波譜分析課件

波譜分析SpectrumAnalysis授課教師：羊曉東云南大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)科基礎(chǔ)課第一章緒論第二章紫外光譜第三章紅外光譜第四章核磁共振（氫譜/碳譜）第五章質(zhì)譜第六章多譜解析一、課程簡介：

《有機波譜分析》是化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的學(xué)科基礎(chǔ)課之一，學(xué)分為2，總周學(xué)時為36。本課程主要講授內(nèi)容包括：1.紫外光譜；2.紅外光譜；3.核磁共振（氫譜和碳譜）；4.質(zhì)譜；5.多譜綜合解析。本課程重點介紹有機化合物的波譜與分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，有機化合物的波譜信息在測定有機化合物結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用和意義，同時系統(tǒng)地講授各種譜學(xué)的基本原理、儀器構(gòu)造工作原理、樣品處理實驗方法及圖譜解析應(yīng)用等內(nèi)容，使學(xué)生在學(xué)后能對科學(xué)研究和生產(chǎn)實際中常用的微觀結(jié)構(gòu)測定方法有一個較全面、系統(tǒng)的了解。第一章緒論波譜學(xué)技術(shù)是當代化學(xué)研究的重要手段，本課程是以國內(nèi)外最新教材為主要參考書，并融入了本課程教師多年的教學(xué)與科研經(jīng)驗，教學(xué)過程中使用多媒體課件教學(xué)，基本理論、原理主要采用板書，同時兼有課堂討論和課后輔導(dǎo)等多種教學(xué)手段相結(jié)合的方式。二、教學(xué)目的與基本要求：波譜學(xué)技術(shù)是當代化學(xué)研究的重要手段，自80年代以來，波譜學(xué)分析方法獲得了相當大的進展。在有機化學(xué)、無機化學(xué)、生物化學(xué)領(lǐng)域中，許多原來只能定性描述的問題，經(jīng)過波譜學(xué)分析獲得了定量的結(jié)果。通過本課程的學(xué)習,要求學(xué)生掌握各類波譜學(xué)方法的基本知識,基本原理,基本的解析方法,理解儀器的構(gòu)造和測量原理,掌握每一譜中各類有機化合物的波譜信息及影響因素，運用波譜信息，推導(dǎo)并闡明化合物的結(jié)構(gòu)。在掌握每一譜各類有機化合物波譜信息的基礎(chǔ)上，綜合運用波譜信息，解決較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)問題,提高學(xué)生解決化學(xué)問題的能力。

三、本課程的意義

波譜法——從分子水平認識物質(zhì)的基本手段，是有機化學(xué)的重要組成部分。過去，主要依靠化學(xué)方法進行有機化合物的結(jié)構(gòu)測定,其缺點是：費時、費力、費錢，需要的樣品量大。例如：鴉片中嗎啡堿結(jié)構(gòu)的測定，從1805年開始研究，直至1952年才完全闡明，歷時147年。

而現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)測定，則采用現(xiàn)代儀器分析法，其優(yōu)點是：省時、省力、省錢、快速、準確，樣品消耗量是微克級的，甚至更少。它不僅可以研究分子的結(jié)構(gòu)，而且還能探索到分子間各種集聚態(tài)的結(jié)構(gòu)構(gòu)型和構(gòu)象的狀況，對人類所面臨的生命科學(xué)、材料科學(xué)的發(fā)展，是極其重要的。半天，幾個小時C17H19NO3

四、波譜學(xué)分析方法：

波譜分析法（SpecturmAnalysis）是由:

紫外光譜(ultravioletspectroscopy，縮寫為UV)、

紅外光譜(infraredspectroscopy，縮寫為IR)、

核磁共振譜(nuclearmagneticresonance，縮寫為NMR)

質(zhì)譜(massspectroscopy，縮寫為MS)

組成的用于鑒別有機化合物結(jié)構(gòu)的分析方法。半個多世紀以來，由于量子力學(xué)、電子及光學(xué)技術(shù)、計算機科學(xué)的興起和發(fā)展，波譜分析方法得到了迅速發(fā)展，并逐漸成為人類認識分子的最重要的手段之一。

四種波譜分析法：

紫外吸收光譜(UV)

是分子中最外層價電子在不同能級軌道上躍遷而產(chǎn)生的。

它反映了分子中價電子躍遷時的能量變化與化合物所含發(fā)色基團之間的關(guān)系。(共軛體系)

紅外光譜(IR)

是一種分子振動—轉(zhuǎn)動光譜，它是由分子的振動—轉(zhuǎn)動能級間的躍遷而產(chǎn)生的。

它反映整個分子的特性，由IR譜圖中顯示的特征吸收譜帶的位置，可以鑒別分子中所含有的特征官能團和化學(xué)鍵的類型。

核磁共振波譜(NMR)

的原理是分子中具有核磁矩的原子核在外加磁場中，通過射頻電磁波的照射，吸收一定頻率的電磁波能量，又低能量的能級躍遷到高能量的能級，并產(chǎn)生核磁共振信號。由NMR圖譜可以確定相互作用的磁性核的數(shù)目、類型和相對位置等結(jié)構(gòu)信息。（最重要）

質(zhì)譜(MS)

分析法是用具有一定能量的電子流去轟擊被分析物質(zhì)的氣態(tài)分子，使之電離成正離子，部分正離子會進一步碎裂成不同質(zhì)核比的粒子，在外加電場和磁場作用下，按質(zhì)量大小將它們逐一分離和檢測。在質(zhì)譜圖上，由各碎片離子的質(zhì)核比和其相對豐度，可推斷被測物的分子結(jié)構(gòu)，并確定其分子量、構(gòu)成元素的種類和分子式。四大波譜分析法中，不屬于吸收光譜的是

。A、UVB、IRC、NMRD、MS四種波譜分析法的比較：1、測定的靈敏度：

MS>UV>IR>1H-NMR>13C-NMR2、儀器的昂貴程度：

MS和NMR遠比IR和UV昂貴，且隨著儀器價格的升高也相應(yīng)增加了維護費用。3、測定技能：

在常規(guī)分析中使用的UV、IR、簡易的NMR比較簡單，而精密的聯(lián)用儀器如GC-MS、HPLC-MS等操作比較復(fù)雜。4、獲取信息量的程度：

不僅要考慮獲取信息的數(shù)量，還要考慮對獲取信息的解析能力。綜合起來比較，按下述順序遞降：NMR>MS>IR>UV1945年P(guān)urcell（哈佛大學(xué)）和Bloch（斯坦福大學(xué)）發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象，他們獲得1952年Nobel物理獎。

1991年瑞士科學(xué)家R.R.Ernst教授因發(fā)明了傅里葉變換核磁共振分光法和對二維核磁共振譜（2D-NMR）的貢獻而獲得Nobel化學(xué)獎。

R.R.

Ernst，1933年生于瑞士，1962年他以物理化學(xué)中的核磁共振規(guī)律的博士論文獲得蘇黎世著名的瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究院的博士學(xué)位。1963年他加入瓦里安(Varian

Associates)公司從事傅立葉變換核磁共振的研究。

波譜學(xué)方面的代表性諾貝爾化學(xué)獎獲獎?wù)撸═heNobelPrizeinChemistry

）

日本科學(xué)家田中耕一出生于日本，1983年獲日本東北大學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)任職于京都市島津制作所，為該公司研發(fā)工程師，他對化學(xué)的貢獻類似于約翰·芬恩，得到了1／4的獎金。美國科學(xué)家約翰·芬恩1917年出生于美國，1940年獲耶魯大學(xué)化學(xué)博士學(xué)位，1994年起任弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)教授。他因為“發(fā)明了對生物大分子進行確認和結(jié)構(gòu)分析的方法”和“發(fā)明了對生物大分子的質(zhì)譜分析法”而獲得2002年諾貝爾化學(xué)獎1／4的獎金。瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼亍ぞS特里希1938年生于瑞士，1964年獲博士學(xué)位，從1980年起擔任瑞士蘇黎世聯(lián)邦高等理工學(xué)校的分子生物物理學(xué)教授。他因“發(fā)明了利用核磁共振技術(shù)測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”而獲得2002年諾貝爾化學(xué)獎一半的獎金。2002年諾貝爾化學(xué)獎獲得者表彰他們在不對稱合成方面所取得的成績，三位化學(xué)獎獲得者的發(fā)現(xiàn)則為合成具有新特性的分子和物質(zhì)開創(chuàng)了一個全新的研究領(lǐng)域。

“現(xiàn)在，像抗生素、消炎藥和心臟病藥物等，都是根據(jù)他們的研究成果制造出來的?！?001年－美國科學(xué)家威廉·諾爾斯日本科學(xué)家野依良治美國科學(xué)家巴里·夏普萊斯補充2005年－法國科學(xué)家伊夫·肖萬美國科學(xué)家羅伯特·格拉布美國科學(xué)家理查德·施羅克在有機化學(xué)的烯烴復(fù)分解反應(yīng)研究方面作出了貢獻。烯烴復(fù)分解反應(yīng)廣泛用于生產(chǎn)藥品和先進塑料等材料，使得生產(chǎn)效率更高，產(chǎn)品更穩(wěn)定，而且產(chǎn)生的有害廢物較少。

“這是重要基礎(chǔ)科學(xué)造福于人類、社會和環(huán)境的例證?！毖a充2008年－美國科學(xué)家錢永健

美國科學(xué)家馬丁·沙爾菲

美國科學(xué)家下村修

主要貢獻是利用水母發(fā)出綠光的化學(xué)物來追查實驗室內(nèi)進行的生物反應(yīng)。

“這一技術(shù)徹底改變了醫(yī)學(xué)研究。研究人員第一次能在活體細胞和活生生的動物身上同時研究基因與蛋白?！毖a充2009年－英國萬卡特拉曼·萊馬克里斯南美國托馬斯·施泰茨以色列阿達·尤納斯研究核糖體的三維結(jié)構(gòu)和功能展示了各種抗生素是如何阻斷殺死細菌核糖體的過程。該研究為我們以后開發(fā)新藥，與細菌進行無休無止的對抗提供了方法。補充TheNobelPrizeInChemistry2010有機合成過程中鈀催化反應(yīng)為紀念化學(xué)學(xué)科所取得的成就以及對人類文明的貢獻，聯(lián)合國將2011年定為“國際化學(xué)年”。

2011年適值居里夫人獲諾貝爾化學(xué)獎100周年，也恰逢國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)的前身國際化學(xué)會聯(lián)盟(IACS)成立100周年。2008年底，聯(lián)合國決議將2011年定為“國際化學(xué)年”。2017年諾貝爾化學(xué)獎頒給瑞士洛桑大學(xué)的雅克·杜波切特(JacquesDubochet),美國哥倫比亞大學(xué)的阿希姆·弗蘭克(JoachimFrank)和英國劍橋大學(xué)的理查德·亨德森(RichardHenderson)，表彰他們發(fā)展了冷凍電子顯微鏡技術(shù)，以很高的分辨率確定了溶液里的生物分子的結(jié)構(gòu)。一個發(fā)給了物理學(xué)家的諾貝爾化學(xué)獎，獎勵他們幫助了生物學(xué)家。2019年諾貝爾化學(xué)獎授予得州大學(xué)奧斯汀分校約翰·古迪納夫(JohnB.Goodenough)、紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校M·斯坦利·威廷漢(M.StanleyWhittingham)和日本化學(xué)家吉野彰(AkiraYoshino)，以表彰其在鋰電池發(fā)展上所做的貢獻，創(chuàng)造了一個可再充電的世界。分享900萬瑞典克朗（約合人民幣647萬元）的獎金。E.Charpentier，法國生物化學(xué)家，就職于德國柏林馬克斯·普朗克病原學(xué)研究室；J.A.Doudna，美國生物學(xué)家，加州大學(xué)伯克利分校。以表彰她們在“憑借開發(fā)基因組編輯方法”方面作出的貢獻，兩位獲獎?wù)邔⒎窒?000萬瑞典克朗獎金（約合760萬人民幣）。2021年諾貝爾化學(xué)獎授予德國馬克斯-普朗克煤研究所本杰明·李斯特（1968-）和美國普林斯頓大學(xué)戴維·麥克米倫（1968-），兩位獲獎?wù)叻窒?000萬瑞典克朗獎金（約合732萬人民幣）。以表彰他們在“對不對稱有機催化的發(fā)展所作出的貢獻”方面作出的貢獻。在20世紀90年代分別開發(fā)了一種新型的催化技術(shù)。這種技術(shù)，即不對稱有機催化，今天被廣泛用于生產(chǎn)藥物和其他化學(xué)制品。至關(guān)重要的是，兩人開發(fā)的催化劑能夠合成不同于其鏡像的分子。

這也是20年后，“不對稱催化”領(lǐng)域再次斬獲諾獎殊榮。這兩名科學(xué)家?guī)淼娜禄瘜W(xué)合成工具，在新藥開發(fā)和制造上有極為重要的應(yīng)用價值，為全球病患帶來了實實在在的改變。DavidMacMillanBenjaminList2022年諾貝爾化學(xué)獎美國化學(xué)家卡羅琳·貝爾托西（CarolynR.Bertozzi）丹麥化學(xué)家摩頓·梅爾達爾（MortenMeldal）美國化學(xué)家卡爾·巴里·夏普利斯（K.BarrySharpless）。

2022年諾貝爾化學(xué)獎獎勵的是簡化化學(xué)反應(yīng)的過程，以表彰他們在“點擊化學(xué)和生物正交化學(xué)研究方面的貢獻”方面作出的貢獻。BarrySharpless和MortenMeldal為一種分子功能化—點擊化學(xué)（clickchemistry）—奠定了基礎(chǔ)?！包c擊”就是指兩個東西像積木扣在一起一樣