波谱四种谱图的综合解析26页PPT
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波谱学综合解析
基本相同。
A中1380cm-1峰裂分为等强度双峰，是异丙基的特征， n=3，因而A的结构为2-甲基己烷。
1170和1155cm-1来自异丙基的骨架振动，ρCH2728cm-1，
•
B中1380cm-1峰裂分为1:2的双峰，是叔丁基的特征， 其骨架振动在1250cm-1,ρCH2740cm-1，n=2，因此B结构 为2,2-二甲基戊烷。 C中1380cm-1为单峰，ρCH2723cm-1，n=4，结构为 正庚烷。利用1380cm-1峰的裂分判断烷烃异构体时，需 注意分子中其他端甲基的干扰，有时裂分峰的形状不容 易判断。 NMR谱可以准确地判断烷烃异构体，往往比红外 光谱更直观可靠。图是三种辛烷异构体的 1H NMR谱。 A为正辛烷，－CH3,δ0.90,与CH2 相连，裂分为三重 峰；(CH2)6, δ1.1～1.6。甲基与乙基的积分面积之比为 1:2。
1H
•
• 2．核磁共振波谱 • •
•
( B) 为2-甲基庚烷，异丙基中的两个甲基与CH相连，裂分为
双重峰。7－CH3 的化学位移仍为0.90，与异丙基中甲基双重峰
重叠。
CH (CH2)4
吸收在δ1.0～1.8、δ0.6～1.0与δ1.0～1.8
两个区域积分面积之比为1.0：1.0。 • (C) 2，2-二甲基己烷，叔丁基中3个CH3为单峰，端甲基仍 为三重峰，化学位移均为δ0.90。3个CH2δ1.20。甲基与(CH2)3积 分面积比为2:1。
综合解析
• 紫外光谱、红外光谱、核磁共振和质谱法均在 食品、化工、环保、医药等科研、生产中有广泛 应用，但各有其缺点和局限性。 • 紫外光谱可用于含有发色团的有机物分析，如 芳烃、共轭烯烃、酮和醛等，尤其在定量分析中 具有灵敏度高、准确和快速方便的优点。其应用 的局限性也很明显，如分子不含有发色团，就不 能用紫外光谱检测；通常紫外光谱吸收带少，谱 带宽，难于进行未知物的结构鉴定。 • 红外光谱能够明显地揭示未知物的结构特征， 未知物含有什么或不含有什么官能团和化学键， • 从谱带位置和强度可以进行判断。
四大波谱基本概念以与解析
四大波谱基本概念以与解析早在20世纪，波谱学已经成为一门重要科学，用以研究和解释波的特性以及波的效应。
波谱分析在今天仍然是一门重要的科学，能够用来探索微观世界的信息，以及研究宏观世界的运动。
在物理和化学科学方面，有四个主要的波谱基本概念。
这些概念涉及四种不同类型的波：X射线谱、光谱、物质谱和声谱。
首先是X射线谱。
X射线谱是指X射线的光谱，它是一种高能量的电磁辐射。
由于X射线的高能量水平，它们通常用于诊断性检查，以提供内部解剖结构的信息。
此外，X射线谱也可用于识别分子及其结构，因为它们可以穿透岩石和其他光照障碍物，使得研究人员能够更清晰地看到深层结构。
其次是光谱学。
光谱学是一种用来研究和分析光线及其效应的学科。
根据波长的不同，光谱可以分为可见光谱，紫外光谱和红外光谱。
可见光波长的光被人看见，而紫外光波长的光被它的特殊属性产生区分，而且无法被人看见；红外光谱在可见光谱的另一端，由非常长的波长所组成。
光谱分析对于研究系统中物质的结构和性质非常有用，它们可用于研究星体、流星和大气，以及地球表面和内部的化学物质。
紧接着是物质谱。
物质谱是一种物理系统的波谱学，用以研究能量状态的改变。
它使用物质分解的信息来检测和分析各种物质的效应和变化。
物质谱可以用来研究物质的结构和组成，以及不同物质间的相互作用。
最后是声谱学。
声谱学是利用声音波的特性来研究和解释声音辐射的一门学科。
声学设备能够用来分析物体周围的声音，识别出声音及其特征，从而更深入地了解不同频率之间的关系，以及对物体和环境的影响。
在医学研究中，声谱可以用来评估心脏音及其强度，以及定位任何异常声音或波形信号，从而诊断疾病。
综上所述，X射线谱、光谱、物质谱和声谱是四种主要的波谱基本概念，它们用来研究和解析不同类型波的特性和效应。
每种方法都有自己独特的优势和应用，并在物理、化学等不同领域均有重要作用。
波谱四种谱图的综合解析
A： CH3 - CH (COOH) - O-Ph-Cl
最后对其推导的结构再进一步确认
• 推导成功！你将得到鲜花和掌声！
从估计分子式：C9H9ClO3中减去—Cl、—C6H4-、 >CH-CH3、—COOH基团，只剩下—O—基团， 因此，可拼出以下结构：
H3CHC
O
Cl
H3CHC Cl
OCOOHຫໍສະໝຸດ COOHAB
检查 MS 谱， m/e=155 、 128 、 111 均含有 C1 原子， 说明 C1 原子与苯环直接相连，因此 C1 原子上的 孤对电子与苯环发生 p-π 共轭，所以不易被丢失， 上述三个离子的裂解可有下图得到合理的解释， 所以未知物的结构应是A：
• 由 IR 谱在 32002500 cm-1 的宽 峰 和 接 近 1700 cm-1 的 强 峰 可 推测分子中可 能含有 -COOH ， 在 1200-1250 附 近的强峰可推 测分子中可能 含 有 醚 键 （C-O-C）；
• 从 1H-NMR 谱的高场到低场各峰的积分曲线高度比 为3：1：2：2：1，估计分子中可能是9个H，再估计 C 数 为 （ 200-9-16×3-35 ） /12=9 ， 估 计 分 子 式 ： C9H9ClO3 • 不饱和度=1+n4+1/2×(n3-n1) =1+9+1/2×(0-9-1)=5；
四种谱图的综合解析
• 其它辅助参考： • 物理常数的测定：熔点、沸点、比重、 折射率… … • 元素分析：C、H、N、S、O、P、F、Cl、 Br、I … … • 物理状态的观察：液、固、气味、灼烧--特证火焰颜色… …
四种谱图的综合解析
例1：由如下四种谱图解析C5H10O的结构
四大谱图解析
增色效应与减色效应 吸收峰吸收强度增加的现象叫增 色效应。 吸收峰吸收强度减小的现象叫减 色效应。
常用术语
吸收带:由相同的电子跃迁产生的吸收峰，叫.. R带:由化合物n→π* 跃迁产生的吸收带，它具有杂 原子和双键的共轭基团（醛、酮）。例：＞C＝O, —N＝N—。 特点：a. 吸收峰出现区域在250nm～500nm。 b.摩尔吸光系数小，吸收强度在10 ～100，属 于禁阻跃迁。
影响紫外吸收的因素-溶剂效应
（2） * 跃迁，溶剂极性增加，吸收红移。
因为在多数π→π*跃迁中，激发态的极性要强于基态，极性大的 π*轨道与溶剂作用强，能量下降较大，而π轨道极性小，与极 性溶剂作用较弱，故能量降低较小，致使π及π*间能量差值变 小。因此，π→π*跃迁在极性溶剂中的跃迁能△Ep小于在非极 性溶剂中的跃迁能△En。所以在极性溶剂中，π→π*跃迁产生 的吸收峰向长波长方向移动。
影响紫外吸收的因素-溶剂效应
1. 在极性溶剂和非极性溶剂中测试，非极性化合物λ max无 明显差异。 2.在极性溶剂和非极性溶剂中测试，极性化合物λmax一般有变 化. 溶剂效应：在不同的溶剂中谱带产生的位移称为溶剂效应。 是由于不同极性的溶剂对基态和激发态样品分子的生色团 作用不同或稳定化程度不同所致。 极性溶剂使R带(250~500nm)蓝移，使K带(210~250)红移。
紫外吸收与分子结构关系 • （2）、简单的不饱和化合物:
• 简单烯烃、炔烃 • 简单醛酮 • n—π*跃迁在紫外区，为弱吸收
紫外吸收与分子结构关系
简单烯烃、炔烃 孤立的 * 跃迁在近紫外区无吸收。 例：CH2=CH2 max= 165nm HC≡CH max= 173nm
位于真空紫外区，助色基团的存在可以使波长红移 当烯烃双键上引入助色基团时，π→π* 吸收将发生红移， 甚至移到近紫外光区。原因是助色基团中的n电子可以产 生p-π共轭，使π→π* 跃迁能量降低，烷基可产生超共轭效 应，也可使吸收红移，不过这种助色作用很弱
常用术语
吸收带:由相同的电子跃迁产生的吸收峰，叫.. R带:由化合物n→π* 跃迁产生的吸收带，它具有杂 原子和双键的共轭基团（醛、酮）。例：＞C＝O, —N＝N—。 特点：a. 吸收峰出现区域在250nm～500nm。 b.摩尔吸光系数小，吸收强度在10 ～100，属 于禁阻跃迁。
影响紫外吸收的因素-溶剂效应
（2） * 跃迁，溶剂极性增加，吸收红移。
因为在多数π→π*跃迁中，激发态的极性要强于基态，极性大的 π*轨道与溶剂作用强，能量下降较大，而π轨道极性小，与极 性溶剂作用较弱，故能量降低较小，致使π及π*间能量差值变 小。因此，π→π*跃迁在极性溶剂中的跃迁能△Ep小于在非极 性溶剂中的跃迁能△En。所以在极性溶剂中，π→π*跃迁产生 的吸收峰向长波长方向移动。
影响紫外吸收的因素-溶剂效应
1. 在极性溶剂和非极性溶剂中测试，非极性化合物λ max无 明显差异。 2.在极性溶剂和非极性溶剂中测试，极性化合物λmax一般有变 化. 溶剂效应：在不同的溶剂中谱带产生的位移称为溶剂效应。 是由于不同极性的溶剂对基态和激发态样品分子的生色团 作用不同或稳定化程度不同所致。 极性溶剂使R带(250~500nm)蓝移，使K带(210~250)红移。
紫外吸收与分子结构关系 • （2）、简单的不饱和化合物:
• 简单烯烃、炔烃 • 简单醛酮 • n—π*跃迁在紫外区，为弱吸收
紫外吸收与分子结构关系
简单烯烃、炔烃 孤立的 * 跃迁在近紫外区无吸收。 例：CH2=CH2 max= 165nm HC≡CH max= 173nm
位于真空紫外区，助色基团的存在可以使波长红移 当烯烃双键上引入助色基团时，π→π* 吸收将发生红移， 甚至移到近紫外光区。原因是助色基团中的n电子可以产 生p-π共轭，使π→π* 跃迁能量降低，烷基可产生超共轭效 应，也可使吸收红移，不过这种助色作用很弱
四大谱图详解
影响紫外吸收的因素-PH值影响
苯酚的紫外光谱
苯胺的紫外光谱
紫外吸收与分子结构关系
（1）.饱和烃及其衍生物 （用于紫外吸收测试溶剂） （2）.简单的不饱和化合物 （3）.共轭系统的紫外吸收光谱 （4）.芳环化合物的紫外吸收光谱
紫外吸收与分子结构关系
（1）、饱和烃及其取代衍生物
① * 跃迁
吸收波长 < 150nm,在远紫外区。
分类： E1 带：180nm，ε＝60000; E2 带：203nm，ε=8000
特点： a. 苯环上有助色团取代时，E 带长移，但吸收带波长一般不
超过210nm。 b. 苯环上有发色团取代并和苯环共轭时，E2 带长移与 发色
团的K带合并，统称K带，同时也使B带长移。
影响紫外吸收的因素
返回
• 共轭效应：红移 • 助色团的影响 • 超共轭效应 ：烷基与共轭体系相连时，可以使波长产生少
丙酮紫外吸收的
1-己烷 2-95%乙醇 3-水
紫外吸收与分子结构关系
（3）共轭系统的紫外吸收光谱
• 共轭双烯 • α，β—不饱和醛、酮 • α、β-不饱和羧酸、酯、酰胺
紫外吸收与分子结构关系
共轭双烯：
π →π共轭，最高占有轨道能级升高，最低空轨道能级降低， π →π＊跃迁△E降低，
共轭体系的形成使吸收移向长波方向，强度也随之增大
增色效应与减色效应 吸收峰吸收强度增加的现象叫增色 效应。 吸收峰吸收强度减小的现象叫减色 效应。
常用术语
吸收带:由相同的电子跃迁产生的吸收峰，叫..
R带:由化合物n→π* 跃迁产生的吸收带，它具有杂原 子和双键的共轭基团（醛、酮）。例：＞C＝O, —N＝N—。 特点：a. 吸收峰出现区域在250nm～500nm。
有机化学的四谱综合解析PPT课件
17
活泼氢反应
重水交换 分子中如果有活泼氢： —OH、—NH2、—COOH等 本身化学位移较大，易辨认 加入重水（D2O）后，信号减弱或消失 酰胺质子交换速度慢，不易消失 易形成分子内氢键的活泼氢也难消失
18
核磁共振碳谱
19
核磁共振发展初期，大家更多关注13C NMR 大部分有机化合物都具有碳骨架或碳原子 但是这些碳原子以12C为主，它不是磁性核 13C的天然丰度只有12C的1.1% 13C在核磁共振上的灵敏度只有1H的1.6% 13C的整个灵敏度只有1H的1/5700
——The Nobel Prize in Chemistry 1991
40
COSY谱图
堆积图
平面等值线图
41
1-氯-2-丙醇 1H-1H COSY图
42
1-氯-2-丙醇的 1H-13C COSY图
43
波谱综合解析
波谱解析的基本知识 波谱解析的基本步骤 波谱解析的技巧策略 实例 习题
44
波谱解析的基本步骤
1、鉴别谱图中真实谱峰 2、计算不饱和度 3、掌握影响化学位移的因素
34
4、分子对称性分析：
若谱线数目等于元素组成式中碳原子数目， 说明分子无对称性；若谱线数目小于元素组 成中的碳原子数目，说明分子有一定的对称 性，这在推测结构时应予以重视。如果化合 物中碳原子数目较多时，应考虑到不同碳原 子的值可能偶合重合。
20世纪70年代开始，由于傅立叶变换仪器的 使用，可同时激发所有的13C核而使得13C NMR迅速得到广泛应用 其发展地位已经接近1H NMR
20
核磁共振碳谱
选用核磁共振碳谱的优点在于： ①每种有机化合物必定含有碳元素； ②化学位移分布在很宽的范围内； ③能够区别分子中有微小差异的碳原子，还 能观察到不与氢核相连的碳原子； ④能提供碳骨架信息。
活泼氢反应
重水交换 分子中如果有活泼氢： —OH、—NH2、—COOH等 本身化学位移较大，易辨认 加入重水（D2O）后，信号减弱或消失 酰胺质子交换速度慢，不易消失 易形成分子内氢键的活泼氢也难消失
18
核磁共振碳谱
19
核磁共振发展初期，大家更多关注13C NMR 大部分有机化合物都具有碳骨架或碳原子 但是这些碳原子以12C为主，它不是磁性核 13C的天然丰度只有12C的1.1% 13C在核磁共振上的灵敏度只有1H的1.6% 13C的整个灵敏度只有1H的1/5700
——The Nobel Prize in Chemistry 1991
40
COSY谱图
堆积图
平面等值线图
41
1-氯-2-丙醇 1H-1H COSY图
42
1-氯-2-丙醇的 1H-13C COSY图
43
波谱综合解析
波谱解析的基本知识 波谱解析的基本步骤 波谱解析的技巧策略 实例 习题
44
波谱解析的基本步骤
1、鉴别谱图中真实谱峰 2、计算不饱和度 3、掌握影响化学位移的因素
34
4、分子对称性分析：
若谱线数目等于元素组成式中碳原子数目， 说明分子无对称性；若谱线数目小于元素组 成中的碳原子数目，说明分子有一定的对称 性，这在推测结构时应予以重视。如果化合 物中碳原子数目较多时，应考虑到不同碳原 子的值可能偶合重合。
20世纪70年代开始，由于傅立叶变换仪器的 使用，可同时激发所有的13C核而使得13C NMR迅速得到广泛应用 其发展地位已经接近1H NMR
20
核磁共振碳谱
选用核磁共振碳谱的优点在于： ①每种有机化合物必定含有碳元素； ②化学位移分布在很宽的范围内； ③能够区别分子中有微小差异的碳原子，还 能观察到不与氢核相连的碳原子； ④能提供碳骨架信息。
综合波谱解析法PPT精品文档
07.10.2020
10
DEPT谱图：
不同类型的13C信号均呈单峰(CH3、CH2、CH及季 碳)。通过改变照射1H核第三脉冲宽度(θ)的不同，
若θ=135°(C谱)，可使CH及CH3为向上的共振吸收 峰，CH2为向下的共振吸收峰，季碳信号消失。
若θ=90°(B谱)，CH为向上的信号，其它信号消失。 若θ=45°(A谱)，则CH3、CH2及CH皆为向上的共振
由COM谱识别碳的类型和季碳。
由DEPT谱确认CH3、CH2及CH； 具有复杂化学结构的未知物，还需测定
碳—氢相关谱或称碳－氢化学位移相关谱， 它是二维核磁共振谱(2D-NMR )的一种,提 供化合物氢核与碳核之间的相关关系,测定 细微结构。
07.10.2020
15
碳谱与氢谱之间关不系能测--定-互不 相补充
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。
07.10.2020
13
DEPT谱图R、Q及P谱：
07.10.2020
14
核磁共振碳谱在综合光谱解析中的作用
目前在碳谱实际测定工作中，主要是测定 COM及DEPT谱:
含氢的官能
氢谱不足
团
碳谱补充
对于含碳较多的 有机物，烷氢的 化学环境类似， 而无法区别
给出各种含碳官能团 的信息，几乎可分辨 每一个碳核，
光谱简单易辨认
07.10.2020
16
碳谱与氢谱可互相补充
碳谱不足
COM谱的峰高， 常不与碳数成 比例
氢谱补充
氢谱峰面积的积分 高度与氢数成比例
07.10.2020
波谱综合解析ppt课件
IR能给出大部分官能团和某些结构单元存在的信息，从谱 图特征区可以清楚地观察到存在的官能团，从指纹区的某些
相关峰也可以得到某些官能团存在的信息。
(2) 有机质谱
MS除了能够给出分子式和相对分子量的信息，还可以 根据谱图中出现的系列峰﹑特征峰﹑重排峰和高质量区碎
片离子峰确定结构单元。
7
波谱综合解析步骤
的手段去解决剩余结构问题。
2
IR: 3030cm-1, 1600 cm-1, 1500 cm-1.
R 1H: 7.2ppm
13C: 120-140ppm UV: E, B吸收带。 MS：m/z=77,51,……
=91,65,39 ……
CH CH3 CH3
IR: 1380 cm-1裂分等高双峰。 1H: 双峰，多重峰。
谱图综合解析实例3
质谱MS验证结构： O
- O C CH3
CH2 O
CH2 O C CH3
-
O
- CH2 O C CH3
- CH3
CH2 O
O C CH3
m/z=43
m/z=77
- HC CH
O CH2 O C
- CO
m/z=91
HC CH
m/z=65
CH2 O
m/z=51
m/z=135
m/z=107
13C: 双峰，四重峰。
3
二、 波谱综合解析步骤
1) 解析前应了解尽可能多的信息
首先了解样品的来源和纯度； 纯物质要了解其熔点、沸点、溶解性能等物理化学性 质以及用其它分析手段所测得的数据（如分子量、元素
分析数据）等； 混合物需要精制后才能进行波谱分析，或采用一些联
用技术分析。
4
相关峰也可以得到某些官能团存在的信息。
(2) 有机质谱
MS除了能够给出分子式和相对分子量的信息，还可以 根据谱图中出现的系列峰﹑特征峰﹑重排峰和高质量区碎
片离子峰确定结构单元。
7
波谱综合解析步骤
的手段去解决剩余结构问题。
2
IR: 3030cm-1, 1600 cm-1, 1500 cm-1.
R 1H: 7.2ppm
13C: 120-140ppm UV: E, B吸收带。 MS：m/z=77,51,……
=91,65,39 ……
CH CH3 CH3
IR: 1380 cm-1裂分等高双峰。 1H: 双峰，多重峰。
谱图综合解析实例3
质谱MS验证结构： O
- O C CH3
CH2 O
CH2 O C CH3
-
O
- CH2 O C CH3
- CH3
CH2 O
O C CH3
m/z=43
m/z=77
- HC CH
O CH2 O C
- CO
m/z=91
HC CH
m/z=65
CH2 O
m/z=51
m/z=135
m/z=107
13C: 双峰，四重峰。
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二、 波谱综合解析步骤
1) 解析前应了解尽可能多的信息
首先了解样品的来源和纯度； 纯物质要了解其熔点、沸点、溶解性能等物理化学性 质以及用其它分析手段所测得的数据（如分子量、元素
分析数据）等； 混合物需要精制后才能进行波谱分析，或采用一些联
用技术分析。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本析
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克