红外光谱与核磁氢谱
13级《研究有机化合物的一般步骤和方法(3)分子结构的确定
图谱题解题：
2、必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。
3、根据图谱获取的信息，按碳四价的原则对 官能团、基团进行合理的拼接。 4、得出结构(简)式后，再与谱图提供信息对 照检查，主要为分子量、官能团、基团的 类别是否吻合。
1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。
研究有机化合物要经过以下几个步骤: 粗 产 品 结晶 萃取 分离 提纯 定性 分析 定量分析
化学 方法
除 杂 质
蒸馏
确定 质 组成 量 元素 分 析
测 结 质 定 构 红外 谱 分 分 光谱、 法 子 析 核磁 共振 量
氢谱
实验式或最简式
分子式
结构式
1、2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果， 其中一项是瑞士科学家库尔特· 维特里希 发明了“利用核磁共振技术测定溶液中 生物大分子三维结构的方法”。在化学 上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根 据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振 谱中给出的信号不同来确定有机物分子 中的不同的氢原子。下列有机物分子在 核磁共振氢谱中只给出一种信号的是 A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3
根据实验数据填空： 1.8 (1)实验完毕后，生成物中水的质量为________g，假设广 5 口瓶里生成一种正盐，其质量为________g。 (2)生成的水中氢元素的质量为________g。 0.2 (3)生成的CO2中碳元素的质量为________g。 0.6 (4)该燃料中碳、氢元素的质量比为________。 3∶1 (5)已知这种燃料的每个分子中含有一个氧原子，则该燃 料的分子式为________，结构简式为________。
－ －1
＝0.1∶0.3∶0.05＝2∶6∶1, 即 A 的实验式为 C2H6O.
红外光谱、核磁和质谱解析方法
红外光谱解析方法1、分子式不饱和度的计算:Ω不饱和度就是分子结构中达到饱和所缺的一价原子的“对”数，N4、N3、N1分别为分子式中四价、三价及一价元素的数目 2、例4：计算黄酮化合物（C16H10O2）的不饱和度分子结构因为双键为9个。
环数为3，所以不饱和度为12。
例1 某无色或淡黄色液体，具有刺激味，沸点为145.5℃，分子式为C8H8，其红外光谱如图14-29，试判断其结构解：（1）Ω=（2+2×8-8）/2=5，可能有苯环（2）特征区第一强峰1500cm-1粗查：1500~1675cm-1，为νC=C振动区1500cm-1可能为苯环的骨架振动特征峰。
细找：按基团查附录、芳香烃类栏，根据该表所提供的数据找到未知的光谱上取代苯的五种相关峰。
①νФ-H3090、3060及3030cm-1②泛频峰2000-1667cm-1的峰形为单取代峰形③νC=C苯环骨架振动1600、1575、1500及1450cm-1共振环④δф-H1250-1000cm-1出现弱峰⑤γф-H 780及690cm-1（双峰）单取代苯（3）特征区第二强峰1630cm-1粗查：该峰可能起源于νC=C，因苯环已确定，故初步指认为烯烃。
细查：查附录一：（二）烯烃类栏，同样找到烯烃的四种相关峰。
①ν=CH3090、3060及3030cm-1②νC=C1630m-1③δ=CH1430-1290cm-1，出现中强峰④γ=CH990及905cm-1（双峰）落在单取代范围内第二强峰归属：乙烯基单取代。
未知物可能结构，苯乙烯。
4、查标准光谱与Sadtler光谱的81K苯乙烯的光谱完全一致。
结论：未知物为苯乙烯。
核磁共振氢谱的解析核磁共振谱能提供的参数主要是化学位移,原子核的裂分峰数,偶合常数以及各组峰的峰面积积分高度等.一、峰面积与氢核数目的关系（一）峰面积1.概念：在1H-NMR，各吸收峰覆盖的面积。
2.决定因素：峰面积与引起该吸收的氢核数目成正比。
红外光谱和核磁共振谱
500 107
电磁波谱的概念
电磁波具有能量，分子吸收电磁波获得能量：
E = h
E是获得的能量；h是Planck常数（6.626 1034 J·s）。 不同分子对能级的吸收具有选择性。
根据分子的运动形式及其对应的能级，分子吸收光谱 分为三类：转动光谱、振动光谱、电子光谱。 在磁场中原子核自旋不同取向之间的跃迁，相应吸收 在无线电波区，监测的仪器是核磁共振仪。
4000
3400
CH弯曲振动
( CH2)n n 4 时的面内摇摆振动
CH伸缩振动
2800
2200
1600
1000
Wavelength / cm1
600 450
2. 烯烃
=CH 3100~3010cm-1， C=C 1680~1600cm-1 ， =CH 1000~800cm-1
=CH伸缩振动
C=C伸缩振动
16851670
()
1695
()
1675 cm1
(p)
羰基与双键共轭，C=O键长增加，降低了羰基的双键 性， 使吸收频率移向低波数。
共轭效应、诱导效应同时存在
练习题
练习题：试比较下列两个化合物中哪一个羰基的振动 波数相对较高？
(a)
(b)
思路：考虑电子效应的影响；(CH3)2N给电子共轭效应。
答案：(a) > (b)
m1 m2
1 1 K 2c
1
c
双原子分子红外吸收的频率决定于折合质量和键力常数。
波数和力常数
力常数表示了化学键的强度，其大小与键能、 键长有关。
红外光谱与核磁共振
振 动
C-H拉伸（或伸缩）
C-H弯曲
烷烃
有机化学实用基础
吸收峰 化合物
振 动
C-H拉伸 （或伸缩）
C=C，CC，C=CC=C苯环(拉伸或伸缩)
1680-1620 强
C-H弯曲
1000-800
>3000 （中） 烯烃 3100-3010
1645（中）910-905强 995-985强 R2C=CH2 1653（中） 895-885强 730-650弱且宽 顺RCH=CHR 1650（中） 980-965强 反RCH=CHR 1675（弱） 三取代 1680（中-弱） 840-790强 四取代 1670（弱-无） 无
酰卤 酸酐 酯 酰胺 腈
有机化学实用基础
烷烃C—H的伸缩振动吸收峰在3000~2800 cm-1之间。
而C—H弯曲振动的吸收峰在1475-1300cm-1之间，甲基在
1375 cm-1左右处有一特征吸收峰，异丙基则在1370和 1385 cm-1处出现等强度的两个峰，叔丁基则在1370cm-1和 1395cm-1处出现不等强度的两个峰，前者强于后者，若为 亚甲基时会在1465 cm-1左右处出现特征峰，若多个CH2比
有机化学实用基础
开链饱和化合物的U值为0，含有一个双键的
开链化合物或饱和环状化合物的U值为1，含有两
个双键或一个三键的开链化合物以及含有一个双键 的环状化合物的U值为2，一个苯环的U值为4，依 此类推。 例1 某化合物分子式为Cl lH24，其红外光谱如图所 示，确定此化合物的结构。
有机化学实用基础
因而可用于确定某种特殊的键和官能团是否存在， 是红外光谱的主要用途，一般把这段叫特征谱带区。 在该区中凡是能用于鉴定有机化合物各种基团存在 的吸收峰叫做特征吸收或特征峰。
第八章红外光谱和核磁共振氢谱IRandHNMR
4 、红外光谱仪和红外光谱图
红外光谱仪组成：光源、单色器、检测器、放大器和记录器 横坐标： 数（） 纵坐标： 度（ A ） 吸收图谱： cm-1 ） 透
过 率 %
上线：波长（） 右側：透过率（ T% ）
波长 λ/μm -1 指纹区（ 1400-400cm ）
下线：波 左侧：吸光 官能团区（ 4000-1400
－ 1
， RCOCl/~1800 cm － 1 ，因氯有强的吸电子诱导效应。
③ 减弱键强度的共轭效应能使吸收向低频移动。如： CH3COCH =CH2 中 C=O 的吸收峰 1720 cm － 1 移至 ~1685 cm － 1 ， C=C 的吸 收峰由 1647 cm － 1 移至 1623 cm － 1 。
波数 /cm-1
二、有机基团的特3000c m－1 O-H 3600~3200 N-H 3500~3100 C-H 3300~2700 三键或累积 双键吸收区 2400 ～ 1950 cm － 1 C=C 2260~2100 C=N 2400~2100 C=Y=Z ~1950 C=X 双键振动 区 1800 ～ 1300 cm － 1 C=O 1800~1650 C=C 1690~1600 芳环 1600 ～ 1 450 C=N 1960~1460 δN-H 1650~150 0 δC-H 1475~130 0 指纹区 C － X 伸缩或弯曲振动 区 1300 ～ 600 c m－1 C-O 1300~1000 C-N 1360~1030 C-C 1200~600 δ=C-H 1000~650
影响化学键和基团特征吸收频率的因素 ① 键的力常数 k 越大，红外吸收频率越大。如：炔键 /2150 cm －
1
， C=C /1650 cm － 1 ， C － C /1200cm － 1 。
氢谱
前言：研究一种新的有机物就要知道它的结构，因此结构分析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，试剂的消耗量大。
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，试剂耗量是微克级的，甚至更少。
其中最常用的有四大谱：分别是紫外光谱（Ultraviolet spectroscopy 缩写为UV）、红外光谱（Infrared spectroscopy 缩写为IR）、核磁共振谱（Nuclearmagnetic resonance 缩写为NMR）和质谱（Mass spectroscopy 缩写为MS）。
吸收光谱紫外光谱 UV红外光谱 IR核磁共振谱 NMR非吸收光谱质谱MS 波谱法发展历史三十年代UV四十年代IR} 官能团五十年代NMRMS }分子式，分子骨架连接一般文献给出的数据：NMR: 详细MS: 分子量IR: 主要官能团一般无UV数据NOCH 3HOOHN N OCOHCH 3OH CH 3OCOHHOCH 3OCH 3OCH 3OCH 3发现确定结构人工合成证实Reserpine提取分离: 1805-1806提出结构: 1925合成证实: 19521952-1956X 光真空紫外区近紫外区紫蓝青绿黄橙红近红外区远红外区无线电波可见光区100nm200nm400nm800nm20μm500μm 光波区域10-1010-810-610-410-2100102wavelength (cm)γ-rays x-rays UV VIS IR μ-wave radio波谱解析第三章核磁共振谱the Nuclear magnetic spectra核磁共振谱核磁共振基本知识1氢核磁共振1H-NMR 2碳核磁共振13C-NMR 3二维核磁共振2D-NMR 41NMR是应用最广泛研究分子性质的最通用的技术：从分子的三维结构到分子动力学、化学平衡、化学反应性和超分子集体、有机化学的各个领域。
质谱法红外光谱法核磁共振氢谱区别
质谱法、红外光谱法、核磁共振、氢谱区别简单来说，质谱，就是测质量的，只不过测定出来的质量数高中只需要看最大值。
最大值就是分子质量。
核磁共振，这个分氢谱和碳谱，碳谱不常用，我大学用的也少，好像不是很好看。
氢谱比较常用，看氢化学环境的，同时还能分析出相邻的氢的情况，这个比较好用。
不过高中好像是只需要看氢数量。
红外，这个是分析官能团用的。
紫外，这个分析未知物质基本没用，不过可以测定已知的物质的含量。
【红外】利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。
将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。
每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。
红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。
当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。
分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。
分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。
但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。
所以分子的红外光谱属带状光谱。
分子越大，红外谱带也越多。
【紫外】分子振动能级的能级差为0.05～1 eV，转动能级的能差小于0.05eV，都远远低于电子能级的能差，因此当电子能级改变时，振动能级和转动能级也不可避免地会有变化，即电子光谱中不但包括电子跃迁产生的谱线，也有振动谱线和转动谱线，分辨率不高的仪器测出的谱图，由于各种谱线密集在一起，往往只看到一个较宽的吸收带。
若紫外光谱在惰性溶剂的稀溶液或气态中测定，则图谱的吸收峰上因振动吸收而会表现出锯齿状精细结构。
降低温度可以减少振动和转动对吸收带的贡献，因此有时降温可以使吸收带呈现某种单峰式的电子跃迁。
红外光谱和核磁共振
本章介绍四大谱（红外、紫外、核磁共振和 质谱）中的红外光谱（IR）和核磁共振谱 （NMR），要求如下：
了解红外光谱和核磁共振谱图的基本原理， 重点掌握波谱数据与分子结构关系的一般规 律，从而达到能用红外谱图和核磁共振谱图 来推简单的有机分子结构的目的。
Part
1
红外光谱（IR）
主讲内容：
§1 基本概念 §2 有机化合物红外吸收特征谱带 §3 红外光谱的优缺点
80
O CH3CH2C
2978 2937
70
60 %Transmittance
N(CH3)2
1495 1376 1151 1066
50
40
20
0 3000 Wavenumbers (cm-1) 2000 1000
1651
10
1651
1Байду номын сангаас97
30
1559
1412 1371
1296
597
40
实例： 苯基甲基醚的IR
ν
k m
1.2 峰位、峰强
2 两个质量都较大的原子成键
1 ν = = λ 2πc
1
k
μ
= 1307
k
k 化学键的键力常数（105达因/厘米）
μ
μ 成键原子的折合原子量；
M1、M2成键原子的原子量。
M1 ⋅ M 2 μ= (M 1 + M 2 )
1.2 峰位、峰强
T %越低，A越强，谱带强度越大。 T % < 10 10 < T % < 40 40 < T % < 90 90 < T %
1.1 红外光谱及其表示法
红外谱图表示方法：
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Transmit ance [%] 20 30 40 50 60 70 80 90 100
C:\Program
4000
40 00
4000
Files \ OPUS_65\ s earc h\ Ent ry 106. 0
Files \OPUS_65\s earc h\Entry 107.0
特征吸收：1300~1000cm-1 的伸缩振动， 脂肪醚：1150~1060cm-1 （C-O-C伸缩）一 个强的吸收峰 芳香醚：1270~1230cm-1（为Ar-O伸缩）， 1050~1000cm-1（为R-O伸缩）
20
30
40
50
60
70
80
90
100
4000 3500 3000
cm-1
分析各个峰的 归属
3334cm-1, -OH 的伸缩振 动峰，一般波数范围： 3350 ± 10 cm-1。这是一 个很特征的OH峰，由于氢 键的存在，所有OH峰均比 较宽。
2960cm-1, -CH3反 对称伸缩振动峰。
2931cm-1,-CH2 反对称伸缩振 动峰。
2870cm-1, CH3 对 称 伸 缩振动峰。
2441.30
2433.91
Page 1/1
W avenum ber c m -1
W avenum ber c m -1
2000
2000
2000
1954.48 1827.78
1975.01 1944.72 1817.44 1741.27
1500
1921.97
1589.51
1500
1500
1626.41 1597.47 1537.85 1479.58 1432.55 1339.98 1255.38 1182.77 1139.10 1103.97 1061.97
1000 500
1493.50 1443.51 1325.47 1281.94 1215.61 1162.49 1107.62
1000
1000 500
1616.08 1585.18 1532.60 1477.01 1446.94 1368.84 1310.46 1260.76 1175.65 1127.23 1077.99 1023.56 958.71 864.93 815.14 787.33 748.10 661.84
20
30
40
50
60
70
80
90
100
4000 3500
3542.68 3267.37 3105.65 2924.95
3000 2500
2441.30
2000
1954.48 1827.78
1500 1000 500
1626.41 1597.47 1537.85 1479.58 1432.55 1339.98 1255.38 1182.77 1139.10 1103.97 1061.97 917.47 843.91 769.46 740.47 714.07 682.65 638.00 575.32 518.54 426.34
3500
35 00
3500
3432.21
Files \OPUS_65\s earc h\Entry 003.0
3360.03
3336.65
甲氧基是吸电基团使羟基 O-H伸缩峰蓝移！
3000
30 00
3000
2974.10 2930.07 2890.90 2827.50
2936.64 2882.05
2963.18 2937.01 2878.21
2976.82 2932.57 2862.61 2803.98 2691.46 2604.86
2500 2000
1961.47 1653.59
1500 1000 500
1487.76 1441.96 1379.43 1347.84 1294.78 1118.04 1073.14 1040.82 931.34 842.10 792.00
20 30 40 50 60 70 80 90 100
30 40 50 60 70 80 90 100
4000
20 30 40 50 60 70 80 90 100
:\Program Files \OPUS_65\s earc h\Entry 172.0
:\Program Files \OPUS_65\s earc h\Entry 168.0
660cm-1,-OH摇摆 振动峰，这是由 于 OH 基团的存在 的另外一个宽峰。
20
30
Transmittance [%] 40 50 60 70 80 90
100
4000 3500
3324.29
C:\Program Files\OPUS_65\search\Entry172.0
3118.74 3084.52
分子对称性比较 高
Wavenumber cm-1
20
30
Transmittance [%] 40 50 60 70
80 90 100
4000 4000 3500 3500
3360.03 3336.65
3000 3000
2963.18 2936.64 2937.01 2882.05 2878.21
对称性越强振动时偶极 矩变化越小，吸收谱带 越弱！
500
662.38
465.31
20
30
40
50
60
70
80
90
100
4000 3500
3324.29 3118.74 3084.52
3000 2500
2433.91
2000
1921.97 1589.51 1493.50 1443.51 1325.47 1281.94 1215.61 1162.49 1107.62
分子对称性比 较低
Wavenumber cm-1
20
30
Transmittance [%] 40 50 60 70 80 90 100
4000 3500
3360.03
3000
2936.64 2882.05
2500 2000 1500 1000 500
1422.16 1214.43 1111.91 1045.60 995.92 925.02 853.85 675.66
1500 1000 500
1002.84 960.79 854.83 820.28 753.89 695.02 660.66 627.36 538.58 494.67
30
40
50
60
70
80
90
100
3445.60
3239.62 3112.48
1975.01 1944.72 1817.44 1741.27 1616.08 1585.18 1532.60 1477.01 1446.94 1368.84 1310.46 1260.76 1175.65 1127.23 1077.99 1023.56 958.71 864.93 815.14 787.33 748.10 661.84 551.01 521.73 450.28
1453.76 1384.49 1330.84 1264.90 1200.78 1111.29
10 00
1214.43
1000
1235.31 1111.91 1045.60 995.92 925.02 853.85
969.50 920.04 854.10 820.26 643.79
50 0
1099.21 1056.00 1016.91 968.94 887.69 858.51 754.72 675.66
20
30
Transmittance [%] 40 50 60 70 80 90 100
4000 3500
3336.65
3000
2963.18 2937.01 2878.21
2500 2000 1500 1000 500
1458.01 1383.47 1235.31 1099.21 1056.00 1016.91 968.94 887.69 858.51 754.72 662.38 465.31
2500 2000 2500 Wavenumber Wavenumber cm-1 1500 1000 500
1458.01 1422.16 1383.47 1235.31 1214.43
1111.91 1099.21 1056.00 1045.60 1016.91 995.92 968.94 925.02 887.69 853.85 858.51
3000 2500
2433.91
Wavenumber cm-1
Page 1/1
2000 1500 1000 500
1921.97
1589.51 1493.50 1443.51 1325.47 1281.94 1215.61 1162.49 1107.62 1002.84 960.79 854.83 820.28 753.89 695.02 660.66 627.36 538.58 494.67
436.56
1050～1000 cm-1 为R-O伸缩 1270～1230cm-1 为Ar-O伸缩
应化101-5# 郭亚洲 兰健文 宁金宇 李淼 吴凯
下面我们开始 依次解析醇、 酚、醚、胺的 红外光谱
Байду номын сангаас子振动方程
红外光谱分析的根本是分子振动方程。
分子振动方程：
关于化学键力常数k: a、化学键越短k越大，eg：kc=c>kc-c