫外(200~400nm):又叫石英紫外区,最为常用。
电子跃迁类型的影响σ→σ*跃迁:150nm左右,真空紫外区n→σ*跃迁:一般小于200nm 弱吸收,ε约100π→π*跃迁:160~180nm(孤立双键),>200nm (共轭双键)强吸收,ε约104n→π*跃迁:200~400nm 弱吸收,ε约1002.3.表示方法和常用术语发色团:广义上讲,是分子中能吸收紫外光或可见光的结构系统。