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有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析是一种重要的手段，可用于确定有机物的分子结构和功能基团。
其中，核磁共振波谱（NMR）和红外光谱（IR）是两种常用的波谱技术。
本文将重点介绍这两种波谱分析技术的基本原理、应用和解读方法。
核磁共振波谱（NMR）是一种基于核自旋的波谱分析方法。
它通过测量核自旋与外加磁场相互作用导致的能量变化来获得信息。
核磁共振波谱图通常由若干个特征峰组成，每个峰对应于一种不同类型的核。
峰的位置称为化学位移，可以通过参考物质（如四氯化硅）来标定。
峰的形状和强度可以提供有关分子结构和相互作用的信息。
核磁共振波谱提供了关于有机分子的碳氢骨架以及官能团、取代基等信息，因此在有机化学和药物化学领域有广泛应用。
红外光谱（IR）是一种基于分子振动的波谱分析方法。
它通过测量物质吸收红外辐射的能量来获得信息。
由于不同分子具有不同的振动模式和结构，它们吸收红外辐射的方式也不同。
红外光谱图通常由一系列特征峰组成，峰的位置称为波数，可以用来标识不同的官能团和化学键。
峰的强度和形状可以提供关于分子的结构和取向的信息。
红外光谱在有机化学、聚合物化学和无机化学等领域都有广泛的应用。
在进行有机化合物波谱分析时，需要先对样品进行样品制备。
核磁共振波谱通常需要溶解样品，然后将溶液转移到核磁共振管中进行测量。
红外光谱则可以对固体、液体和气体样品进行测量，通常需要将样品制备成固体片或涂在透明载体上。
波谱仪器通常会提供相应的样品制备方法和参数设置。
在分析核磁共振波谱和红外光谱时，需要注意以下几个方面。
首先，对于核磁共振波谱，要正确解读峰的化学位移。
化学位移受到许多因素的影响，如官能团、电子效应、取代基等。
因此，需要结合文献和经验来确定不同类型核的化学位移范围。
其次，对于红外光谱，要正确解读峰的波数。
不同的官能团和化学键都有特定的波数范围，可以用来确定它们的存在。
最后，对于波谱图的解读，需要综合考虑各种信息，如位置、形状、强度和相对强度等。
五、有机化合物的波谱分析方法仪器分析技术的发展，特别是波谱技术的发展，能为鉴定有机化合物和确定其结构提供非常有价值的信息。
波谱方法具有分析速度快，用量少等优点，已在国内外获得了广泛的应用。
本部分简要介绍了紫外、红外、核磁、质谱这四大谱图的原理和应用。
实验二十一紫外-可见光光谱一、实验目的了解紫外-可见光光谱。
二、基本原理1. 基本概念有机化合物的紫外-可见光光谱是由于分子中价电子的跃迁所形成的。
紫外-可见光是电磁波中波长为100～800nm范围的波段。
分子在入射光的作用下，其电子从一个能级（E′）跃迁到另一个能级（E″），就要吸收光子的能量，所吸收光的频率ν决定于两个能级间的能量差，即E″-E′=hνh为普朗克常数（h = 6.626×10-34J·s）。
可见，产生跃迁的两个能级间隔愈小，吸收光的频率愈小，波长愈长；反之，两个能级间的间隔愈大，吸收光的频率愈大，波长愈短。
实际上，分子吸收能量是相当复杂的过程。
分子的内部运动包括有转动、振动、和电子的运动。
分子的能级近似地就由转动能级、振动能级和电子能级所构成。
一般分子的转动能级间隔约在0.05eV以下，振动能级间隔约为0.05～1eV，电子能级间隔约为1～20eV。
当电子能级改变时，转动能级和振动能级都要发生改变，也要吸收光子能量。
所以，由于电子跃迁所形成的电子光谱是相当复杂的，如果仪器的分辨力不够，许多谱线密集在一起就形成谱带。
电子光谱一般包括一系列谱带系；不同的谱带系相当于不同的电子跃迁，每个谱带是由于振动能级的改变所形成，谱带内所包含的谱线是由于转动能级的改变所形成的。
如果吸收光谱是以吸收曲线（以吸收强度对波长作图所得到的曲线）表示，吸收曲线将呈现一些峰和谷。
每个峰峦相当于谱带，在某些情况下，这些谱带或多或少地表现出明显的齿状结构，这就是所谓振动结构。
关于吸收光谱的吸收强度，在实验上可用Lambet-Beer定律来描述。
第八章有机化合物波谱分析学习要求1、了解电磁波谱与分子吸收光谱的关系；2、掌握红外光谱、核磁共振谱的基本原理和应用；3、了解紫外光谱和质谱的基本原理和应用；4、掌握紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱与分子结构的关系；5、能对较简单的红外光谱和核磁共振谱的谱图进行解析。
研究有机化合物，不论是从天然产物中提取的还是化学方法合成的，都要测定它们的分子结构。
如果对某一有机化合物的结构还不太了解，则对其性质和作用的研究是很难深入的，更不用说合成和改进它了，因此，确定有机化合物的结构很自然地变成了研究有机化学的首要任务。
经典的化学方法是研究有机结构的基础，在现代有机化学研究中任占有重要地位，但是，经典的化学方法花费时间长，消费样品多，操作手续繁杂。
特别是对一些复杂有机物结构的研究，有时要花费有机化学家几年甚至几十年、几代人的精力。
而得到的结构还会有某些错误，例如，对胆固醇结构式的确定经三、四十年（1889~1927的工作获得的结构式（为此曾颁发了诺贝尔奖金，1928年颁发给德国人文道斯）。
后经X射线衍射证明还有某些错误。
应用现代物理方法测定有机化合物的结构，只需微量样品，在较短的时间内，经过简便的操作，就可获得正确的结构。
现代物理实验方法的应用推动了有机化学的飞速发展，已成为研究有机化学不可缺少的工具。
测定有机化合物结构的现代物理方法有多种，常用的有紫外（UV光谱、红外（IR）光谱、核磁共振（NMR谱和质谱（MS，简称四谱。
本章将对四谱进行初步的了解。
§ 8— 1电磁波的一般概念一、光的频率与波长光是电磁波，有波长和频率两个特征。
电磁波包括了一个极广阔的区域， 从波长只有千万分之一纳米的宇宙线到波长用米，甚至千米计的无线电波都包 括再内（图8 — 1）每种波长的光的频率不一样，但光速都一样即 3x 1O 10cm/s 。
波长与频率的关系为：u = c / 入u =频率，单位：赫（H Z ）;入=波长，单位：厘米（cm ）,表示波长的单位很多。
如：1nm =l0cm=l0卩m入=300nm 的光，它的频率为（1H Z =1S -1）3x 1010cm/s_7300x10 cm频率的另一种表示方法是用波数，即在1cm 长度内波的数目。
如波长为300nm7 1的光的波数为 1/300 x 10- =33333/cm 。
二、光的能量及分子吸收光谱1.光的能量每一种波长的电磁辐射时都伴随着能量。
u =hc/ 入 h- 普郎克常数(6.626 x 10-34J.S )分子吸收幅射，就获得能量，分子获得能量后，可以增加原子的转动或振 动，或激发电子到较高的能级。
但它们是量子化的，因此只有光子的能量恰等 于两个能级之间的能量差时（即 △ E ）才能被吸收。
所以对于某一分子来说，只 能吸收某一特定频率的辐射，从而引起分子转动或振动能级的变化，或使电子 激发到较高的能级，产生特征的分子光谱。
分子吸收光谱可分为三类: （1） 转动光谱=10 15s -1E=h2.分子吸收光谱分子所吸收的光能只能引起分子转动能级的跃迁，转动能级之间的能量差很小，位于远红外及微波区内，在有机化学中用处不大。
（2）振动光谱分子所吸收的光能引起震动能级的跃迁，吸收波长大多位于 2.5~16卩m内（中红外区内），因此称为红外光谱。
3•电子光谱分子所吸收的光能使电子激发到较高能级（电子能级的跃迁）吸收波长在100—400nm为紫外光谱。
§ 8—2紫外和可见吸收光谱一、紫外光谱及其产生1•紫外光谱的产生物质分子吸收一定波长的紫外光时，电子发生跃迁所产生的吸收光谱称为紫外光谱。
I 100~200nm （远紫外区）紫外光谱的波长范围为100~400nm200~400nm （近紫外区）可见光谱的波长范围为400~800nm一般的紫外光谱仪是用来研究近紫外区吸收的。
c n入*2•电子跃迁的类型与电子吸收光谱（紫外光谱）有关的电子跃迁，在有机化合物中有三种类型，即c电子、n电子和未成键的n电子。
电子跃迁的类型与能量关系见图8-2。
电子跃迁类型、吸收能量波长范围、与有机物关系如下:可以看出，电子跃迁前后两个能级的能量差值△E越大，跃迁所需要的能量也越大，吸收光波的波长就越短。
二、朗勃特一比尔定律和紫外光谱图mbert-Beer 定律当我们把一束单色光（I。
）照射溶液时，一部分光（I ）通过溶液，而另一部分光被溶液吸收了。
这种吸收是与溶液中物质的浓度和液层的厚度成正比，这就是朗勃特一比尔定律。
用数学式表式为：A= _log —IoA=EcL= dog —I oA:吸光度（吸收度）；c：溶液的摩尔浓度（mol/L ）L:液层的厚度；E:吸收系数（消光系数）若化合物的相对分子量已知，则用摩尔消光系数& =E X M来表示吸收强度，上式可写成。
A= £cL= _ log 丄Io2.紫外光谱的表示方法应用紫外光谱仪，使紫外光依次照射一定浓度的样品溶液，分别测得消光系数E或£。
以摩尔消光系数&或Iog &为纵坐标。
以波长（单位nn）为横坐标作图得紫外光谱吸收曲线，在一般文献中，有机物的紫外吸收光谱的数据，多报导最大吸收峰的波长位 置入max 及摩尔消光系数&。
女口：丙酮在环己烷溶液中的 UV 光谱数据为对甲基苯乙酮的UV 光谱数据为CH 3OH 入 max =252nm一般 & > 5000为强吸收=2000~5000 为中吸收 < 2000为弱吸收在紫外光谱图中常常见到有 R 、K 、B 、E 等字样,这是表示不同的吸收带，分 别称为R 吸收带，K 吸收带，B 吸收带和E 吸收带。
R 吸收带为1〜n *跃迁引起的吸收带，其特点是吸收强度弱。
& max< 100,吸收峰波长一般在270nm 以上。
K 吸收带为跃迁引起的吸收带，其特点为吸收峰很强，& max >10000。
共轭双键增加，入max 向长波方向移动，c max 也随之增加。
B 吸收带为苯的跃迁引起的特征吸收带，为一宽峰，其波长在230~270nm 之间，中心再 254nm c 约为204左右。
E 吸收带为把苯环看成乙烯键和共轭乙烯键*n *跃迁引起的吸收带。
三、紫外光谱与有机化合物分子结构的关系一般紫外光谱是指200~400nm 的近紫外区，只有n — n *及n n *跃迁才有 实际意义，即紫外光谱适用于分子中具有不饱和结构，特别是共轭结构的化合 物。
1 •孤立重键的n * 跃迁发生在远紫外区如口： " C =C、入 max =162 c max = 15000环己烷max=280 nm e =13£=12300 log =4.09入 max =190£ max = 18602.形成共轭结构或共轭链增长时，吸收向长波方向移动——即红移 见P 192表 8-1 o例如:化合物 入 max / nm£ max乙烯162 15000 1，3-丁二烯217 20900 己三烯 258 35000 辛四烯29652000一些简单有机分子的紫外光谱见 P 193表8-2 o 四、紫外光谱的应用1 .杂质的检验紫外光谱灵敏度很高，容易检验出化合物中所含的微量杂质。
例如，检查无 醛乙醇中醛的限量，可在270~29 Onm 范围内测其吸光度，如无醛存在，则没有 吸收。
2 .结构分析根据化合物在近紫外区吸收带的位置，大致估计可能存在的官能团结构。
1） 如小于200nm 无吸收，则可能为饱和化合物。
2） 在200~400nm 无吸收峰，大致可判定分子中无共轭双键。
3） 在200~400nm t 吸收，则可能有苯环、共轭双键C=°等。
3.在n 键上引入助色基（能与n 键形成P- n 共轭体系，使化合物颜色加深的基团）后，吸收带向红移动例如：化合物入 max / nmo255 _ -°H270 '_ - N°2 280£ max215 1450 10004）在250~300nm 有中强吸收是苯环的特征。
则含五个以上的双键。
4.分析确定或鉴定可能的结构 1）鉴别单烯烃与共轭烯烃例（3）:VCH=CH-C-CH 3\/ 0CH=CH-C-CH 3CZ■1两者结构十分CH 3CH 3相似，用化学紫罗兰A紫罗兰B 方法无法判断。
入 max = 227入 max = 2992）测定化合物的结构（辅助）有一化合物的分子式为GH 60,其构造式可能有三十多种，如测得紫外光谱 数据入max=230nm （ & max > 5000）,则可推测其结构必含有共轭体系，可把异构体范围缩小到共轭醛或共轭酮:OII CH 2=CH-C-CH 3至于究竟是哪一种，需要进一步用红外和核磁共振谱来测定。
5）在260~300nm 有强吸收，表示有3—5个共轭双键，如果化合物有颜色,例（ 1）：共轭体系 在近紫外区（232nm）有强吸收孤立烯烃在近紫外区内 无吸收例( 2)： CH 3CH=CH-NH 2P- n 共轭体系在近紫外区（225nm ） 有强吸收CH 2=CH-CH 2NH 2孤立体系 在近紫外区内 是透明的（无吸收）CH 3-CH =CH -C 、HCH 2=C-C1HCH 3CH 2§ 8— 3红外光谱（I R ）物质吸收的电磁辐射如果在红外光区域，用红外光谱仪把产生的红外谱带记 录下来，就得到红外光谱图。
所有有机化合物在红外光谱区内都有吸收，因此， 红外光谱的应用广泛，在有机化合物的结构鉴定与研究工作中，红外光谱是一 种重要手段，用它可以确证两个化合物是否相同，也可以确定一个新化合物中 某一特殊键或官能团是否存。
一、外光谱图的表示方法红外光谱图用波长（或波数）为横坐标，以表示吸收带的位置，用透射百分 率（T%为纵坐标表示吸收强度。
见图 8-5和挂图。
二、红外光谱的产生原理红外光谱是由于分子的振动能级的跃迁而产生的，当物质吸收一定波长的红 外光的能量时，就发生振动能级的跃迁。
研究在不同频率照射下样品吸收的情 况就得到红外光谱图。
1分子的振动类型（1）伸缩振动一一成键原子沿着键轴的伸长或缩短（键长发生改变，键角 不变）。
非平面摇摆扭曲振动J面外弯曲(2) 弯曲振动一一引起键角改变的振动对称伸缩振动 不对称伸缩振动2.振动频率（振动能量）对于分子的振动应该用量子力学来说明，但为了便于理解，也可用经典力 学来说明。
一般用不同质量的小球代表原子，以不同硬度的弹簧代表各种化学 键。
-■~~K►5— •「「： [ 2 m 2双原子分子伸缩振动示意图一个化学键的振动频率与化学键的强度（力常数 K ）及振动原子的质量（m吸收频率也可用波数（C ）表示，波数为波长的倒数，即（T = 1/入=U .C 则从上述公式可以看出，吸收频率随键的强度的增加而增加，力常数越大即 键越强，键振动所需要的能量就越大，振动频率就越高，吸收峰将出现在高波 数区；相反，吸收峰则出现在低波数区。
