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有机化合物波谱综合解析

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第一章 有机化合物的波谱综合分析-1

第一章 有机化合物的波谱综合分析-1


2014年1月
华东理工大学——王朝霞课件
25
15 16
CH3 O
77
2014年1月 华东理工大学——王朝霞课件
C6H5
26
91 C7H7
29 CH3CH2,CHO 30 NH2CH2,CH2O,NO 31 OCH3,CH2OH,CH3NH2
77 C6H5
79 Br 91 C6H5CH2
2014年1月
2014年1月
华东理工大学——王朝霞课件
28
H/D交换后分 子离子峰增加6
O
O
O
1
Ph 在碱性条件下仅 Ph 得到与2分子苯 O 甲醛缩合的产物 Ph
3
O
O
2
改变溶剂再进行羟醛缩合反应
O Ph Ph O
2014年1月
化合物1的结构得以确认
3
Ph
华东理工大学——王朝霞课件
29
例：
2014年1月
华东理工大学——王朝霞课件
2014年1月 华东理工大学——王朝霞课件 8
质核比
质荷比（m/z）是离子的质量（m）与其所带的 电荷（z）之比，m以原子量质量单位计算，z以电子 电量为单位计算。
相对丰度
不同质核比的正离子在质谱图上都有相应的信号， 信号的强度表示相应离子的相对丰度。谱图中最大的 峰称为基峰，其强度定义为100，其它峰的强度按基峰 的相对比值来表示。
华东理工大学——王朝霞课件
27
4. 基团之间的连接和空间结构
质谱中一些重排离子（属于一类特征离子）的产生需要相 关基团处于特定的空间位置，因为这些离子的存在能够提供分 子中某些基团的连接次序或空间排列。
O O Ph O
1
第一章_有机化合物的波谱综合解析-3

第一章_有机化合物的波谱综合解析-3

红外光谱（i nfra r ed spectroscopy 缩写为IR ）由于分子吸收了红外线的能量并导致分子内振动能级的跃迁而产生的记录信号。

IR 谱主要提供分子中官能团的结构信息。

横坐标：波数（σ）400～4000cm -1；表示吸收峰的位臵。

纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。

T ↓，表明吸收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。

%100%0⨯=I IT I ：表示透过光的强度；I 0：表示入射光的强度。

红外光谱官能团区（4000-1500 cm -1）由分子的伸缩振动导致,用于鉴定各种不同官能团产生红外光谱的必要条件：1.红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱。

2.只有能引起分子偶极矩的变化的振动才能产生IR 光谱。

完全对称的分子H 2、O 2、N 2不会产生红外吸收光谱。

H―C≡C―H 、R―C ≡C―R ，其C≡C （三键）振动也不能引起红外吸收。

指纹区（1500-650 cm-1）分子弯曲及伸缩振动吸收峰,多用于鉴定基团的结合方式官能团区（高频区）1500-4000 cm-1Y －H 伸缩振动区2500～3700 cm-1，Y= O、N、C。

Y≡Z 三键和累积双键伸缩振动区2100～2400 cm-1，主要是：C≡C、C≡N 三键和C＝C＝C、C＝N＝O 等累积双键的伸缩振动吸收峰。

Y＝Z双键伸缩振动区1600～1800 cm-1，主要是：C＝O、C＝N、C＝C等双键。

指纹区（低频区）650-1500 cm-1主要是：C－C、C－N、C－O等单键和各种弯曲振动的吸收峰，其特点是谱带密集、难以辨认。

红外谱图各主要官能团红外光谱的特征吸收峰频率3600-3200NH, OH d, br, s3300C CHstrong3100-3010 =C-H middle2960-2850 -C-H strong2260-21002700-CHO doubleC Cvariable1850-1690 C=OAcids, esters Ketones Aldehydes very strong1680-1620 or 1600-1500 C=C variable 1470-1350 bend C-H1000-700 bend alkenes benzene substituted type4000cm-1650cm-11300-1030 bend C-O C-N几个明显的红外特征峰-OH（醇和酚）：-OH吸收处于3200~3650cm-1，由于-OH可形成分子间或分子内氢键，而氢键所引起的缔合对红外吸收峰的位臵、形状和强度都有重要影响。

有机波谱综合解析

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。
有机化学-第七章有机化合物的波谱分析

有机化学-第七章有机化合物的波谱分析

课件
分子化学键的振动和红外光谱
1.振动方程式
式中：μ为折合质量；ml和m2分别为化学键所连的两个原子的质量，单位为g， 是为化学键的力常数，单位为N·cm-1(牛顿·厘米-1)，其含义是两个原子由平衡位置伸长0.1 nm后的恢复力。
可把双原子分子的振动近似地看成用弹簧连接着的两个小球的简谐振动。根据Hooke定律可得其振动频率为：
本章讨论的红外光谱和核磁共振谱为吸收光谱。质谱是化合物分子经电子流轰击形成正电荷离子，在电场、磁场的作用下按质量大小排列而成的图谱，不是吸收光谱。
7.2红外吸收光谱
用红外光照射试样分子，引起分子中化学键振动能级的跃迁所测得的吸收光谱为红外吸收光谱，简称红外光谱(Infrared Spectroscopy,缩写为IR)。红外光谱是以波长λ或波数σ为横坐标，表示吸收峰的峰位；以透射比T(以百分数表示)为纵坐标，表示吸收强度。
1H的自旋量子数I为1/2，它在磁场中有两种取向，与磁场方向相同的，用+1/2表示，为低能级；与磁场方向相反的，用-1/2表示，为高能级。两个能级之差为△E，见图7–4。
有机化学经常研究的是1H和13C的核磁共振谱，下面主要介绍1H核磁共振谱(质子核磁共振谱)。
式中：γ 称为磁旋比，是物质的特征常数，对于质子其量值为2.675×108A·m2·J-1·s-1； h为Plank常量； ν为无线电波的频率。
测量核磁共振谱时，可以固定磁场改变频率，也可以固定频率改变磁场，一般常用后者。 若以通过电流所表现的吸收能量为纵坐标，磁场强度为横坐标，则可得到如图7–6所示的NMR谱。
一张核磁共振谱图，通常可以给出四种重要的结构信息：化学位移、自旋裂分、偶合常数和峰面积(积分线)。如图7–7所示。
峰面积大小与质子数成正比，可由阶梯式积分曲线求出。峰面积(积分线高度)之比为质子个数之比，图中积分线高度比为1:2:3，等于质子个数之比(OH:CH2:CH3)。
有机化合物波谱分析

有机化合物波谱分析

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。

有机化合物波谱综合解析详解

有机化合物波谱综合解析详解

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。
有机化合物波谱全面分析

有机化合物波谱全面分析


能级差 E hv h c
若用一连续的电磁辐射照射样品分子，将照射 前后的光强度变化转变为电信号并记录下来，就可 得到光强度变化对波长的关系曲线，即分子吸收光 谱
三 UV产生
紫外光
价电子(最外层电子) 可见光 跃迁
UV
能级差 E hv h c
*带状光谱
朗伯-比尔定律
➢ 物理意义：当一束平行单色光垂直通过某一均匀 非散射的吸光物质时，其吸光度A与吸光物质的浓 度c及吸收层厚度l成正比
✓ 分子能级：电子能级、振动能级、转动能级 ✓ 跃迁：电子受激发，从低能级转移到高能级的过程
E总 = E平+ E转+ E振+ E电
ΔE电 = 1~20ev→λ=0.06~1.25μm→紫外-可见吸光光谱 ΔE振 = 0.05~1ev→λ=25~1.25μm →红外吸收光谱 ΔE转 = 0.005~0.05ev→λ=250~25μm →远红外吸收光谱
吸收强度大， ε在104~105范围内，强吸收 若有共轭体系，波长向长波方向移动 含不饱和键的化合物发生π→π*跃迁
例：C=O，C=C，C≡C
n→π*跃迁
n电子跃迁到反键π*轨道所产生的跃迁，这类跃迁 所需能量较小，吸收峰在200~400nm左右
吸收强度较小， ε < 102，弱吸收 含杂原子的双键不饱和有机化合物
➢ ε= 200~5000
中等吸收
➢ ε< 200
弱吸收
吸收强度的公式
➢ ε= 0.87×1020Pα ➢ P—跃迁几率，取值范围从0到1 ➢ α—发色团的靶面积 ➢ 电子跃迁旋律可知：
紫外光谱是讨论分子中价电子在不同的分子轨道之间跃迁 的能量关系
UV在有机化合物的结构解析中，主要提供分子的芳香结构 和共轭体系信息。为什么？
制药分析--波谱综合解析

制药分析--波谱综合解析


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：
波普分析综合例题解析

波普分析综合例题解析

13C NMR :表明有两类CH2−O结构单元，其中一个与OH相连，一个饱 和季碳，一个甲基；几个基团质量总和为88，与分子量差值为14，说 明还有个亚甲基，表明分子中有两个对称甲基与氧相连。分子式为： C5H10O2，UN=1。无不饱和碳，说明有一个环。
1H NMR: 1.2 ppm，s， CH3 ，应与饱和季碳相连，结构单元为 CH3−C； 3.4 ppm，t， OH，应与CH2相连；
1H NMR和13C NMR： 结构单元
羟基
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
δH/ppm 4.15 5.4
2.0 2.1 5.1
1.6 1.7 1.7 1.3
δC/ppm 59 123 139 39 27 124 132 18 25 16
MS ：主要的离子峰可由以下反应得到：
例5. 某未知MS、 IR、1H NMR谱图及 13C NMR 数据如下， 推导未知物结构。
C=CH−CH2−OH CH=C
CH2−OH
2CH3 CH3
CH2 CH2
OH
OH CH3
4 CH2 5 CH2
8,9,10 2CH3
CH2−OH
1
CH=C
6
C=CH−CH2−OH
2
解：1. 结构式推导
MS : CI m/z 154为分子离子峰，分子合理丢失一个CH3，得到 m/z 139 的离子，分子丢失一个H2O，得到 m/z 136 的离子，说明该化合 物为醇类；
COSY： δH = 4.0 ppm (CH-O)，与CH2-a, CH2-a’, CH2-b’或CH2-c’相 关； δH = 2.25 ppm (CH2-a)，与CH2-c, CH2-a’, CH, CH-O相关； δH = 1.6 ppm (CH)，与CH2-c, CH2-a相关； δH = 1.7 ppm (CH2-c)，与CH2-b, CH2-a，CH, CH2-b’/CH2-c’ 相关； δH = 1.9 ppm (CH2-b)，与CH2-c, CH2-b’/CH2-c’相关
有机化合物波谱分析 综合解析

有机化合物波谱分析 综合解析


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2015/4/29
2.计算分子的不饱和度
U ＝（2＋2*n4＋n3－n1)/2 ＝(2＋2*5＋0－10)/2＝1
分子中有一个双键或环
3．确定结构单元
1720cm-1 附 近 强 吸 收 峰 可 知 含 羰 基 。 靠 近 3000cm-1强吸收峰 ；含-CH2-或-CH3；
1720cm-1
25
光谱？非光谱？
• 质谱虽非光谱，因其与光谱的密切关系，
且确定未知物的分子量与分子式是进行综
合光谱解析时，首先要知道的问题。加之 质谱仪的质量色散与光谱仪的复光色散有 某些类似之处，因此习惯上也把它视为一 种光谱。
2
2015/4/29
一、各种光谱的在综合光谱解 析中的作用
质 谱 (MS)
主要用于确定化合物的分子量、分子式。 质谱图上的碎片峰可以提供一级结构信息。 对于一些特征性很强的碎片离子，如烷基取代苯的m／z 91 的苯甲离子及含 γ 氢的酮、酸、酯的麦氏重排离子 等，由质谱即可认定某些结构的存在。 质谱的另一个主要功能是作为综合光谱解析后，验证 所推测的未知物结构的正确性。
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。特殊情况，还可以 辅助以其它光谱
• 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。
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2015/4/29
二、综合光谱解析的顺序与重点
1．了解样品 来源： 天然品、合成品、三废样品等、 物理化学性质与物品理化学参数： 物态、熔点、沸点、旋光性、折射率、溶解度、极
7
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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。 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。
有机波谱第七章谱图综合解析

有机波谱第七章谱图综合解析


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？
7.1 谱图综合解析的一般程序
• 1. 推导分子式，计算不饱和度 (1) 由高分辨质谱仪测得精确分子量并给出分子式， 或利用精确分子量计算分子式。 (2) 由质谱的分子离子峰及其同位素峰的相对强 度推导分子式(分子离子峰需有一定的强度)。 (3) 由质谱的分子离子峰确定化合物的分子量， 结合元素分析求得的最简式，或结合1H NMR及 13C NMR谱推导的氢原子数目及碳原子数目之简 比，确定化合物的分子式。
CH CH COOCH3
C H 3C H 2O C H 2C H 2O C O C H C H
OCH3
C H 3C H 2O C H 2C H 2O C O
CH CH OCH3
结构若为A或B，质谱图中均应出现M-31(-OCH3)峰， 此处未观测到，故否定之。 苯 环 上 的 季 碳 的 δ 为 161.5 ， 表 明 该 碳 与 氧 相 连 ， 1H NMR 谱中δ约为6.9的AA'质子的共振吸收也表明邻位 碳与氧直接相连，而已烯碳的δ值表明其不与氧直接 相连，因而排除结构D，故化合物的结构为C。
由图2可知，图中的基峰为 m/z 43，其它离子的丰度都很低， 这是2-戊酮进行 α-裂解和 i -裂解所产生的两种离子质量相同的 结果。
Δm = 4-14, 21-24, 37-38·····通常认为是不合理丢失

有机波谱第七章谱图综合解析


注意：分子式中Cl, Br, F, I, N, O, S等元素的存
在，可由质谱或元素分析判断，氧元素的存在
还可由红外光谱(υO-H, υC-O)或1H, 13C核的化学
位移判断。 分子式确定后，计算不饱和度(UN), UN≥4时， 分子中可能有苯环存在。
• 2. 不饱和基的判断 • UN﹥0的化合物，分子中含有不饱和基或苯环系。 不饱和基的存在在不同谱图中有不同的特征。 • IR谱：1870～1650cm-1 (s)为υC=O。3100 ～ 3000cm-1 (w或m)的υ＝C-H，结合1670～1630cm-1 (m) υC=C或1600～1450cm-1 (m,2 ～3条谱带) 的苯 环骨架伸缩振动，可判断烯基或苯基结构的存在。 在2250cm-1 附近(m) 可能为υC≡N;在2220cm-1 附近 (w) 可能为υC≡C; 1300～1000cm-1 (m,2 ～3条谱带) 为υC-O-C;在1560cm-1 附近(s) 和1360cm-1 附近(s) 为υNO2 ; 1900 ～2300cm-1 (w ～ m)为υx＝y＝z等。 这些不饱和基都具有其特征吸收带。
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？
CH3CH2OCH2OCH CH
COOCH3
CH3CH2OCH2O
CH CH COOCH3
CH3CH2OCH2CH2OCOCH CH
OCH3

有机化合物波谱分析


CH3
第三十三页，课件共76页
第三十四页，课件共76页
作业一：p.315~316，习题(二)、(三)
第三十五页，课件共76页
第三十六页，课件共76页
1945年，以F. Bloch和E. M. Purcell为首的两个研究小组分别观测 到水、石蜡中质子的核磁共振信号(nuclear magnetic resonance，NMR)， 为此他们二人荣获1952年Nobel物理奖。
射射线线引引起原子核的裂变紫外光可可见光红外光光引引起分子振动和转动状态变化微波波引引起单电子自旋改变无线电波波引引起磁性核的自旋改变高能辐射区光学光谱区波谱区引起原子和分子外层价电子跃迁x射射线线使使内层电子逸出轨道波长长短文档仅供参考如有不当之处请联系本人改正
有机化合物波谱分析
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(2) 苯环骨架呼吸振动(vC=C(Ar))：1600、1580、1500、1450cm-1
附近经常出现2~4个吸收谱带，这组谱带与vC–H(Ar)一起作为判断化合物有 无芳环的主要依据。
(3) =C–H面外变形振动吸收(γC–H(Ar))：900~690cm-1(s)，依此区域吸收 峰的数目可判断苯环上取代的情况。
变形振动δ ：包括对称变形振动和不对称变形振动。 对称的变形振动δs
不对称的变形振动δas
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8.1.2 烃类化合物的IR谱图解析
8.1.2.1 烷烃
烷烃的IR谱应关注三个吸收段的情况： (1) C–H伸缩振动(vC–H)：3000~2800cm-1；
不对称(as)：~2960cm-1(s)
δC–H
CH2剪切(δ)：~1460cm-1(s)
(3) CH2平面摇摆(ρ)：780~720cm-1(m) 。 (CH2)n，n≥4时，~720cm-1

波谱分析综合解析


CH3
例3、某化合物分子式是C9H11NO(M=149),根据下列图谱解析化合物的结构， 并说明依据。
NH2
O NH C
M/Z=93
CH2 CH3
M/Z=149
M/Z=77
O
C
CH2 CH3
M/Z=57
CH2 CH3
M/Z=29
1、 一个末知物的元素分析，MS、IR、NMR、UV如图所示，是推断其结构式。
的种类
200
150
100
50
0 RANGE
Saturated carbon - sp3 no electronegativity effects
R-CH3 R-CH2-R R3CH / R4C
Saturated carbon - sp3 electronegativity effects
C-O C-Cl
一般情况下应以一种分析方法中获得的信息反馈到其他分析 方法中，各种谱学方法所获得的信息相互交换，相互印证，不断增 加信息量，这样才能快捷地获得正确结论
化合物结构推导的重点是应掌握各结构片断之间的相互关系， 推断出相互关联的结构片断。
例1 根据下列图谱确定化合物（M=72）结构，并说明依据。
解：
OO
C
C
3：根据下列图谱确定化合物（M=132）的结构,并说明依据。
O
O
H3C O
C
CH2 C
O
CH3
4：根据下列图谱确定化合物（M=86）的结构,并说明依据。
O
H3C
H2C
CH
C
H
CH3
5：某化合物C9H12O2 （M=152）,根据下列图谱确定化合物的结构,并说明依据。
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1. 1
32
3 24
例题1：根据提 供的IR, HNMR, 13CNMR和MS推 测结构
3
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。
CH3CH2-O。3.9(3H，s)为CH3O-，且表明与不饱和基相连。 3.8(2H，t)与4.4(2H，t)相关，且与电负性取代基氧相 连，故存在-OCH2CH2O-，低场位移较大，可能与不饱和 基相连。6-8范围为6H的多重峰，由氢原子数目、裂距、
峰形的对称性分析：6.4(1H,d)与7.65(1H,d)相关，J＝ 16Hz，为反式双取代烯的共振吸收峰。66.8-7.5范围的4
个氢为是对位取代苯氢的共振吸收峰。
综合以上分析，推导出该化合物的可能结构如下〔烯碳 氢互为反式)：
结构若为A或B，质谱图中均应出现M-31(-OCH3)峰， 此处未观测到．故否定之。苯环上季碳的δ为161.5，表 明该碳与氧相连，1H NMR谱中δ约为6.9也表明邻位碳与 氧直接相连．而乙烯碳的δ值表明其不与氧直接相连．因 向排除结D：故化合物的结构为C:
的季碳及161.5(s)的C-O表明分子中含有对位取代苯基，
且其中一个季碳与氧原子相连-ph-O-。115.4(d)与 144.6(d)为双取代烯碳（-CH=CH-)。167.0(s)为酯基碳 (-COOR)，IR 1100-1300cm-1的强、宽谱带也证明了酯基
的存在。 1HNMR信息：1.25(3H,t)为CH3CH2-：3.6(2H，q)
13CNMR: δ 142（q)为胺碳，118(t)为对位碳，132(t)为3，5 位碳，108(q)为溴碳。
1HNMR: δ 4.7(s)为NH2, 6.5(t)为ph-H(4), 7.5(d)为ph-H(3), phH(5)。
UV: 取代苯的e带和K带(受三个取代基影响发生红移）。
MS:
例题三：1H NMR、13C NMR、IR、MS谱见下图，在甲醇溶剂中测得紫 外光谱λmax(nm): 232(1.23), 276( 0.57), 312(0.57), 组成式C8H6O3,推测结构。
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：
解：MS中m/z 249为M+峰．质荷比为奇数表明分子中含有奇数氮。
由M：M+2:M+4 =1:2:1可知，含由两个Br。M+与相邻碎片离子
练习题7：根据下列图谱推测结构：紫外无吸收
C6H12O2
练习题8：根据下列图谱推测结构, UV:λmax=270 nm
C9H12O3S
练习题：两个异构体A和B, 分子式皆为C8H10O, 它们的R 和1H-NMR的谱图如下所示, 试推测其结构。
练习题：某有机化合物在紫外
光区的 205nM 以上没有吸收，
练习题2：根据下列图谱推测结构： UV:λmax=251 nm C15H14O2
练习题3：根据下列图谱推测结构,紫外无吸收。 C7H10O3
练习题4：根据下列谱图推测结构, UV:λmax=243 nm C9H10
练习题5：根据下列图谱推测结构：紫外无吸收
C7H11NO
练习题6：根据下列图谱推测结构： UV:λmax=285 nm
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。
根据质谱、分子组成信息提供所有可能 碎片。
结合其他分析方法提供的信息，排除不 合理部分。
分子骨架的确定：
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。
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: M+为150，不含N或偶数N，M-1峰为基峰，表明有
醛，121为M-29，可能为脱醛基。考虑到有上述因素，
应该含有3个氧，故化合物的分子式为C8H6O3,与质谱数 据相符。其UN＝6，应该有一个苯环（三取代），一个
羰基，两个环，其结构为：
O
C H
O CH 2
O
练习题1：根据下列谱图推测结构，UV:λmax=295 nm C9H11NO2
第一节 波谱解析的一般程序
一、分子式（元素组成）确定：
a.由高分辨质谱测定的精确分子量计算（试误法）得 到。 分子量尾数=（0.078y+0.0031z+0.0051), 结合N规 则进行判断。
b.由同位素相对丰度计算: (M+1)/Mx100%=1.1nC+0.37nN, (M+2)/Mx100%=[(1.1nC)2/200]+0.2nO
活泼氢的确定：IR谱3000cm-1以上无O-H、N-H特征吸 收峰，偏共振13C-NMR提供的信息表明所有的氢都与碳 直接相连．且无CHO基存在，故分子中无活泼氢存在。
13C NMR信息(ppm)：sp3C:15.2(q)CH3-C,55.2(q)CH3O,63.6(t)CH2-O,66.5(t) CH2-O, 68.5CH2-O。 sp2C;114.4(d) 2CH＝,129.8(d) 2CH＝，127．2(s)
c.元素分析+分子量。 C数目=M*C%/12, H数目=M*H%, O数目=M*O%/16, N数目=M*N%/14
二、不饱和度计算
Ω=C+1- H/2 – X/2 + N/2。 Ω>0, 有不饱和键结构或者环状结构。 Ω>4, 有苯环结构可能。 H-NMR，δ>5, 双键氢存在，δ>7, 芳香氢存在，
δ>9，醛氢存在 13C-NMR，δ>100, 可能有不饱和碳。 IR，1600-1900cm-1之间有强峰，可能含有羰基，
3000~3100cm-1有吸收，含不饱和氢。 UV-Vis: 在200nm以上有吸收，可能有不饱和
结构。
官能团的确定：
IR: > 3100 cm-1: -NH2, -OH等活性氢的确定, <3000 cm-1>: 饱和与不饱和氢的确定， ~2100 cm-1: 三键和累积双键的确定， 1900~1600 cm-1羰基的确定等。
伸缩振动吸收带．~3430cm-1和~3220cm-1的吸收带可能为N-H2伸 缩振动，1600和1560，以及1460为疑似苯环特征。
宽带去偶13CNMR表明有4种sp2碳，无羰基碳，偏共振13CNMR 表示其中两种为叔碳，两种为季碳，因此分子至少有二个以上氢。
可以排除后一种组成可能。分子式应为C6H5NBr2, 而分子组成式 中有6个碳，必然有两种是化学环境相同。 1H NMR的积分简比为2：1：2， 表明分子中含5个氢(N与H2分子式相
它的质谱、红外（纯液膜）和 氢核磁共振谱如下图。试推定 该化合物的分子结构，并对各 谱数据作合理的解释。
练习题： 某有机化合物在 95% 乙醇பைடு நூலகம்测其紫外光谱得Max 为
290nM, 它的质谱、红外（液膜）光谱和氢核磁共振波谱如下图。试
推定该化合物的结构，并对各谱数据作合理解释。
4779某未知物的分子式为 C5H12O，某MS、R和NMR谱图如下， UV> 200nM没有吸收，推测该化合物的结构。
170和91之差分别为79, 为脱Br碎片，M/z 90为(170—HBr)，可知
分子中的确含有二个溴原子。中等强度的M‘峰表明该分子具有较
稳定结构构。分子中剩余部分的质量为91，设N＝1、可能组成为
C6H5NBr2,UN=4, N=3, 可能组成为C4HN3Br2 UN=5。 IR中3000一2800cm-1无明显的饱和碳氢伸缩峰，有不饱和碳氢的
解：IR：3100~2700cm-1吸收表明有饱和和不饱和碳氢振动， 1695cm-1、表明有羰基（醛或酮），1600、1470cm-1中等强度 吸收带为苯环的骨架伸缩振动，1230cm-1的强吸收带为C—O 伸缩振动吸收。 UV: 232nm, 276nm, 313nm三个吸收带可能为苯的E带、B带及 醛或酮碳基的R带。λ和ε值增大表示它们可能与助色团相连。 13CNMR: 宽带去偶表明分子中有8种化学环境不同的碳，由偏 共振13C NMR可知．Δ192(t), 表明为醛基碳，130~155范围内 三个季碳共振吸收垮及106，108，128三个叔碳共振吸收表明 分子中有三取代苯结构，102表示有仲碳，并发生强去屏蔽， 暗示可能与两个吸电基团连接。 1H NMH：从低场到高场积分比约为1：2：1：2, 可能含有6个 氢， 其中9.8(1H, s)为醛基氢，6.7, ~7.4的多重峰为苯环上三个 氢的共振吸收峰。从分裂形状判定，两个化学环境不同的氢 相邻，另外一个仅发生远程偶合，为孤立氢。 6.0(2H. s)为对 应碳谱亚甲基结构，没有相邻氢，从化学位移判断，必然为 两个强吸电基团两端连接，IR中有C-O强吸收，可能为两个氧 相邻。