《谱图解析》教学大纲
谱图综合解析
二、确定分子式，计算不饱和度
杂原子存在的判断
MS
F: M-19, M’-20, M-50 m/z: 20(w), 31, 57(Ar) Cl: M+2 >33% M; M-35, M’-36 m/z: 35/37, 36/38, 49/51, … Br: M+2 = M; M-79, M’-80 m/z: 79/81, 80/82 I: M+1偏低; M-127, M’-127, M’-128 m/z: 127, 128, 254(I2) P: m/z: 47(PO), 65(PO2H2), 99(PO4H4)
O: M’-17, M’-18, M’-28, M’-29 m/z: 31+14n; 32+14n; 33+14n (no S) N: M+奇数，大量偶数碎片 M’-17, M’-27, M’-30, M’-46 m/z: 30+14n (amine) S: M’+2 (>5%) M’-33, 34, 47, 48, 64, 65 m/z: 34, 35, 44, 45; 47+14n; 48(SO), 64(SO2)…
1 2 2 1 20 8 8 20
2
7 (3+2+2)
3
Problem 12
Problem 12
Problem 12
H-NMR: 峰形, J, H(计算) 13C-NMR: (计算) C IR: 910-670 cm-1 MS: 邻位效应
正构长链烷基
1H-NMR:
-CH2 低场，1.25 ppm强耦合体系 13C-NMR: 除-C以外， < 35 ppm C MS: m/z: 29, 43, 57, … IR: 2920, 2850, 1470, 723 cm-1
综合谱图解析法
四大光谱综合波谱解析
如何利用紫外光谱，红外光谱、核磁共 振光谱和质谱的资料推断结构、每个化 学工作者有自己的解析方法，所以无须、 也不可能设计一套固定不变的解析程序。
本章在前各章学习的基础上，通过一些 实例练习来具体介绍波谱综合解析的主 要步骤及它们之间如何配合和如何相互 佐证。
24
二、综合光谱解析的顺序与重点
近年来核磁共振碳谱得到迅速发展，成 为确定化合物结构的最重要手段之一， 五大光谱 把UV、IR、1H－NMR、13C －NMR及MS称为五大光谱之说。
5
四大或五大光谱？
紫外吸收光谱法在综合光谱解析中，所起的作 用较小，而UV所得到的结构信息一般都可由IR 及NMR获得。 在进行未知物的综合光谱解析时，1H—NMR、 13C—NMR及MS提供的结构信息最多，其次是IR， 再其次是UV。在1H—NMR、13C—NMR及MS已经比 较普及的今天，UV在综合光谱解析中的作用， 在多数情况下可有可无。四大及五大光谱是传 统提法，应以IR、1H—NMR、13C—NMR及MS为四 大光谱比较贴切。
15
DEPT谱图A、B、C谱：
16
DEPT谱图R、Q及P谱：
还 可 以 通 过 A 、 B 及 C 谱 的 加 减 处 理 ， 而 得 DEPT的R、Q及P谱，分别只呈现CH3 、CH2 及CH的信号，而且都呈现向上的单一谱线。 由于DEPT谱的定量性很强，因此不仅可鉴别 碳原子的类型，而且可判断碳原子的数目，对 于 光 谱 解 析 十 分 有 利 。 DEPT 已 成 为 13C— NMR测定中的常规内容。
13
核磁共振碳谱在综合光谱解析中的作用
在碳谱中（续）:
DEPT谱 (distortionless enhancement by polarization transfer，无畸变增强极化转移 技术) , 大大提高对13C核的观测灵敏度;
谱图综合解析课件
4）核磁共振碳谱 13C NMR
q
t
d
s
δ
偏共振多重性
归属
推断
22
q
CH3
CH3-CH
30
t
CH2
-CH2-C=O
68
d
CH
O-CH-CH3
172
s
C
C=O碳
*
5）推断结构
6）质谱（ MS）验证
101
143
119
74
59
43
116据如下谱图确定结构,并说明依据。
*
例7．化合物C11H14O2 ，根据如下谱图确定结构，并说明依据。
q
t
t
t
d
d
s
s
178(M)
133
104
91
77
65
51
*
3H(t)
2H(q)
2H(t)
2H(t)
2H(m)
3H(m)
3028
2982
1736
1601
1497
1455
1373
1242
1040
699
751
*
例7解：
1)分子式： C11H14O2
λmax
εmax
λmax
εmax
268
101
252
153
264
158
248
109
262
147
243
78
257
194
*
3）红外光谱(IR)
3030 cm-1， 1500cm-1， 1500cm-1 芳环特征吸收
01
1225 cm-1， 1100 cm-1，C-O-C伸缩振动
第七章综合谱图解析
学习目的 通过本章学习，应了解有机化合物结构分 析的一般程序；掌握相对分子质量和元素分析 数据推测化合物可能的分子式的基本方法；能 够运用所学的波谱知识，进行有机化合物的结 构分析。
7.1综合解析概述
为了解决有机化合物的结构测定，往往需要依 据MS、1H NMR、13C NMR、IR、UV等进行综合解 析。在进行综合谱图解析前，应注意下列几点： 1.解析练习和实际样品解析之间的差别； 2.各种解析方法的优点及其局限性。
结构
碳谱
氢谱
IR
MS
UV
NO2
没有 直接 信息
没有 直接 信息
C-NO2 m/z 1580-1500 46 1380-1300 O-NO2 1650-1620 1285-1270 N-NO2 1630-1550 1300-1250
CH3-NO2 271nm (R)
硝基苯 252(E2) 280(R) 330(B)
例题5. 某未知物的MS、IR和1 H NMR谱图如 下，请推测其分子结构。
例题6. 某化合物五谱数据及谱图如下a～d， 试推测其结构。 UV光谱数据：在乙醇中λ max=275nm(ε =12)
IR谱
1H
NMR
13C
NMR
MS谱
例题7. 试从下列各种谱图推出未知物的结构。
MS谱
IR谱
例题2. 假定某样品只有C、H、N和O元素组成， 经元素分析仪测定，其中C：70.80%， H： 6.8%，N：10.4%，O：12%。确定其ห้องสมุดไป่ตู้简式。
例题3. 某一样品经元素分析仪测定，其中 C：69.05%， H：4.9%，O：26.05%。求其 最简式。
谱图解析与结构确定
O C CH3
正确结构：
δ3.0
O
CH2 CH2 OCCH3
δ 4.30
δ2.1
谱图解析与 结构确定
谱图解析与结构(2)确定
C7H16O3，推断其结构
9
δ 5.30 1
δ 3.38 δ 1.37 6
谱图解析与 结构确定
结构(2)确定过程
C7H16O3， =1+7+1/2(-16)=0
a. δ3.38和δ 1.37 四重峰和三重峰 —CH2CH3相互耦合峰
b
CH2 C O CH2CH3 A
正确：B
a
Ob
为什么? CH2 O C CH2CH3 B
谱图解析与 结构确定
谱图解析与结构(4)
化合物 C8H8O2，推断其结构
10 9 8 7 6 5 4 3
谱图解析与 结构确定
结构(4)确定过程
化合物 C8H8O2， =1+8+1/2(-8)=5
•δ =7-8芳环上氢，四个峰对位取代
•δ δ= 9.87—醛基上氢，
O CH
•低δ= 3.87 CH3上氢，低场移动，与电负性强的元素
相连：
—O-CH3
正确结构： H3CO
O CH
谱图解析与 结构确定
四、联合谱图解析
（1）C6H12O
1700cm-1, C=0, 醛,酮
<3000 cm-1, -C-H 饱和烃
两种质子 1：3或3：9 -CH3 ：-C(CH3)9 无裂分，无相邻质子
1H -1H C O S Y 相 关
H M B C 相 关 (C H )
谱图解析与 结构确定
化合物 3
No. 13C
谱图分析课件第5章红外光谱
➢共轭效应对键能和键长有影响，因此对力常数 k 也有影 响。
羰基的伸缩振动频率在 1715 cm-1。当羰基与C=C产生共 轭作用效应时，其振动频率降至 1675 ∼ 1680 cm-1。这是 因为共轭效应使C=O键的键长有所增加，双键性降低。
振动的量子力学处理
（薛定谔方程）简谐振动方式的振动能级为：
36
5.5 官能团的特征频率
5.5.1 官能团具有特征吸收频率 有机分析的对象是多原子分子，而多原子分子具有大
量的简正振动数。虽然实际测得的红外吸收谱峰数目远小 于其简正振动数，但一个化合物仍具有较多的红外吸收 峰，若要将每个吸收峰归属于一个具体的振动形式是困难 的。因此化学家们通过大量标准样品的测试，从实践的观 点总结出了一定的官能团总对应有一定的特征吸收，归纳 出各种官能团的特征频率表，这对从谱图推 测分子结构具 有重要的意义。
➢弯曲振动或变形振动(bending vibration)，以δ表示， 为垂直于化学键方向的振动，只改变键角而不影响键 长，它的吸收频率相对在低波数区。
17
例如：H2O分子的三种振动形式：
对称伸缩振动 不对称伸缩振动
弯曲振动
18
19
CO2分子的四种振动形式
线性分子，33-5=4，四个基本振动形式
羰基与别的双键共轭，其π 电子的离域增大，从而减小了 双键的键级， 使其双键性降低，亦即振动频率降低。
π −π 共轭
p −π 共轭
➢偶极场效应(Field effect)
不同原子或基团不是通过化学键，而是以它们的静电场通过 空间相互作 用，产生相互极化，从而引起相应键红外吸收谱带的 位移。
卤代酮的不同构象
2. 峰强
红外吸收谱带的强度主要由两个因素决定： ➢能级跃迁的概率。基频跃迁概率大，吸收峰较强；倍频跃迁概率很
《波谱解析》课程实验教学大纲 (3)
《波谱解析》课程实验教学大纲
一、实验类别：专业课程实验课程性质：限选课程学分：2
二、实验总学时：12（学生实验12学时）
三、应开实验个数：2 必开实验个数：2 选开实验个数：0 课外选开实验个数：0
四、适用专业：材料科学与工程
五、考核方式：实验操作、实验结果及实验报告综合考查结果。
按100分制记分。
六、实验成绩评定方法：根据实验操作、实验结果及实验报告评定成绩，
七、实验成绩占课程总成绩比例：30%。
八、实验教材或自编指导书：范康年。
《谱学导论》，北京。
高等教育出版社，2014年
实验一红外光谱表征有机化合物结构
学时：6
（一）实验类型：综合型
（二）实验目的：学习和掌握红外光谱仪的使用方法，谱图分析技术。
（三）实验内容：红外光谱表征有机化合物结构
（四）要求：必开
（五）每组人数：4人
（六）主要仪器设备及配套数：
红外光谱仪（含工作站和附件）（2台）
打印机（2台）。
（七）所属实验室：材料科学与能源工程实验中心
实验二紫外分光光度法表征共轭有机化合物
学时：6
（一）实验类型：综合型
（二）实验目的：学习和掌握紫外光谱仪的使用方法，谱图分析技术。
（三）实验内容：紫外分光光度法表征共轭有机化合物结构
（四）要求：必开
（五）每组人数：4人
（六）主要仪器设备及配套数：紫外光谱仪（10台）。
（七）所属实验室：材料科学与能源工程实验中心
59。
有机波谱学谱图解析
具体来看，这本书的目录可以分为以下几个部分：
这一部分主要介绍了波谱学的基本概念和原理，包括光谱、光谱学、电磁波、 分子振动、旋转和自旋等。这些基础知识对于理解后续的有机波谱学谱图解析非 常重要。
这一部分介绍了有机波谱学的发展历程、基本原理和应用领域。同时，还对 有机波谱学中的各种谱图进行了简要介绍，如红外光谱、核磁共振氢谱、碳谱、 质谱等。
这一部分是本书的核心，它详细介绍了有机波谱学谱图解析的各种方法和技 巧。包括光谱模拟、峰形分析、裂分规律、化学位移、耦合常数、质荷比等。这 些方法和技巧可以帮助读者准确地解析有机化合物的谱图，并推断出分子的结构 信息。
这一部分通过具体的实例，介绍了如何运用前面所学的知识和技巧来解析有 机化合物的谱图。这些实例包括醇、酚、胺、羧酸、酮等常见有机化合物的核磁 共振氢谱和碳谱的解析。通过这些实例的分析，读者可以更加深入地理解有机波 谱学谱图解析的方法和技巧，并将其应用到实际工作中。
《有机波谱学谱图解析》是一本全面介绍有机波谱学的专业书籍，既适用于相关专业的研究生和 本科生学习使用，也适用于从事有机化学、药物化学等领域的研究人员参考使用。通过学习本书， 读者可以深入理解有机波谱学的原理和应用，提高在科研和实际工作中的能力。
精彩摘录
《有机波谱学谱图解析》是一本非常重要的书籍，它对于化学、生物、医学 等领域的科学家和工程师来说都是不可或缺的工具。这本书提供了深入、全面的 有机波谱学知识，包括各种谱图的解析方法，对于理解和解析复杂的有机化合物 结构具有极大的帮助。在这篇文章中，我们将分享一些这本书中的精彩摘录。
我想说的是这本书的写作风格。作者宁永成教授以他深厚的学术造诣和丰富 的实践经验，将复杂的概念和计算方法娓娓道来，使得读者能够轻松愉快地接受 和理解这些知识。这一点在我阅读的过程中感受尤为深刻。
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《谱图解析》教学大纲
英文课程名称：Spectroscopy
课程编号：SS022016
总学时：32 （其中理论课学时：32 实验学时：0 ）
总学分：2
先修课程：生物化学、分析化学
适用专业：生物工程、发酵工程
开课单位：生物工程学院
执笔人：杨亲正审校人：王燕
一、课程教学内容
第一章、绪论
第一节基础知识
紫外光谱基本原理，电子光谱的产生；电子跃迁选择定则；有机分子电子跃迁类型；紫外光谱常用术语；紫外光谱溶剂效应
第二节有机化合物的紫外吸收
共轭烯烃及其衍生物；共轭炔化合物；不饱和醛、酮；不饱和酸、酯、酰胺、芳香族化合物
第三节紫外光谱在有机化合物结构研究中的应用
紫外光谱提供的结构信息；紫外光谱解析实例；紫外谱图和数据检索；紫外光谱的应用第二章、红外光谱及拉曼光谱
第—节基础知识
分子能级与分子光谱;红外吸收与拉曼散射; 振动自由度;分子的振动方式与谱带; 红外光谱仪结构及工作原理;激光拉曼光谱仪
红外光谱中-2500cm-1);第二峰区(2500-1900cm-1); 第三峰区(1900-1500 cm-1); 第四峰区(1500-600 cm-1)
第二节红外光谱解析及应用
红外光谱解析一般程序;红外谱图的检索; 红外光谱解析实例; 红外光谱的应用
第三节拉曼光谱在生物分子结构分析中的应用
拉曼光谱的应用；拉曼光谱的特征谱带；表面增强激光拉曼光谱的应用；用子生物大分
子的研究
第三章、核磁共振
第一节核磁共振的基础知识
原子核的磁矩；核磁共振；弛豫过程；核磁共振仪；连续波波谱仪
第二节氢核磁共振
电子屏蔽效应；化学位移；核磁共振氢谱图示；诱导效应；化学键的各向异性；共轭效应；浓度、温度、溶剂对化学位移值的影响；各类质子的化学位移及经验计算；（M十1）规律；核的等价性；偶合常数与分子结构关系；同碳质子间的偶合；邻碳质子间的偶合；远程偶合；氢核磁共振谱解析一般程序；氢核磁共振谱解析实例；氢核磁共振谱图检索
第三节碳核磁共振
核磁共振碳谱图示；碳核磁共振谱解析一般程序；碳核磁共振谱解析实例；碳核磁共振谱图检索
第四节二维核磁共振
二维核磁共振谱解析实例；二维核磁共振谱图检索；二维核磁共振应用
第四章、质谱
第一节质谐的基本原理
离子化的方法；质量分析器；质谱术语及质谱中的离子
第二节质谱中的主要离子
分子离子峰的识别；分子离子峰的相对强度；分子式的推导
第三节离子开裂类型
研究有机质谱裂解反应的实验方法，反应机理；有机化台物的—般裂解规律；质谱常见碎片离子及共可能来源
第四节基本生物分子的质谱
有机类化合物的质谱；基本生物分子的质谱
第五节质谱解析程序
质谱解析一般程序；质谱解析实例；质谱应用实例
第五章生物药物分子结构的综合分析
第一节生物药物分子结构分析的一般程序
谱图综合解析一般程序
第二节综合解析练习
解析实例，研究蛋白质及核酸类药物的分子结构。
教学大纲说明书
一、课程的性质与任务
课程的性质：生物药物波谱解析是一门生物工程、发酵工程、食品工程、化学、化工、材料等专业选修的一门基础课程。
通过对《波谱解析》课程的学习，使学生掌握生物代谢产物及食品主要成分波谱解析的基础知识；比较系统地掌握核磁共振、质谱、红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见光谱的理论及其最新进展，以紫外、红外、核磁共振和质谱为基础的综合分析，作为进一步研究发酵代谢产物及生物药物的生物大分子的结构、性质的有效手段。
二、课程与其他课程的联系与分工
与本课程联系比较紧密的课程有：有机波谱解析、分析化学、仪器分析等。
教学中应注意运用相关知识解决发酵代谢产物及生物药物结构解析问题，并应注意与其他课程的联系和区别。
三、各章内容的基本要求及重点、难点
第一章绪论
基本要求：了解紫外光谱的基础知识紫外光谱在有机化合物结构研究中的应用。
重点：紫外光谱在有机化合物结构研究中的应用。
难点：紫外谱图和数据检索，紫外光谱的应用。
第二章、红外光谱及拉曼光谱
基本要求：了解红外光谱仪结构及工作原理，红外光谱解析一般程序;红外谱图的检索。
重点：红外光谱解析一般程序。
难点：红外光谱和拉曼光谱在生物分子结构分析中的应用
第三章、核磁共振
基本要求：了解核磁共振的基础知识，掌握核磁共振在生物药物及生物大分子结构研究中具体应用。
重点：氢核磁共振谱、碳核磁共振谱二维核磁共振谱解析一般程序；解析碳核磁共振谱解析实例；碳核磁共振谱图检索应用。
难点：氢核磁共振谱、碳核磁共振谱二维核磁共振谱解析的应用，核磁共振研究蛋白质分子结构。
第四章、质谱
基本要求：了解质谱的基本原理，能解析有机类化合物的质谱及基本生物分子的质谱。
重点：质谱解析一般程序的应用。
难点：质谱解析的应用
第五章生物药物分子结构的综合分析
基本要求：了解生物药物分子结构分析的一般程序，掌握四大波谱综合解析。
重点：四大波谱解析研究发酵产物，食品主要成分及生物药物分子结构，四大波谱在发酵、食品及生物工程主要成分的结构分析应用。
难点：发酵、食品及生物工程主要成分的结构分析应用。
四、学时分配建议
五、推荐教材和主要参考教材
推荐教材
1、《有机波谱分析》，孟令芝何永炳主编，武汉大学出版社，1997年。
2．《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》（第二版）宁永成主编，科学出版社，2000年。
六、考核方式
采用平时考核与期末考试相结合评定课程总成绩。
其中，平时成绩约占30%，期末考
试约占70%。
期末考试为闭卷考试形式，平时考核包括平时作业和课堂考勤情况。