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波譜分析考試復(fù)習(xí)總結(jié)[共33頁(yè)]

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1、波譜分析(spectra analysis) 波譜分析的內(nèi)涵與外延: 定義:利用特定的儀器,測(cè)試化合物的多種特征波譜圖,通過(guò)分析推斷化合物的分子結(jié)構(gòu)。 特定的儀器:紫外,紅外,核磁,質(zhì)譜,(X-射線,圓二色譜等) 特征波譜圖: 四大譜;X-射線單晶衍射,圓二色譜等 化合物:一般為純的有機(jī)化合物 分子結(jié)構(gòu):分子中原子的連接順序、位置;構(gòu)象,空間結(jié)構(gòu) 儀器分析 (定量), 波譜分析(定性) 綜合性、交叉科學(xué)(化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)) 作用:波譜解析理論原理是物理學(xué),主要應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域(天然產(chǎn)物化學(xué)和中藥化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、藥物化學(xué)等),在藥物、化工,石油,食品及其它工業(yè)部

2、門有著廣泛的應(yīng)用;分析的主要對(duì)象是有機(jī)化合物。 課程要求:本課將在學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等課程的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)講授紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)、核磁共振光譜(NMR)和質(zhì)譜(MS)這四大光譜的基本原理、特征、規(guī)律及圖譜解析技術(shù),并且介紹這四大光譜解析技術(shù)的綜合運(yùn)用,培養(yǎng)學(xué)生掌握解析簡(jiǎn)單有機(jī)化合物波譜圖的能力。為學(xué)習(xí)中藥化學(xué)有效成分的結(jié)構(gòu)鑒定打下基礎(chǔ)。 第一章 紫外光譜(ultraviolet spectra,UV) 一、電磁波的基本性質(zhì)和分類 1、波粒二象性 光的三要素:波長(zhǎng)(λ) ,速度(c),頻率 (v) 電磁波的波動(dòng)性 光速 c:c=3.0 x 101

3、0 cm/s 波長(zhǎng)λ :電磁波相鄰波峰間的距離。用 nm,μm,cm,m 等表示 頻率v:v=c/ λ,用 Hz 表示。 電磁波的粒子性 光子具有能量,其能量大小由下式?jīng)Q定 : E = hν = hc/λ (式中E為光子的能量,h為普朗克常數(shù),其值為6.624 10-34j.s ) 電磁波的分類 2、分子的能量組成(能級(jí)圖) E 分子= E平+ E轉(zhuǎn)+ E振+E電子 能量大?。? E轉(zhuǎn)< E振< E電子 不同能級(jí)躍遷對(duì)應(yīng)的電磁波區(qū)域 紫外光譜 遠(yuǎn)紫外(4~200nm):又叫真空紫外區(qū) 近紫外(200~400nm):又叫石英紫外區(qū),最為常用。 電子躍遷類型的

4、影響 σ→σ*躍遷 :150nm左右,真空紫外區(qū) n→σ*躍遷 :一般小于200nm 弱吸收, ε約100 π→π*躍遷 :160~180nm(孤立雙鍵),>200nm (共軛雙鍵) 強(qiáng)吸收, ε約104 n→π*躍遷 :200~400nm 弱吸收, ε約100 2.3.表示方法和常用術(shù)語(yǔ) 發(fā)色團(tuán): 廣義上講,是分子中能吸收紫外光或可見(jiàn)光的結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 。 狹義上講,凡具有π電子的基團(tuán)。 如:c=c, c=o,苯環(huán)等芳香族化合物。 助色團(tuán):

5、 基團(tuán)本身不能吸收大于200nm的紫外光,但它與一定的發(fā)色團(tuán)相連時(shí),則可使發(fā)色團(tuán)所產(chǎn)生的吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng),同時(shí)吸收強(qiáng)度也增加,這些基團(tuán)稱助色團(tuán),即有助于光波的吸收。 常見(jiàn)的助色團(tuán)有-OH, -OR, -NHR, -SH, -Cl, -Br, -I等。 紅移:由于取代作用或溶劑效應(yīng)導(dǎo)致紫外吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的現(xiàn)象。 藍(lán)移:紫外吸收峰向短波方向移動(dòng)。 增色作用:使紫外吸收強(qiáng)度增加的作用。 減色作用:使紫外吸收強(qiáng)度降低的作用。 2.6吸收強(qiáng)度的主要影響因素 1、躍遷幾率 2、靶面積 2.7測(cè)定用溶劑的選擇 原則: 1、紫外透明,無(wú)吸收 2、溶解度好 3、不

6、與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 第三節(jié) 推測(cè)化合物λmax的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則 一.非共軛有機(jī)化合物的紫外吸收(了解) 二、共軛有機(jī)化合物的紫外吸收 (一)共軛烯烴的λmax的計(jì)算方法 1、共軛二烯,三烯及四烯λmax的計(jì)算(Woodward-Fieser經(jīng)驗(yàn)規(guī)則,) 1,增加一個(gè)共軛雙鍵 (增加共軛度) 2,環(huán)外雙鍵 (固定構(gòu)象,增加共軛幾率) 3,取代基 烷基和環(huán)殘基 ( σ-π超共軛) O、N、X、S (p- π共軛) (1)環(huán)外雙鍵:雙鍵在環(huán)外,且其中一個(gè)C構(gòu)成環(huán)的一員 (2)環(huán)殘基:與雙烯C相連的飽和環(huán)

7、骨架的一部分。 注意事項(xiàng): 交叉共軛體系,只能選一個(gè)較長(zhǎng)的共軛體系 芳香系統(tǒng)也不適用,另有規(guī)則。 只適用于小于或等于四個(gè)雙鍵的化合物。 共軛體系中的所有取代基及所有的環(huán)外雙鍵均應(yīng)考慮在內(nèi)。 2.共軛多烯λmax計(jì)算(Fieser-Kuhn公式) λmax=114+5M+n(48-1.7n)-16.5 Rendo-10 Rexo εmax=1.74104n 其中, M―烷基數(shù) n―總共軛雙鍵數(shù) Rendo―具有環(huán)內(nèi)雙鍵的環(huán)數(shù) Rexo―具有環(huán)外雙鍵的環(huán)數(shù)

8、 第四節(jié) 紫外光譜在有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用 1、確定未知化合物是否含有與某一已知化合物相同的共軛體系(確定樣品是否為已知化合物) 有標(biāo)準(zhǔn)品時(shí):若兩個(gè)化合物相同,其紫外光譜應(yīng)完全相同。但要注意,紫外光譜相同,結(jié)構(gòu)不一定相同。 無(wú)標(biāo)準(zhǔn)品時(shí):查找有關(guān)光譜文獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)照,注意所使用的溶劑與文獻(xiàn)一致 。 2、 確定未知結(jié)構(gòu)中的共軛結(jié)構(gòu)單元 (1)將λmax的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較 (2)與同類型的已知化合物UV光譜比較 許多類型的化合物,如黃酮類、蒽醌類和香豆素類等,其基本骨架是一致的,其結(jié)構(gòu)與紫外光譜特征之間的規(guī)律已比較清楚。同種類型的化合物在紫外光譜上既有共性(骨架

9、),又有個(gè)性(取代)。 這種方法在鑒定化合物結(jié)構(gòu)中經(jīng)常用到。 3、 確定構(gòu)型、構(gòu)象 4、測(cè)定互變異構(gòu)現(xiàn)象 紫外光譜儀器-紫外分光光度計(jì) 由五個(gè)基本部分組成: 1、光源2、分光系統(tǒng)(單色器)3、吸收池 4、檢測(cè)器5、記錄儀 1、光源:常用的光源是鎢燈、氫燈和氘燈。 鎢燈:用來(lái)做可見(jiàn)光的光源,其發(fā)射的波長(zhǎng)范圍在320~2500nm,用作測(cè)量可見(jiàn)光區(qū)的吸收光譜。 氫燈和氘燈:用于紫外光區(qū)的光源,波長(zhǎng)范圍在180~375nm。 2、分光系統(tǒng)(單色器) 單色器的主要部件是棱鏡和光柵?,F(xiàn)代多用光柵作為單色器,其分辨率較高。 3、比色皿:可分為石英和玻璃兩種比色皿。前者適用于紫

10、外可見(jiàn)光區(qū),后者只能用于可見(jiàn)光區(qū)。 4、檢測(cè)器:常用的檢測(cè)器有光電池、光電管和光電倍增管等。其中光電倍增管的靈敏度高,是應(yīng)用最廣的一種檢測(cè)器。 5、記錄儀 第二章 紅外光譜(Infrared spectra, IR) 教學(xué)要求 了解紅外光譜的基本原理 掌握分子的振動(dòng)能級(jí)基頻躍遷與峰位的關(guān)系 掌握紅外光譜區(qū)的八個(gè)重要區(qū)段 概念:特征譜帶區(qū),指紋區(qū),相關(guān)峰 了解紅外光譜在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 第一節(jié) 基礎(chǔ)知識(shí) IR歷史 1800 年,英國(guó)科學(xué)家W. Herschel發(fā)現(xiàn)紅外線。 1881年,Abney 和Festing 第一次將紅外線用于分子結(jié)構(gòu)的研究。 1889年

11、,Angstrem首次證實(shí)CO和CO2氣體分子具有不同的紅外光譜圖。 紅外光譜的特點(diǎn) 1、具有高度的特征性 2、對(duì)樣品的適應(yīng)性相當(dāng)廣泛,無(wú)論固態(tài)、 液態(tài)或氣態(tài)樣品都可進(jìn)行測(cè)定 4、對(duì)于特征基團(tuán)的分析準(zhǔn)確 3、常規(guī)紅外光譜儀價(jià)格較低(與核磁、質(zhì)譜比) 一、紅外光譜 是研究紅外光與物質(zhì)分子間相互作用的吸收光譜 E 分子= E移+ E振+ E轉(zhuǎn)+E電子 紅外光譜又稱作振-轉(zhuǎn)光譜 通常將紅外光分為三個(gè)區(qū)域: 近紅外區(qū)(泛頻區(qū):12500-4000cm-1) 中紅外區(qū)(基本振動(dòng):4000-400cm-1 ) 遠(yuǎn)紅外區(qū)(轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū):

12、400-25cm-1 ) 在常溫下,分子幾乎均處于基態(tài),所以在紅外吸收光譜中通常只考慮下面兩種躍遷: V0→V1:基頻峰,峰強(qiáng) v0→1=v(1-2Xe) V0→V2:倍頻峰,峰弱 v0→2=2v(1-3Xe) (二)多原子分子的振動(dòng) 1、振動(dòng)自由度與峰數(shù) 將多原子的復(fù)雜振動(dòng)分解為許多簡(jiǎn)單的基本振動(dòng)(簡(jiǎn)正振動(dòng))基本振動(dòng)的數(shù)目:振動(dòng)自由度(分子自由度) 分子自由度數(shù)(3N):平動(dòng)自由度+轉(zhuǎn)動(dòng)自由度+振動(dòng)自由度 振動(dòng)自由度: 分子自由度數(shù)(3N)-(平動(dòng)自由度+轉(zhuǎn)動(dòng)自由度) 非線性分子振動(dòng)自由度=3N-(3+3)=3N-6 線性分子振動(dòng)自由度=3N-(3+2)=3N-

13、5 2、振動(dòng)類型 (1)伸縮振動(dòng)(v):對(duì)稱伸縮振動(dòng)vs 不對(duì)稱伸縮振動(dòng)vas 對(duì)稱伸縮振動(dòng) :兩個(gè)鍵同時(shí)伸長(zhǎng)或縮短 不對(duì)稱伸縮振動(dòng):一個(gè)鍵伸長(zhǎng),一個(gè)縮短 特點(diǎn):只有鍵長(zhǎng)的變化,沒(méi)有鍵角的變化。 剪式振動(dòng)δs 面內(nèi)彎曲振動(dòng)δip

14、 平面搖擺ρ (2)彎曲振動(dòng) (δ) 非平面搖擺ω 面外彎曲振動(dòng)δo.o.p 扭曲振動(dòng)τ 彎曲振動(dòng):原子在鍵軸前后或左右彎曲振動(dòng)。 特點(diǎn):只有鍵角變化,無(wú)鍵長(zhǎng)變化。 紅外吸收在低頻率區(qū),一般在1500cm-1以下。 紅外光譜產(chǎn)生的

15、基本條件 1、hv紅外光=ΔE分子振動(dòng) 2、分子振動(dòng)時(shí),其偶極矩μ 必須 發(fā)生變化, 即Δμ≠0。 3、影響峰數(shù)的原因 理論上,每個(gè)振動(dòng)自由度在紅外光譜區(qū)都應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)吸收峰,但實(shí)際峰數(shù)往往少于振動(dòng)數(shù)目。 原因: 1 當(dāng)振動(dòng)過(guò)程中分子不發(fā)生瞬間偶極矩變化時(shí),不引起紅外吸收。 2 頻率完全相同的振動(dòng)彼此發(fā)生簡(jiǎn)并。 3 強(qiáng)寬峰覆蓋與它頻率相近的弱而窄的吸收峰。 4 吸收峰有時(shí)落在中紅外區(qū)以外(4000~650cm-1),不被檢測(cè)。 5 吸收峰太弱,無(wú)法測(cè)定。 也有使峰數(shù)增多的因素,如倍頻與組頻等。但這些峰落在中紅外區(qū)的較少,而且都非常弱。 三、分子偶極變化與峰強(qiáng)

16、 (一)峰強(qiáng)的表示法 百分透光率:紅外光譜用百分透光率T表示峰強(qiáng)。 T%=I/I0100% 故T%越小,吸收峰越強(qiáng)。 百分吸收率: 吸光度:A 摩爾吸光系數(shù):ε>100 vs ε=20-100 s ε=10-20 m ε<1 w (二)決定峰強(qiáng)的因素 (1)振動(dòng)過(guò)程中偶極矩的變化 原子的電負(fù)性 : vC=O>vC=C,vOH>vC-H>vC-C 振動(dòng)形式 : vas>vs, v>δ 分子的對(duì)稱性 :CO2的對(duì)稱伸縮O=C=O 其它 (2)能級(jí)躍遷的幾

17、率 基頻幾率最大 4、 影響峰位的因素 (一)內(nèi)部因素 1.電子效應(yīng) 由于取代基具有不同的電負(fù)性,通過(guò)電子效應(yīng)使分子中的電子云分布發(fā)生變化,從而改變化學(xué)鍵的鍵力常數(shù),也就改變了基團(tuán)的特征吸收頻率。 (1)誘導(dǎo)效應(yīng)(inductive effect) 取代基的電負(fù)性,引起電子云密度的變化,稱為誘導(dǎo)效應(yīng)。分為吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)(-I效應(yīng))和給電子誘導(dǎo)效應(yīng)(+I效應(yīng)) (2)共軛效應(yīng)(簡(jiǎn)稱+C或+M效應(yīng)) 共軛效應(yīng)使電子密度平均化,C=O的雙鍵性降低,鍵力常數(shù)減少,故吸收峰移向低波數(shù)區(qū)。 當(dāng)同時(shí)存在I效應(yīng)和C效應(yīng)時(shí),吸收峰的位移方向由影響較大的那個(gè)效應(yīng)

18、決定。 2.空間效應(yīng) (1)場(chǎng)效應(yīng)(簡(jiǎn)稱F效應(yīng)) (2)空間障礙(位阻) (3)跨環(huán)效應(yīng) 是一種特殊的空間電子效應(yīng),由于兩基團(tuán)的空間位置相近而產(chǎn)生的跨環(huán)共軛效應(yīng),使紅外吸收向低波數(shù)移動(dòng)。 (4)環(huán)張力 環(huán)外雙鍵和環(huán)上羰基,其頻率隨著環(huán)張力增加而增加。 環(huán)內(nèi)雙鍵的伸縮頻率則隨環(huán)張力的增加而降低。 3.氫鍵效應(yīng) 氫鍵的形成使參與形成氫鍵的化學(xué)鍵力常數(shù)減少,可使伸縮頻率向低波數(shù)方向移動(dòng),譜帶變寬。 (1)分子內(nèi)氫鍵(與濃度無(wú)關(guān)) 氫鍵的形成使參與形成氫鍵的化學(xué)鍵力常數(shù)減少,可使伸縮頻率向低波數(shù)方向移動(dòng),譜帶變寬。 (1)分子內(nèi)氫鍵(與濃度無(wú)關(guān))

19、 可使譜帶大幅度向低波數(shù)方向移動(dòng) (P54舉例) (2)分子間氫鍵(與濃度有關(guān)) 醇、酚、羧酸。其中羧酸的分子間氫鍵締合不僅使羰基的吸收頻率發(fā)生變化,而且也使羥基出現(xiàn)在3200~2500cm-1區(qū)間。 4.互變異構(gòu) 5.振動(dòng)偶合效應(yīng) 當(dāng)兩個(gè)基團(tuán)在分子中靠近,且振動(dòng)頻率相同或相近時(shí),其相應(yīng)的吸收峰強(qiáng)度增強(qiáng)或發(fā)生裂分,形成兩個(gè)峰,這叫振動(dòng)偶合。 費(fèi)米共振: 當(dāng)倍頻峰(或組頻)位于某強(qiáng)的基頻吸收峰附近時(shí),弱的倍頻或組頻峰的吸收強(qiáng)度被大大強(qiáng)化,間或發(fā)生峰帶裂分,這種倍頻與基頻峰之間的振動(dòng)偶合稱為費(fèi)米共振。 6.樣品的物理狀態(tài)的影響 同一樣品在不同的狀態(tài)測(cè)定(氣、液

20、、固),其紅外吸收光譜有不同程度的差異。核對(duì)光譜時(shí)要注意。 (二)外部因素 1.溶劑影響 極性基團(tuán)的伸縮頻率常隨溶劑極性增大而降低。如羧酸的羰基在不同溶劑中伸縮頻率如下: 氣體 vC=O 1780cm-1 乙醚 vC=O 1760cm-1 乙醇 vC=O 1720cm-1 堿液 vC=O 1610~1550cm-1 第二節(jié) 紅外光譜中的重要區(qū)段 一、特征譜帶區(qū)、指紋區(qū)及相關(guān)峰的概念 1、特征譜帶區(qū) 有機(jī)化合物的分子中一些主要官能團(tuán)的特征吸收多發(fā)生在紅外區(qū)域的4000~1333cm-1。該區(qū)域吸收峰比較稀疏,容

21、易辨認(rèn),故通常把該區(qū)域叫特征譜帶區(qū),該區(qū)相應(yīng)的吸收峰稱做特征吸收或特征峰。 2、指紋區(qū) 1333~400cm-1的低頻區(qū)稱為指紋區(qū)。該區(qū)域?qū)τ诟鱾€(gè)化合物來(lái)說(shuō)特異性較強(qiáng),猶如每個(gè)人的指紋一樣。 3、相關(guān)峰 一個(gè)基團(tuán)常有數(shù)種振動(dòng)形式,每種紅外活性的振動(dòng)通常都相應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)吸收峰。習(xí)慣上把這些相互依存而又相互可以佐證的吸收峰叫相關(guān)峰。 二.紅外光譜中的八個(gè)重要區(qū)段 (一) 3750~3000cm-1 ,X-H伸縮振動(dòng)區(qū) (二) 3300~3000cm-1,不飽和烴和芳烴C-H伸縮振動(dòng)區(qū) (三) 3000~2700cm-1, 飽和烴的C-H和醛基C-H伸縮振動(dòng)

22、區(qū) (四) 2400~2100cm-1, 三鍵對(duì)稱伸縮振動(dòng)區(qū) (五) 1900~1650cm-1, 羰基的伸縮振動(dòng)區(qū) (六) 1680~1500cm-1, 雙鍵的伸縮振動(dòng)區(qū) (七) 1475~1050 cm-1, C-H彎曲振動(dòng)(面內(nèi))及X-Y伸縮振動(dòng) (八) 1000~650cm-1,C-H彎曲振動(dòng)(面外) 1、 3750~3000cm-1 X-H (X= N, O, S) 伸縮振動(dòng)區(qū) 基團(tuán)類型 波數(shù)cm-1 峰強(qiáng) 備注 vO-H 游離O-

23、H 3700~3500 較強(qiáng),尖銳 稀溶液或氣態(tài) 締合O-H 3450~3200 強(qiáng),寬 羧酸 3400~2500 強(qiáng)而散(很特征) vN-H 游離N-H 3500~3300 弱,稍尖 伯胺 雙峰 締合N-H 3500~3100 弱而尖 仲胺是單峰 叔胺無(wú)吸收峰 酰胺

24、 3500~3300 可變 2、 3300~3000cm-1 不飽和烴和芳烴C-H伸縮振動(dòng)區(qū) 基團(tuán)類型 波數(shù)cm-1 峰強(qiáng) 備注 C≡C-H 3300 強(qiáng) 很特征 Ar-H 3030 弱-中 C=C-H 3040~3010 弱-中強(qiáng) 此區(qū)域是區(qū)別飽和及不飽和烴的重要區(qū)域,不飽和烴和芳烴C-H伸縮振動(dòng)均在3000 cm-1以上,飽和烷烴均在3000 cm-1以下。 3、 3000~2700cm-

25、1 飽和烴的C-H和醛基C-H伸縮振動(dòng)區(qū) C-H鍵類型 波數(shù)cm-1 峰強(qiáng) 備注 -CH3 2960,2780 高強(qiáng) 雙峰 -CH2 2930,2850 強(qiáng) 雙峰 不特征 -C-H 2890 中強(qiáng) -OCH3 2830~2810 中強(qiáng) 2820,2720 中強(qiáng),尖 雙峰 2720低,特征 -O-CH2-O 2780~2765 弱-

26、 相關(guān)峰930 (四)三鍵C-C對(duì)稱伸縮振動(dòng)區(qū)(2400~2100cm-1) 三鍵類型 波數(shù)cm-1 峰強(qiáng) H-C≡C-R 2140~2100 強(qiáng) R’-C≡ C-R 2260~2190 可變 R-C≡ C-R 無(wú)吸收 RC≡ N 2260~2240 強(qiáng) R’-

27、C≡ C-C≡ C-R 2400~2100 弱-中強(qiáng) (五)羰基的伸縮振動(dòng)區(qū)(1900~1650cm-1) 羰基吸收最常出現(xiàn)的區(qū)域?yàn)?755~1670cm-1, 表現(xiàn)為一特征的強(qiáng)峰。 羰基峰位的計(jì)算方法:p74 (六)雙鍵的對(duì)稱伸縮振動(dòng)區(qū)(1680~1500cm-1) 雙鍵類型 波數(shù)cm-1 峰強(qiáng) >C=C< 1680~1620 不定 >C=N- 1690~164

28、0 不定 -N=N- 1630~1575 不定 說(shuō)明:1、分子比較對(duì)稱時(shí),C=C 峰很弱。 2、芳香化合物在1600~1500cm-1處有一個(gè) 或一個(gè)以上強(qiáng)峰。 3、C=C 吸收高頻區(qū)與 C=O 區(qū)別。 (七)C-H彎曲振動(dòng)(面內(nèi)) (1475~1300 cm-1)及X-Y伸縮振動(dòng)(1300 ~1050 cm-1) 基團(tuán)類型 波數(shù)cm-1

29、 峰強(qiáng) δas CH3 1470~1430 中 δs CH3 1396~1365 中-弱 δas CH2 1470~1430 中 說(shuō)明:1、羧酸鹽(COO-) vs 1450~1300強(qiáng)峰, 硝基 (NO2) vs 1385~1290強(qiáng)峰, 砜類 (SO2) vas 1440~1290強(qiáng)峰

30、 2、偕二甲基,雙峰; 偕三甲基,雙峰,一強(qiáng)一弱 p78 X-Y伸縮振動(dòng)(強(qiáng)) :對(duì)鑒定醇、醚、酯有幫助 (八)C-H彎曲振動(dòng)(面外)(1000~650cm-1) 基團(tuán)類型 波數(shù)cm-1 峰強(qiáng) RCH=CH2 990, 910 強(qiáng) RCH=CHR(順) 690 中-強(qiáng) RCH=CHR(反) 970

31、 中-強(qiáng) R2C=CH2 890 中-強(qiáng) R2C=CHR 840~790 中-強(qiáng) 脂肪族化合物CH面外彎曲振動(dòng)區(qū) 說(shuō)明:1、分子中有-(CH2)n-基團(tuán),且n > 4時(shí),在720~750cm-1也會(huì)出現(xiàn)CH平面搖擺振動(dòng)吸收峰,隨著n的減少,吸收峰向高波數(shù)移動(dòng)。 2、亞甲二氧基(-O-CH2-O-)與苯環(huán)相連時(shí),在925~935cm-1有很強(qiáng)的特征吸收峰。 3、甙鍵為

32、β構(gòu)型時(shí),在890cm-1處會(huì)出現(xiàn)糖的端基原子的δCH吸收,可作為鑒定甙鍵構(gòu)型的輔助手段。 三.芳香族化合物的特征吸收 (表2-13) 相關(guān)峰 波數(shù)cm-1 峰強(qiáng) 備注 vCH 3040~3030 中 vC=C 1600~1430 不定 芳核骨架振動(dòng) 1600, 1500 δCH 910~690 強(qiáng) 判斷取代類型 芳香化合物的判斷: 考察 3040~3030 vCH

33、和1600~1430芳核骨架振動(dòng)同時(shí)存在,確定有無(wú)芳香環(huán)。 與烯烴的區(qū)別: 烯烴在1600附近只有一個(gè)峰,一般以1640為中心;芳香環(huán)在1600~1430至少兩個(gè)以上的峰(一般有1600和1500附近兩個(gè)主峰) 與烷烴的區(qū)別: 烷烴vCH在2900,芳香環(huán)在3030。(以3000為界) 烷烴在1450和1390 附近的δCH ,與芳香環(huán)在1600~1430至少兩個(gè)以上的峰 最主要能與同時(shí)含烷基和烯基的化合物分開(kāi): 芳香環(huán)在1600~1430至少兩個(gè)以上的峰(一般有1600和1500附近兩個(gè)主峰,特別是1600的峰) 紅外譜圖解析的一般步驟 根據(jù)分子式,計(jì)算不飽和度。

34、通過(guò)不飽和度可估計(jì)分子結(jié)構(gòu)中是否有雙鍵、三鍵或芳香環(huán)等。 可先從4000~1333cm-1的特征區(qū)入手,找出 存在的官能團(tuán),并兼顧指紋區(qū)的譜帶,估計(jì) 分子類型。 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)譜圖驗(yàn)證解析結(jié)果的正確性。對(duì)于新化合物,還需配合UV, NMR, MS 等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合解析。 不飽和度 (Degree of unsaturation) 定義: 又稱缺氫指數(shù)。是指分子與同碳數(shù)的飽和 開(kāi)鏈烴比較,每缺少2個(gè)氫為1個(gè)不飽和度。 如:乙烯變成飽和烷烴需要兩個(gè)氫原子,不飽和度為1。 作用: 由分子的不飽和度可以推斷分子中含有雙鍵,三鍵,環(huán),芳環(huán)的總數(shù)目。 注意多環(huán):剪

35、開(kāi)而不剪短 計(jì)算: W =1+1/2n3+n4+3/2n5+2n6-1/2n1 n1, n3, n4, n5, n6分別為分子中一價(jià),三價(jià),四價(jià),五價(jià),六價(jià)元素?cái)?shù)目 理解:骨架,串糖葫蘆 若分子中僅含一,二,三,四價(jià)元素(H,O,N,C),則可按下式進(jìn)行不飽和度的計(jì)算: W = 1+1/2N數(shù)+C數(shù)-1/2H數(shù) 注意: 與O無(wú)關(guān) 化合價(jià)不分正負(fù),按提供的成鍵電子數(shù)計(jì)算 注意變價(jià)元素(S,P)DMSO 譜圖解析的注意事項(xiàng): 1、如果在4000~400cm-1區(qū)間只顯示少數(shù)幾個(gè) 寬吸收峰的譜圖,這很可能是無(wú)機(jī)化合物。(特別是3

36、000附近) 2、解析譜圖時(shí),辨認(rèn)吸收峰位置無(wú)疑是重要的, 但吸收峰的強(qiáng)度和峰形也是紅外吸收的重要 特點(diǎn),對(duì)確定結(jié)構(gòu)很有用。如羥 基,氨基。 (三要素) 3、同一基團(tuán)的幾種振動(dòng)吸收峰的相互印證, 如苯環(huán)、醛類。(相關(guān)峰) 4、判斷化合物是飽和還是不飽和。 (以3000cm-1為界) 5、注意區(qū)別和排除非樣品的譜帶的干擾。如 大氣中的CO2在2350和667cm-1有吸收;因 KBr吸水,在3410~3300cm-1有吸收(1630附近也有弱峰)。 6、在一張譜圖上,

37、并不是所有的吸收峰都能 指出其歸屬,有許多譜峰,特別是指紋區(qū) 的譜峰很難找到它們的歸屬的。 第三節(jié) 紅外光譜在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 一.鑒定未知結(jié)構(gòu)的官能團(tuán) 1、對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的化合物,有時(shí)僅需知 道其分子式和其他少量信息,即可利 用IR譜完全確定其結(jié)構(gòu)式。 2、一般來(lái)說(shuō),完整的確定一個(gè)未知化合物的 結(jié)構(gòu),需要測(cè)定一些物理常數(shù)和UV, NMR, MS等波譜數(shù)據(jù)的配合才能完成。但紅外光 譜在確定化合物中存在的官能團(tuán)上,有獨(dú)到 之處。 二.鑒定是否為某已知成分 1.有標(biāo)準(zhǔn)品時(shí),樣品和標(biāo)

38、準(zhǔn)品在同一條件下測(cè)得的紅外光譜比較,完全相同時(shí)(包括指紋區(qū))可以判定為同一化合物。(有極個(gè)別例外) 2.無(wú)標(biāo)準(zhǔn)品,但有標(biāo)準(zhǔn)圖譜時(shí), 與譜圖核對(duì)。 注意所用儀器是否一致,樣品的物理狀態(tài)及所用溶劑是否一致等。 標(biāo)準(zhǔn)譜圖集:P92 紅外光譜儀器及實(shí)驗(yàn)技術(shù) 一、色散型紅外光譜儀 由光源、單色器、樣品池、檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)組成。 1、光源 能斯特?zé)?、硅碳? 2、單色器 棱鏡和光柵 3、檢測(cè)器 熱檢測(cè)器和光檢測(cè)器 二、傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR) 最核心的部分是邁克爾遜干涉儀。較色散型 紅外光譜儀有以下優(yōu)點(diǎn): 1、分辨率高

39、 0.1~0.005cm-1 (0.2~3cm-1) 2、掃描時(shí)間短 1秒 (幾分鐘) 3、光譜范圍寬 10000~10cm-1 (4000~400cm-1) 4、靈敏度高 10-9 g 樣品處理技術(shù)技術(shù) 1、氣態(tài)樣品 可直接導(dǎo)入已抽真空的氣體池內(nèi)測(cè)定。 2、液體樣品 液膜法 3、固體樣品 (1)KBr壓片法 (2)研糊法(石蠟油) 1,紅外數(shù)據(jù)庫(kù) 2,聯(lián)用技術(shù) (GC/FTIR) (SFC/IR) 拉曼光譜 拉曼光譜:散射光譜 紅外光譜:吸收光譜 雷利散射:彈性散射 拉曼散射:非

40、彈性碰撞 拉曼光譜強(qiáng)度取決于極化率的變化,與紅外光譜互補(bǔ)。 第三章 核 磁 共 振 教學(xué)要求 基本概念: 了解核自旋,核進(jìn)動(dòng)等。 理解核躍遷,核馳豫,磁旋比 掌握屏蔽效應(yīng),化學(xué)位移,偶合常數(shù),化學(xué)等價(jià),磁等價(jià)等。及其影響因素。 根據(jù)化學(xué)位移和偶合常數(shù)等數(shù)據(jù)解譜 了解二維核磁共振 第一節(jié) 核磁共振的基礎(chǔ)知識(shí) 核磁共振的基本原理 產(chǎn)生核磁共振的必要條件 屏蔽效應(yīng)及在其影響下的能級(jí)躍遷 1.1 核磁共振的基本原理 1.1.1 原子核的自旋與自旋角動(dòng)量、核磁矩、磁旋比 核自旋 原子核是帶正電的微粒(由質(zhì)子 +中子組成),大多數(shù)原子核都具有自旋現(xiàn)

41、象。 I=1/2 :電荷均勻分布于原子核表面,核磁共振譜線較窄,最適宜于核磁共振檢測(cè),是NMR研究的主要對(duì)象。如1H,13C;19F,31P等 I>1/2 電荷非均勻分布于原子核表面的核,都具有特有的弛豫機(jī)制(Relaxation), 導(dǎo)致核磁共振的譜線加寬,不利于核磁共振檢測(cè)。 分子中,電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)躍遷,DE 較大,可以有效的自發(fā)輻射;核自旋能級(jí)DE小,自發(fā)輻射幾率幾乎為0。 自旋-晶格弛豫 (spin-lattice Relaxation) 晶格泛指環(huán)境,即高能態(tài)自旋核把能量傳給周圍環(huán)境(同類分子、溶劑小分子、固體晶格等)轉(zhuǎn)變?yōu)闊徇\(yùn)動(dòng)而本身回到低能態(tài)維持

42、Boltzmann分布。結(jié)果是N- 數(shù)目下降。 自旋-晶格弛豫又稱縱向弛豫。 高能態(tài)核把能量傳給同類低能態(tài)的自旋核,本身回到低能態(tài),維持Boltzmann分布。結(jié)果是高低能態(tài)自旋核總數(shù)不變。 n 核的進(jìn)動(dòng)和拉莫 (Larmor) I 0的自旋核, 繞自旋軸旋轉(zhuǎn)(自旋軸的方向與m 一致),自旋軸又與H0保持一q角進(jìn)動(dòng)(Precess),或稱Larmor進(jìn)動(dòng)。類似于陀螺在重力場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng)。 1.2 產(chǎn)生核磁共振的必要條件 若在垂直于H0的方向加射頻場(chǎng),其頻率為n1,當(dāng)n1 = n0時(shí),核就會(huì)吸收能量,由低能態(tài)(+1/2

43、)躍遷至高能態(tài)(-1/2),這種現(xiàn)象稱核磁共振。 產(chǎn)生NMR條件 (1) I 0的自旋核磁性核 (2) 外磁場(chǎng)H0 能級(jí)裂分 (3) 與H0相互垂直的射頻(輻射頻率)n 1, 且 n1 = n0 (1)根據(jù)書(shū)上公式3-6 核磁共振實(shí)現(xiàn)方法2種 掃場(chǎng)法: 固定射頻磁場(chǎng)頻率,讓H0連續(xù)變化。 掃頻法: 磁場(chǎng)H0固定,讓射頻場(chǎng)頻率連續(xù)變化。 連續(xù)波核磁共振儀已被脈沖傅立葉變換 核磁共振儀所取代。 核外電子云的密度高,σ值大,核的共振吸收向高場(chǎng)(或低頻)位移。 核外電子云的密度低,σ值小,核的共振吸

44、收向低場(chǎng)(或高頻)位移。 第二節(jié) 氫核磁共振譜 1HNMR 化學(xué)位移(Chemical shift) ——由于化學(xué)環(huán)境不同所引起的NMR信號(hào)位置的變化。 化學(xué)位移常用δ表示。 化學(xué)位移的表示方法 以某一標(biāo)準(zhǔn)物為標(biāo)準(zhǔn),測(cè)得樣品共振峰與標(biāo)準(zhǔn)樣共振峰的距離。以δ表示: ν樣品——樣品的共振頻率;ν標(biāo)樣——標(biāo)準(zhǔn)樣的共振頻率; ν0 ——儀器的工作頻率;乘106是為了讀數(shù)方便。 化學(xué)位移的影響因素 誘導(dǎo)效應(yīng) 化學(xué)鍵的各向異性 濃度、溫度、溶劑對(duì)δ值的影響 誘導(dǎo)效應(yīng)( 電負(fù)性取代基的影響 ) 值得注意的是,誘導(dǎo)效應(yīng)是通過(guò)成鍵電子傳遞的,隨著與電負(fù)性

45、取代基距離的增大,誘導(dǎo)效應(yīng)的影響逐漸減弱,通常相隔3個(gè)以上碳的影響可以忽略不計(jì)。 化學(xué)鍵的各向異性 因化學(xué)鍵的鍵型不同,導(dǎo)致與其相連的氫核的化學(xué)位移不同。 氫核交換 1,化學(xué)位移值不固定 2,可能出峰,也可能不出峰 判斷活潑H的辦法 1,重水交換 2,DMSO 活潑氫的化學(xué)位移(CDCl3) 氫鍵 形成氫鍵,質(zhì)子受屏蔽作用小, 化學(xué)位移向低場(chǎng)移動(dòng),如5-羥基黃酮。 2.2 峰面積與氫核數(shù)目 各吸收峰的面積 正比于 引起該吸收的氫核數(shù)目 1,階梯式積分曲線(近代) 2,積分面積(現(xiàn)代實(shí)際) 3,書(shū)面直接告知面積比 面積比得同類

46、型氫核比 實(shí)際譜圖中很少完美的正數(shù)比(基線不平、峰型畸變、活潑H,峰交疊)(0.9——1.1) 同類型氫核 2.3 峰的裂分及耦合常數(shù) 自旋-自旋偶合 自旋核與自旋核之間的相互作用(干擾)。 偶合的結(jié)果 造成譜線增多,稱之裂分。 偶合的程度 用偶合常數(shù)(J)表示,單位: Hz 1,自旋-自旋偶合機(jī)理(裂分原因) 2,核的等價(jià)性 3,峰裂分:(n+1)規(guī)律 4,偶合常數(shù) 裂分原因:在外磁場(chǎng)下,相鄰的磁性核的自旋偶合(自旋干擾)。 HF的F核,在外磁場(chǎng)中的兩種自旋取向,產(chǎn)生兩種不同方向的小磁場(chǎng)。對(duì)H核產(chǎn)生作用。 偶合常數(shù):Ja,b=J

47、b,a 2、核的等價(jià)性 化學(xué)等價(jià)(chemical equivalence) 若分子中兩相同原子(或相同基團(tuán))處于相同化學(xué)環(huán)境時(shí),他們是化學(xué)等價(jià)的。 在化學(xué)反應(yīng)中: 反應(yīng)速度相等 在波譜測(cè)定中: 測(cè)量結(jié)果相等。 在HNMR中: 化學(xué)等價(jià)的H核,其化學(xué)環(huán)境完全相等,化學(xué)位移相等。 化學(xué)不等價(jià),則化學(xué)位移不相等。 (化學(xué)環(huán)境相差越大,化學(xué)位移也就相差越大) 1,對(duì)稱性導(dǎo)致的化學(xué)等價(jià): 二重軸(繞軸旋轉(zhuǎn)180度后與原圖型完全重合)(化學(xué)等價(jià)) 只有對(duì)稱面(非手性環(huán)境,化學(xué)等價(jià);手性環(huán)境,化學(xué)不等價(jià))。 2,σ鍵的快速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的化

48、學(xué)等價(jià) CH3-CXYZ (Newman投影式,構(gòu)象幾率的加權(quán)平均) 同一甲基上的三個(gè)氫,在任何環(huán)境下都是化學(xué)等價(jià)的,HNMR總在一處出峰。(特丁基all the same) CH2上的兩個(gè)H的化學(xué)等價(jià)性: X-CH2CH2-Y 等價(jià) R-CH2CXYZ 不等價(jià) 3,環(huán)的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致的化學(xué)等價(jià): 常見(jiàn)的化學(xué)不等價(jià)情況 (1)固定環(huán)上 (2) (3) 磁等同氫核 磁等價(jià)(magnetic equivalence) 分子中某組氫核: 1,化學(xué)環(huán)境相同,化學(xué)位移相同, 2,且對(duì)組外任一磁性核的偶合相等,只表現(xiàn)出一種偶合常數(shù), 則這組氫核稱為磁等同氫核。

49、 1,化學(xué)不等價(jià),一定是磁不等同的。 2,化學(xué)等價(jià),不一定磁等同 A,化學(xué)等價(jià),磁等同的情況 B,化學(xué)等價(jià),磁不等同的情況 自旋偶合始終存在,但由它引起的峰的裂分則只有當(dāng)相互偶合的核的化學(xué)位移值不等時(shí)才能表現(xiàn)出來(lái),即當(dāng)兩H核化學(xué)等價(jià)時(shí),相互之間不會(huì)裂分?;瘜W(xué)等價(jià)比磁等價(jià)更有意義(峰分組、峰裂分)。 3,峰裂分?jǐn)?shù):(2nI+1)或(n+1)規(guī)律 某組環(huán)境相同的核,與n個(gè)環(huán)境相同的核偶合,則被裂分為(2nI+1)個(gè)峰。 在HNMR中,H核的I=1/2,則某組環(huán)境相同的H核,與n個(gè)環(huán)境相同的H核偶合,則被裂分為(n+1)個(gè)峰。 峰強(qiáng)度可按二項(xiàng)式展開(kāi)后

50、的系數(shù)表示。(X+1)m ,m=N-1(N為裂分?jǐn)?shù)) 畫自旋偶合圖,逐級(jí)分解偶合關(guān)系,每一級(jí)偶合遵照n+1規(guī)則 分解時(shí)先后順序不影響最終結(jié)果,但一般按偶合常數(shù)由大到小,這樣簡(jiǎn)潔、交叉少)。 特別注意偶合常數(shù),偶合常數(shù)相同的為一級(jí)(或很相近,稍有形變); 4.偶合常數(shù) J P143 偶合使得吸收信號(hào)裂分為多重峰,多重峰中相鄰兩個(gè)峰之間的距離稱為偶合常數(shù)(J),單位為赫茲(Hz)。 J的數(shù)值大小表示兩個(gè)質(zhì)子間相互偶合(干擾)的大小,可判斷化合物片斷的結(jié)構(gòu)。 裂分峰組的中心位置是該組磁核的化學(xué)位移值。裂分峰之間的裂距反映耦合常數(shù)J 的大小,確切地說(shuō)

51、是反映J 的絕對(duì)值,因?yàn)镴 值有正負(fù)之分,只是J 值的正負(fù)在核磁共振譜圖上反映不出來(lái),一般可以不予考慮。 計(jì)算:在測(cè)量耦合常數(shù)時(shí)應(yīng)注意J 是以頻率( Hz)為單位,而核磁共振譜圖的橫坐標(biāo)是化學(xué)位移值,直接從譜圖上量得的裂分峰間距(Δδ)必須乘以儀器的頻率才能轉(zhuǎn)化為Hz。 J= Δδ儀器頻率 磁等價(jià)的核相互之間也有耦合作用,但沒(méi)有譜峰裂分的現(xiàn)象。 偶合常數(shù) J 偶合常數(shù)J不因外磁場(chǎng)的變化而改變;同時(shí),它受外界條件如溶劑、溫度、濃度變化等的影響也很?。ㄏ鄬?duì)化學(xué)位移)。 由于偶合作用是通過(guò)成鍵電子傳遞的,因此,J值的大小與兩個(gè)(組)氫核之間的鍵數(shù)有關(guān)。 一般說(shuō)來(lái),間隔3

52、個(gè)單鍵以上時(shí),J趨近于0。 偶合常數(shù)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 質(zhì)子與質(zhì)子(1H,1H)之間的偶合 通過(guò)兩個(gè)鍵之間的偶合(偕偶) ---同碳質(zhì)子間的偶合 通過(guò)三個(gè)鍵之間的偶合(鄰偶) ---鄰碳質(zhì)子間的偶合 大于三鍵之間的偶合(遠(yuǎn)程偶合) ---間隔三根以上化學(xué)鍵的偶合 芳環(huán)體系 苯的衍生物 Jm = 4J ~2Hz, Jp = 5J 0~1Hz 吡啶衍生物 J2, 4 J3,5 J4, 6 = 4J ~2Hz J2. 5 J3, 6 =

53、5J 0~1Hz 呋喃,吡咯類衍生物 4J = J2, 4 = J3, 5 1~2Hz 核磁共振氫譜譜圖的分類 P138 (低級(jí)偶合:一級(jí)譜圖 高級(jí)偶合: 二級(jí)譜圖) 自旋系統(tǒng)的分類與命名 常見(jiàn)的自旋系統(tǒng) 低級(jí)偶合:一級(jí)譜圖 系統(tǒng)中兩個(gè)(組)相互干擾的氫核化學(xué)位移差距Δν遠(yuǎn)大于偶合常數(shù), 即Δν/J ≥ 6 裂分峰數(shù)目符合(n+1)規(guī)律。裂分峰強(qiáng)度符合二項(xiàng)展開(kāi)式的系數(shù)。 裂距等于偶

54、合常數(shù),可直接讀出。 J= Δν儀器頻率 系統(tǒng)的表達(dá):英文字母表上相距較遠(yuǎn)的字母 高級(jí)偶合:二級(jí)譜 系統(tǒng)中兩個(gè)(組)相互干擾的氫核化學(xué)位移差距Δν接近于偶合常數(shù), 即Δν/J ≯ 6 1、一般,峰的數(shù)目超過(guò)n+1規(guī)律所得數(shù)目 2、各峰間相對(duì)強(qiáng)度關(guān)系復(fù)雜 3、δ 、J都不能直接讀出,需計(jì)算。 系統(tǒng)的表達(dá):英文字母表上相距較近的字母 自旋系統(tǒng)的分類 二旋系統(tǒng) >C=CH2, X-CH=CH-Y, C*-CH2- 等。 三旋系統(tǒng) X-CH=CH2 , -CH2-CH< , 三取代苯,二取代吡啶等。 四旋系統(tǒng) X-CH2-CH2-

55、Y ,二取代苯, 一取代吡啶等。 五旋系統(tǒng) CH3-CH2-X , 一取代苯等。 AB2 系統(tǒng) AB2系統(tǒng)比較復(fù)雜,最多時(shí)出現(xiàn)9條峰,其中A 4條峰, 1H; B 4條峰,2H;1條綜合峰。 常見(jiàn)官能團(tuán)的復(fù)雜譜圖(用自旋耦合圖分析) 1、單取代苯環(huán) 在苯環(huán)氫區(qū)域內(nèi),有5個(gè)H存在時(shí),可判定為單取代。 第一類取代基:-CH3,-CH2-,-Cl,-Br,-CH=CHR,-C≡CR等。對(duì)苯環(huán)的鄰、間、對(duì)位氫影響不大,故它們的峰拉不開(kāi),總體看來(lái)是一個(gè)中間高,兩邊低的大峰 。 第二類取代基:是有機(jī)化學(xué)中使苯環(huán)活化的鄰、對(duì)位定位基。有

56、-OH,-OR,-NH2,-NHR,-NRR’等。使苯環(huán)鄰、對(duì)位氫的電子云密度增加,而使鄰對(duì)位移向高場(chǎng)移動(dòng)。 第三類取代基:是間位定位基,有-CHO,-COR,-COOR,-COOH,-CONHR,-NO2, -N=N-Ar,-SO3H等。使苯環(huán)電子云密度降低,移向低場(chǎng)。鄰位兩個(gè)氫最低場(chǎng)。 2、對(duì)位二取代苯環(huán) 苯環(huán)上四個(gè)氫構(gòu)成AA’BB’體系,譜線左右對(duì)稱。這是取代苯環(huán)中最易識(shí)別的。現(xiàn)在一般呈現(xiàn)AX 3、鄰位二取代苯環(huán) 相同基團(tuán)取代,為AA’BB’體系,左右對(duì)稱?,F(xiàn)在一般呈現(xiàn)一級(jí)譜圖 不同基團(tuán)取代,為ABCD體系。譜峰復(fù)雜。 4、間位二取代苯環(huán) 相同基團(tuán)取代,為

57、AB2C體系. 不同基團(tuán)取代,為ABCD體系。譜峰復(fù)雜,但由于兩取代基團(tuán)中間隔離的氫無(wú)2J偶合,經(jīng)常顯示初略的單峰,可做判斷。 5、正構(gòu)長(zhǎng)鏈烷烴 X-(CH2)n-CH3,端甲基的三重峰畸變,總體表現(xiàn) 在δ 1.25ppm形成一個(gè)粗的單峰。 HNMR譜測(cè)定技術(shù) 1,試樣與溶劑 1,樣品純度,用量 95%,10mg 2,核磁樣品管 3,氘代溶劑的選擇:主要是考慮溶解度,氘代氯仿最常用(適用于大多數(shù)非強(qiáng)極性成分,便宜)。強(qiáng)極性(氘代甲醇、重水)。 特定樣品氘代溶劑的選擇:氘代二甲亞砜(用在一般溶劑難溶的物質(zhì),黃酮類成分、酚羥基);氘代吡啶(皂甙

58、)。 信號(hào)不重疊、符合文獻(xiàn)傳統(tǒng)。(中一) 氘代溶劑的干擾峰 (少量未氘代完全的H和溶劑中水) CDCl3 7.26(s),1.55(s,水) CD3SOCD3 2.50(5), 3.31(s,水) C5D5N 8.73(s), 7.58(s),7.21(s), 4.91(s,水) CD3OD 3.31(5), 4.84(s,水) CD3COCD3 2.05(5), 2.8(s ,水) D2O 4.7(s) C6D6 7.2(s) CD

59、3CN 2.09(5) , 1.94(s ,水) 3,重氫交換法 D2O 交換: -OH, -NH2, -COOH, -SH… 作用:確定活潑H 4,去偶試驗(yàn) 作用:輔助確定H的相互偶合 譜圖中化合物的結(jié)構(gòu)信息 (1)峰的數(shù)目:標(biāo)志分子中化學(xué)不等價(jià)質(zhì)子的種類,多少種; (2)峰的強(qiáng)度(面積):每類質(zhì)子的數(shù)目(相對(duì)),多少個(gè); (3)峰的位移(d ):每類質(zhì)子所處的化學(xué)環(huán)境,化合物中位置; (4)峰的裂分?jǐn)?shù):相近碳原子上質(zhì)子數(shù); (5)偶合常數(shù)(J):確定化合物構(gòu)型。 不足之處:僅能確定質(zhì)子(氫譜)。 1HNMR解析步驟 1,總體檢查圖譜:

60、 譜圖是否正常:底線是否平坦,信噪比是否符合要求;TMS是否正常;區(qū)分雜質(zhì)峰,溶劑峰等。(樣品問(wèn)題,送樣問(wèn)題,作譜問(wèn)題) 譜峰的整體分布:譜峰的多少,主要譜峰的位置(化合物的粗略信息) 2,已知分子式,則計(jì)算不飽和度,大于4時(shí),考慮可能存在苯環(huán)。 3,根據(jù)積分曲線算出各個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的H的個(gè)數(shù)。即確定譜圖中各峰組對(duì)應(yīng)的H數(shù)。(設(shè)定一個(gè)H的積分,以此推斷其他H信號(hào)積分)(從積分判斷雜質(zhì)的多少,以去掉雜質(zhì)峰)。 4,分子對(duì)稱性的分析 5,對(duì)活潑H的判斷(重水交換) 6,對(duì)每個(gè)峰的d 、J進(jìn)行分析,解釋低級(jí)偶合系統(tǒng),盡可能得到結(jié)構(gòu)片段及其相關(guān)片段信息。(位移分區(qū),不同類型

61、的質(zhì)子,注意大于9的低場(chǎng)信號(hào)(醛、酸、酚羥基),強(qiáng)單峰(甲氧基、甲基))(注意譜圖H信號(hào)d的整體分布,大體反映化合物類型)(峰形、位移、偶合常數(shù))。 7,必要時(shí)采用更換溶劑、NOE測(cè)定、強(qiáng)場(chǎng)NMR簡(jiǎn)化譜圖。 8,解析信息,得出各種片斷,組合可能的結(jié)構(gòu)式。根據(jù)化學(xué)位移計(jì)算公式和偶合常數(shù)考察結(jié)構(gòu)合理性。 9,對(duì)推出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行指認(rèn)。 10,查出化合物的標(biāo)準(zhǔn)HNMR數(shù)據(jù)。 第三節(jié) 核磁共振碳譜(13C-NMR) 13CNMR靈敏度低的原因: ① 13C的天然豐度低,(13C1.1%,1H99.98%) ② 13C的磁旋比γ?。? ③ 沒(méi)有PFT技術(shù)的支持。

62、13C譜的特點(diǎn) ① 靈敏度低;分辨力高(200ppm) 分子量在400-500以下的分子若無(wú)對(duì)稱性,原則可看到每個(gè)C原子的碳譜峰。 ② 各種去偶技術(shù)的應(yīng)用,可區(qū)別C的級(jí)數(shù),譜圖容易解析。 ③ 可直接觀測(cè)不帶氫的官能團(tuán),如C=O,季C等 ④ 常規(guī)13C譜不提供積分曲線等定量數(shù)據(jù)。 ⑤一般不提供耦合常數(shù) 13C核的信號(hào)分裂 13C-13C自旋偶合的幾率只有0.0121%,通常可以忽略。 13C-1H之間的偶合常數(shù)很大,且裂分?jǐn)?shù)遵守n+1規(guī)律。 1J ≈ 120-250Hz 2J ≈ 0-60Hz 3J

63、 ≈ 10Hz 常見(jiàn)13CNMR譜的類型及特征 噪音去偶譜(COM) (一般意義上的碳譜) 選擇氫核去偶譜及遠(yuǎn)程選擇氫核去偶譜(SEL,LSPD) 偏共振去偶譜 (OFR) 無(wú)畸變極化轉(zhuǎn)移技術(shù)(DEPT) (較常用) 1、噪音去偶譜(COM) 全氫去偶或?qū)拵ヅ? 所有氫核對(duì)相關(guān)碳核的偶合影響被消除 分子中所有的碳核表現(xiàn)為單峰(無(wú)法區(qū)分碳的類型) 可判化學(xué)不等價(jià)碳核的數(shù)目及化學(xué)位移 季碳峰弱,信號(hào)強(qiáng)度不完全與碳的數(shù)目成正比。(1,大體可根據(jù)峰高對(duì)同類型碳核比例作出粗略估計(jì);2,雜質(zhì)的判別困難)。 2、選擇氫核去偶譜及遠(yuǎn)程選擇氫核去 偶譜 (SEL,

64、LSPD) 用弱的能量選擇性照射某組特定的氫核,以分別消除它們對(duì)相關(guān)碳的偶合影響,此時(shí)譜圖上峰形發(fā)生變化的信號(hào)只是與之有偶合相關(guān)或遠(yuǎn)程偶合相關(guān)的碳信號(hào)。 P163 紫羅蘭酮 3、偏共振去偶譜 (OFR) 僅表現(xiàn)出與碳直接相連的氫的偶合,可判斷碳的類型。 缺點(diǎn):靈敏度低,信號(hào)列分重疊嚴(yán)重 目前已被DEPT取代。 4、無(wú)畸變極化轉(zhuǎn)移技術(shù)(DEPT) 同類型的碳信號(hào)均呈單峰形式分別向上或向下伸出,或者消失 。 DEPT 1350 CH,CH3 , CH2 DEPT 900 CH DEPT 450 CH3,CH2,CH 碳譜和DEPT均作,

65、進(jìn)行對(duì)比分析,判斷C的類型。 13C的化學(xué)位移 烷烴類飽和C:0-60ppm -C-O-: 50-80 C≡C: 70-90 -C=C-,苯環(huán)C:100-150 -C=O: 150-220 碳原子δ值的分區(qū)(大致分為三區(qū))(注意估算δ值) ①飽和碳原子區(qū):<100ppm 飽和碳不直接連氧、氮等雜原子時(shí),一般<55ppm -C-O-: 50-80 炔碳δ: 70-90ppm ②不飽和碳原子區(qū)(炔碳除外): δ90-160ppm 如烯烴,芳環(huán),碳氮三鍵

66、等。 ③羰基區(qū):大于150ppm,常大于165ppm δ>200ppm 醛,酮類化合物; 160-190ppm 酸,酯等化合物。 飽和C 的化學(xué)位移的幾個(gè)特點(diǎn) 1,取代基電負(fù)性 2,飽和碳的類型(級(jí)數(shù):伯仲叔季) 3,γ旁式效應(yīng)(空間效應(yīng)) 各種基團(tuán)的取代均使γ碳原子稍向高場(chǎng)移動(dòng)。 4,取代基位移(羥基的酰化位移和甙化位移),對(duì)鑒定化合物結(jié)構(gòu)時(shí)有重要意義。 不飽和C 的化學(xué)位移的幾個(gè)特點(diǎn) 烯烴δC在100-150ppm ,烯烴的δC基本值為123.5 末端烯烴雙鍵碳(CH2=)的共振比與烷烴相連的雙鍵碳的共振向高場(chǎng)移動(dòng)10-40ppm CH2=CH-CH3 δC 114.7 135.9 不飽和C 的化學(xué)位移的幾個(gè)特點(diǎn) 烯烴δC在100-150ppm ,烯烴的δC基本值為123.5 末端烯烴雙鍵碳(CH2=)的共振比與烷烴相連的雙鍵碳的共振向高場(chǎng)移動(dòng)10-40ppm CH2=CH-CH3 δ

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