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• 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
所以分子中可能有苯基存在。
不饱和基的确定:
• IR: 1715cm-1 (s)为υC=O; 1610cm-1 (s)为υC=C; 1600cm-1 , 1580cm-1 , 1510cm-1 苯环骨架振动。 820cm-1 (s)为苯环上两个相邻氢的面外弯曲振动, 表明为对位取代苯。
J=16 Hz,为反式双取 代稀的共振吸收峰。 δ A 6.8~7.5范围的4个氢为 AA'BB'系统,是对位取 B 代苯氢的共振吸收峰,
与13C NMR和IR的分析
一致。
C
综合以上分析,推到
出该化合物的可能结构 D
如下(烯碳氢互为反
式):
CH3CH 2O CH2O CH CH
COOCH3
C H 3C H 2O C H 2O
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
2. 某化合物的质谱如图所示。该化合物的 1H NMR 谱 在 2.3 ppm 左右有一个单峰,试推测其结构。
• 解:①设MS中m/z 250为M+·峰,因该峰与相邻碎 片质子峰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含偶数个氮。MS中无 明显含S, F, Cl, Br, I的特征碎片峰存在。②13C 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。③ 1H NMR谱 中积分简比(由低场至高场)为1:2:2:1:2:3:4:3,简 比数字之和为18,表明分子中至少含有18个氢, 该数目与偏共振13C NMR提供的信息相符。
注意:分子中F, P, 2H的存在,对13C NMR谱会产 生复杂的偶合裂分。
5. 1H NMR提供的信息
1H NMR谱中积分强度之简比提供了分子中氢原 子数目之简比。若最简比数目之和与分子中氢原 子数目一致,则最简比为不同化学环境氢数目之 简比,若最简比数目之和为分子中氢原子数目1/2, 1/3,….,则应分别乘以2, 3….,以求出不同化学环 境数目之简比。
可能的结构为:
质谱图中离子峰的归属为:
3、 未知物分子式为C5H12O,其核磁共振氢谱谱如下 所示,求其化学结构
从分子式C5H12O求得化合物的不饱和度为零,故此未知物为饱和脂肪族化合物。未 知物的核磁共振谱图中有3个峰,其积分高度比为1:2:9(从低场到高场),其中 δ4.1ppm处的宽峰,经重水交换后消失,说明分子中存在羟基。 δ 0.9ppm处的单 峰相当于9个质子,可看成是连在同一个碳的3个甲基。 δ 3.2ppm处的单峰相当于 2个质子,对应于一个亚甲基,从其化学位移值可知该亚甲基是与电负性强的基团 相连,即分子中存在-CH2OH结构单元。因此未知物的结构为
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。
质谱解释的主要裂解过程如下:
• 例3、某液体化合物分子式C6H12,试根据其红外 光谱图,推测其结构。
解答: (1)由分子式计算该化合物的不饱和度为1,所以其可能 含有双键或环。 (2)峰的归属:3077cm-1,双键=C-H伸缩振动,说明可能 是烯烃;2970cm-1,2888cm-1,是-CH2或-CH3的C-H伸缩振动 峰;1651cm-1 C=C伸缩振动,由于1670cm-1<1660cm-1,所 以应属于顺式,亚乙烯基或乙烯基类型;1466cm-1 CH3的 C-H不对称变形振动和CH2剪式振动的叠合;1377cm-1 的CH对称变形振动,甲基特征;887cm-1 强峰位=C-H面外变形 振动吸收峰,亚乙烯基的特征。
1.试判断质谱图1、2分别是2-戊酮还是3-戊酮的质谱 图。写出谱图中主要离子的形成过程。
解:由图 1 可知,m/z 57 和 m/z 29 很强,且丰度相当。m/z 86 分子离子峰的质量比最大的碎片离子 m/z 57 大 29u,该质量差 属合理丢失,且与碎片结构 C2H5 相符合。所以,图1 应是 3-戊 酮的质谱,m/z 57、29 分别由 α-裂解、i -裂解产生。
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。
6. 综合分析
综合以上各谱推导的基团及可能的结构信息,找 出各结构单元之间的相互关系,提出一种或几种 化合物的可能结构式。用全部谱图信息推导出正 确的结构式,用质谱裂解规律进一步验证结构。
7.2 解析实例
• 例1、化合物的MS, IR, 1H NMR, 13C NMR 谱见图7.1,由谱图推导其可能结构。
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,分子中所有的氢都与碳 直接相连,且无CHO基存在,故分子中无活波氢 存在。
13C NMR信息:δ(ppm):
sp3C: 15.2(q) CH3-C, 55.2(q) CH3-O, 63.6(t)
CH2O,66.5 (t) CH2-O,68.5(t) CH2-O.
• 1H NMR谱:δ 4.5 ~7为烯氢的共振吸收, δ 6.5 ~8.5为芳烃的共振吸收, δ 9 ~10(1H)为 CHO,δ 10 ~13(1H)为COOH,δ 6 ~8的宽峰为 CONH2或CONH等。
• 13C NMR谱: δ 100 ~160为烯氢或芳烃sp2 杂化 碳的共振吸收; δ 160 ~230为羰基碳的共振吸收; δ 70 ~90为炔碳的共振吸收;δ 110 ~130为腈基 碳的共振吸收。
• 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。
sp2C: 114.4(d) 2CH=, 129.8(d) 2CH=, 127.2(s)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(
)。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
4. 13C NMR提供的信息
质子宽带去偶13C NMR谱峰数目提供了分子中不 同环境碳的数目,由其δ值分析是何种杂化的碳。 若不同化学环境的碳数目为分子中碳原子数目的 1/2或1/4,表明该分子中有全对称结构。若小于分 子中碳原子数目,则可能由部分对称结构或化学 环境相近的碳,可由峰的相对强度来识别。若两 者相等,则分子中每一种碳的化学环境均不相等。