有機(jī)波譜分析與技術(shù)緒論1-2

1、有機(jī)波譜分析與技術(shù)主講：趙主講：趙 鑫鑫主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容1.序論序論2.紫外吸收光譜紫外吸收光譜3.紅外吸收光譜紅外吸收光譜4.核磁共振譜（核磁共振譜（1H NMR、 13C NMR ）5.質(zhì)譜質(zhì)譜6.四大波譜的綜合解析四大波譜的綜合解析2021-12-303第一章第一章 序序 論論 研究或鑒定一個(gè)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)，需對(duì)該化合物研究或鑒定一個(gè)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)，需對(duì)該化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。 分離提純分離提純物理常數(shù)測(cè)定物理常數(shù)測(cè)定元素分析元素分析確定分子式確定分子式確定其可能的構(gòu)造式確定其可能的構(gòu)造式結(jié)構(gòu)表征結(jié)構(gòu)表征 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)表征有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)表征 從分子水平認(rèn)識(shí)物質(zhì)

2、的從分子水平認(rèn)識(shí)物質(zhì)的基本手段，是有機(jī)化學(xué)的重要組成部分。基本手段，是有機(jī)化學(xué)的重要組成部分。1. 結(jié)構(gòu)表征基本程序結(jié)構(gòu)表征基本程序結(jié)構(gòu)表征的方法結(jié)構(gòu)表征的方法化學(xué)方法化學(xué)方法現(xiàn)代儀器分析方法現(xiàn)代儀器分析方法結(jié)構(gòu)表征基本方法結(jié)構(gòu)表征基本方法2021-12-304 費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢，試劑的消耗量大（半微量分費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢，試劑的消耗量大（半微量分 析，用析，用 樣量為樣量為10100mg）；）； 損壞樣品；損壞樣品； 分子有時(shí)重排，導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論；分子有時(shí)重排，導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論； C及及CC的構(gòu)型確定困難。的構(gòu)型確定困難。 OHOHON CH3嗎嗎啡啡2. 化學(xué)方法的缺點(diǎn)化學(xué)方法的缺點(diǎn)嗎啡的結(jié)構(gòu)鑒定

3、用了嗎啡的結(jié)構(gòu)鑒定用了147 年（年（1805-1952）。）。2021-12-305 省時(shí)、省力、省錢、快速、準(zhǔn)確，試劑耗量少；省時(shí)、省力、省錢、快速、準(zhǔn)確，試劑耗量少； 不損壞樣品（質(zhì)譜除外）；不損壞樣品（質(zhì)譜除外）； 對(duì)對(duì)C及及CC的構(gòu)型確定比較方便。的構(gòu)型確定比較方便。 3. 現(xiàn)代儀器分析方法現(xiàn)代儀器分析方法 光譜法已成為有機(jī)結(jié)構(gòu)分析的常規(guī)方法光譜法已成為有機(jī)結(jié)構(gòu)分析的常規(guī)方法,但是化學(xué)方法但是化學(xué)方法仍不可少，它與光譜法相輔相成，相互補(bǔ)充，互為佐證。仍不可少，它與光譜法相輔相成，相互補(bǔ)充，互為佐證。 結(jié)構(gòu)表征最常用結(jié)構(gòu)表征最常用的儀器分析方法的儀器分析方法質(zhì)譜（質(zhì)譜（MS）紫外光譜（

4、紫外光譜（UV）紅外光譜（紅外光譜（IR）核磁共振譜（核磁共振譜（NMR）現(xiàn)代儀器分析方法特點(diǎn)：現(xiàn)代儀器分析方法特點(diǎn)：屬于光波譜屬于光波譜不屬于光波譜不屬于光波譜第二章第二章 分子光譜概述分子光譜概述一一. . 光的特性光的特性光光: : 是一種電磁波是一種電磁波, , 具有波動(dòng)性和粒子性具有波動(dòng)性和粒子性. . 波動(dòng)性：傳播運(yùn)動(dòng)過程中突出波動(dòng)性：傳播運(yùn)動(dòng)過程中突出, , 表現(xiàn)在光的偏振表現(xiàn)在光的偏振, , 干涉干涉, , 衍射衍射 粒子性：與物質(zhì)相互作用時(shí)突出粒子性：與物質(zhì)相互作用時(shí)突出, , 表現(xiàn)在光電效表現(xiàn)在光電效 應(yīng)應(yīng), , 光的吸收和散射光的吸收和散射衍射衍射干射干射散射散射1. 光

5、的波動(dòng)性光的波動(dòng)性波動(dòng)性：可用波長(zhǎng)波動(dòng)性：可用波長(zhǎng)、頻率、頻率和波數(shù)和波數(shù) 來描述。來描述。= = c cc c : : 光速光速 (3(310108 8 m/sm/s) ) : Hz : Hz : m : m : 光在傳播過程中光在傳播過程中, , 同一電磁波曲線上兩個(gè)相鄰的同一電磁波曲線上兩個(gè)相鄰的 相位相同的點(diǎn)之間的距離相位相同的點(diǎn)之間的距離. . : 單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過某一點(diǎn)的波的數(shù)單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過某一點(diǎn)的波的數(shù). . : 波長(zhǎng)的倒數(shù)波長(zhǎng)的倒數(shù)(1/(1/),),常用于紅外光譜常用于紅外光譜, , 可以理解可以理解為為1cm1cm長(zhǎng)度中波的數(shù)目長(zhǎng)度中波的數(shù)目. . 頻率與波長(zhǎng)成反比頻率與波長(zhǎng)

6、成反比, , 即波長(zhǎng)越長(zhǎng)即波長(zhǎng)越長(zhǎng), , 頻率越低頻率越低, , 波數(shù)越小波數(shù)越小 2021-12-308對(duì)于不同的光波對(duì)于不同的光波, , 波長(zhǎng)采用不同的單位波長(zhǎng)采用不同的單位. .紫外紫外- -可見光區(qū)可見光區(qū) : nm(10: nm(10-9-9m)m)紅外光區(qū)紅外光區(qū) : : m(10m(10-6-6m)m)或或 cmcm-1-1微波區(qū)微波區(qū) : cm: cm無線電波無線電波 : m: m2. 光的粒子性光的粒子性h h : : 普郎克常數(shù)普郎克常數(shù) (6.63 (6.63 10-34 m2 kg s-1) 光量子的能量光量子的能量( (E E) )與波長(zhǎng)成反比與波長(zhǎng)成反比, , 而與

7、頻率及波數(shù)成正比而與頻率及波數(shù)成正比. . E E = = h h = =h h = = hchc c c可用光量子的能量來描述可用光量子的能量來描述2021-12-309二二. . 光與物質(zhì)的相互作用光與物質(zhì)的相互作用1. 分子能級(jí)分子能級(jí)每一種運(yùn)每一種運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)都有動(dòng)狀態(tài)都有一定能量一定能量分子分子 不斷運(yùn)動(dòng)不斷運(yùn)動(dòng)分子平分子平移運(yùn)動(dòng)移運(yùn)動(dòng)分子繞分子繞軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)物質(zhì)由物質(zhì)由 分子組成分子組成分子內(nèi)化學(xué)分子內(nèi)化學(xué)鍵的振動(dòng)鍵的振動(dòng)價(jià)電子的軌價(jià)電子的軌道運(yùn)動(dòng)道運(yùn)動(dòng)E Et tE EE Ee eE Er r平動(dòng)能平動(dòng)能振動(dòng)能振動(dòng)能電子能電子能轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)動(dòng)能2021-12-3010E E = = E

8、 Et t + + E E + + E Ee e + + E Er r + + 分子的總能量分子的總能量平動(dòng)能平動(dòng)能E Et t: 能級(jí)差小, 近似地看成能量變化是連續(xù)的連續(xù)的分子具有的能量多少不是連續(xù)變化的, 而是”臺(tái)階”式不連續(xù)變化, 即能量的變化是量子化的能量的變化是量子化的.每一個(gè)”臺(tái)階”稱做一個(gè)能級(jí), 能量由低到高依次稱為基態(tài)基態(tài), 第一激發(fā)態(tài)第一激發(fā)態(tài), 第二激發(fā)態(tài)第二激發(fā)態(tài)等等. 轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)動(dòng)能E Er r: 能級(jí)差(3.510-3 510-2eV)振動(dòng)能振動(dòng)能E E: 能級(jí)差(510-2 1eV)電子能電子能E Ee e: 能級(jí)差(1 20eV)能量變化 -量子化2021-12-

9、3011E EE E1 1E E3 3E E2 2E E1 1E E2 2E E3 3例如例如: 某分子的任意三個(gè)振動(dòng)能級(jí)分別為某分子的任意三個(gè)振動(dòng)能級(jí)分別為 , ,E E1 1E E2 2E E3 3分子能級(jí)躍遷與吸收頻率的關(guān)系分子能級(jí)躍遷與吸收頻率的關(guān)系吸收躍遷吸收躍遷發(fā)射躍遷發(fā)射躍遷低能級(jí)低能級(jí)高能級(jí)高能級(jí)(能級(jí)能級(jí))( (躍遷能躍遷能) )對(duì)于具體分子對(duì)于具體分子, , 每一種運(yùn)動(dòng)每一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同能級(jí)都具有狀態(tài)的不同能級(jí)都具有恒定的恒定的值值.2021-12-3012相對(duì)強(qiáng)度1 1用頻率連續(xù)變化的單色光用頻率連續(xù)變化的單色光照射照射選擇性吸收與能級(jí)選擇性吸收與能級(jí)躍遷相對(duì)應(yīng)的躍遷相

10、對(duì)應(yīng)的特定頻率的光特定頻率的光光譜光譜儀器記錄儀器記錄2. 吸收光譜吸收光譜透過透過吸收吸收2021-12-3013A = log(I0/I1 ) = log(1/T ) = clA:A:吸光度吸光度T:T:透射率透射率(I1/I0 ) :摩爾吸收系數(shù)摩爾吸收系數(shù)( (Lmol-1 cm-1) l l: :光在溶液中經(jīng)過的距離（比色池的厚度光在溶液中經(jīng)過的距離（比色池的厚度: cm: cm） I I1 1: :透過光強(qiáng)度透過光強(qiáng)度I I0 0: :入射光強(qiáng)度入射光強(qiáng)度 c: c: 溶液的濃度溶液的濃度( (mol/L)三三. . 朗伯朗伯- -比爾比爾(Lambert-Beer)(Lamber

11、t-Beer)定律定律闡明闡明: : 吸光物質(zhì)對(duì)光的吸收強(qiáng)度與吸光物質(zhì)濃度之間吸光物質(zhì)對(duì)光的吸收強(qiáng)度與吸光物質(zhì)濃度之間的關(guān)系的關(guān)系:是溶液濃度為是溶液濃度為1mol, 1mol, 在在1cm1cm長(zhǎng)的吸收池中長(zhǎng)的吸收池中, , 在一定在一定波長(zhǎng)下測(cè)得的吸光度波長(zhǎng)下測(cè)得的吸光度.越大越大, ,表明物質(zhì)對(duì)某一波長(zhǎng)光的表明物質(zhì)對(duì)某一波長(zhǎng)光的吸收能力越強(qiáng)吸收能力越強(qiáng). .吸光度與濃度之間的線性關(guān)系只有吸光度與濃度之間的線性關(guān)系只有在稀溶液中才能成立在稀溶液中才能成立. .2021-12-3014200nm 400nm 800nm 2.5m 15m 1m 5m四四. . 自然光的分類及波譜的關(guān)系自然光的分類及波譜的關(guān)系電磁波電磁波波長(zhǎng)波長(zhǎng)躍遷類型躍遷類型波譜類型波譜類型射線射線0.0010.01nm核躍遷核躍遷穆斯保爾譜穆斯保爾譜X 射線射線0.0110nm內(nèi)層電子內(nèi)層電子X 射線光譜射線光譜紫外紫外-可可見光見光遠(yuǎn)紫外遠(yuǎn)紫外10200nm外層電子外層電子紫外吸收光譜紫外吸收光譜近紫外近紫外200400nm外層電子外層電子紫外吸收光譜紫外吸收光譜可見光可見光400800nm外層電子外層電子可見吸收光譜可見吸收光譜紅外光紅外光近紅外近紅外0.82.5m分子振動(dòng)分子振動(dòng)