中国科学技术大学：《有机化学》课程教学资源（PPT课件）第六章 有机化合物的结构表征

第六章有机化合物的波谱分析 前 言 有机化合物的结构表征（即测定）一 从分子水平 认识物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。 过去，主要依靠化学方法进行有机化合物的结构测定， 其缺点是：费时、费力、费钱，需要的样品量大。例 如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究， 直至1952年才完全阐明，历时147年

第六章 有机化合物的波谱分析 前 言： 有机化合物的结构表征(即测定) —— 从分子水平 认识物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。 过去，主要依靠化学方法进行有机化合物的结构测定, 其缺点是：费时、费力、费钱，需要的样品量大。例 如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究， 直至1952年才完全阐明，历时147年

吗啡碱 而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其 优点是：省时、省力、省钱、快速、准确，样品消耗 量是微克级的，甚至更少。它不仅可以研究分子的结 构，而且还能探索到分子间各种集聚态的结构构型和 构象的状况，对人类所面临的生命科学、材料科学的 发展，是极其重要的

而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其 优点是：省时、省力、省钱、快速、准确，样品消耗 量是微克级的，甚至更少。它不仅可以研究分子的结 构，而且还能探索到分子间各种集聚态的结构构型和 构象的状况，对人类所面临的生命科学、材料科学的 发展，是极其重要的。 HO OH NCH3 吗 啡 碱 O

对有机化合物的结构表征应用最为广泛的是：紫 外光谱(ultraviolet spectroscopy缩写为UY)、红外光 谱infrared spectroscopy缩写为R)、核磁共振谱 (uclear magnetic resonance缩写为NMR)和质遭 (mass spectroscopy缩写为MS). §4-1有机化合物的结构与吸收光谱 光是一种电磁波，具有波粒二相性。 波动性：可用波长(2)、频率(y)和波数(v)来描述

对有机化合物的结构表征应用最为广泛的是：紫 外光谱(ultraviolet spectroscopy 缩写为UV)、红外光 谱(infrared spectroscopy 缩写为IR)、核磁共振谱 (nuclear magnetic resonance 缩写为NMR)和质谱 (mass spectroscopy 缩写为MS). §4-1 有机化合物的结构与吸收光谱 光是一种电磁波，具有波粒二相性。 波动性：可用波长( )、频率(v )和波数( ) v 来描述

按量子力学，其关系为 式中：v为频率，单位为z c为光速，其量值=3×10l0cms 为波长(cm),也用nm作单位(1nm=107cm) 下lcm长度中波的数目，单位cm 微粒性：可用光量子的能量来描述： he E=hv= 式中：E为光量子能量，单位为J 九 h为Planck常数，其量值为 6.63×1034Js

按量子力学，其关系为： 微粒性：可用光量子的能量来描述： hc E hv  = = c v cv  = = 式中： c 为光速，其量值 = 3×10 10 cm.s -1 ν 为频率，单位为 Hz λ 为波长 (cm)，也用nm作单位(1nm=10 -7 cm) 1cm长度中波的数目，单位cm -1 v _ 式中： E为光量子能量，单位为 J h 为Planck 常数，其量值为 6.63 ×10 -34 J s -1

该式表明：分子吸收电磁波，从低能级跃迁到高 能级，其吸收光的频率与吸收能量的关系。由此可见， 2与E，,v成反比，即↓，v个（每秒的振动次数↑），E↑。 在分子光谱中，根据电磁波的波长()划分为几 个不同的区域，如下图所示：

该式表明：分子吸收电磁波，从低能级跃迁到高 能级，其吸收光的频率与吸收能量的关系。由此可见， 与E，v 成反比，即 ↓，v↑(每秒的振动次数↑)，E↑。 在分子光谱中，根据电磁波的波长 ()划分为几 个不同的区域，如下图所示：

频率V 高 能量 低 化学键断裂 电子低迁 振动跃迁 转动饫迁引原子核自转制 电子 月 无线 x射线 紫外 红外 微波 电波 射频 IR R 紫外 可见 振动红外 核磁共振 y 200nm 400nm 800m2.5l 150 1m 5m 短 波长λ 长 光波谱区及能量跃迁相关图

分子的总能量由以下几种能量组成： 电子自旋 微波波谱 E总=Ee E 电子能 振动能 转动能 紫外光谱 红外光谱 可见光谱 所需能量较低，波长较长

分子的总能量由以下几种能量组成： E总 = Ee + Ev + Er 电子能 振动能 转动能 紫外光谱 可见光谱 红外光谱 所需能量较低，波长较长 微波波谱 电子自旋

§4-2红外光谱 一、 红外光谱的表示方法 红外光谱是研究波数在4000-400cm1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。 透光度以下式表示： T% ×100% I:表示透过光的强度； I:表示入射光的强度

§4-2 红外光谱 一、红外光谱的表示方法 红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。 透光度以下式表示： % 100 % 0 =  I I T I：表示透过光的强度； I0：表示入射光的强度

A/m 2.5 3 6 7891012162025 40003600320028002400200018001600140012001000800600 ()仲丁醇的红外光谱 o/cm- 横坐标：波数)400~4000cm';表示吸收峰的位置。 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

横坐标：波数( )400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。 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。 v

二、分子振动与红外光谱 1.分子的振动方式 (1)伸缩振动： 00000000. 沿轴振动，只改变键长，不改变键用 对称伸缩振动() 不对称伸缩振动(y) (2853cm1) (2926cm)

二、分子振动与红外光谱 1.分子的振动方式 (1)伸缩振动： 沿轴振动，只改变键长，不改变键角 C 对称伸缩振动(νs ) (2853 cm -1 ) C 不对称伸缩振动(vas ) (2926 cm -1 )