文档介绍：有机化合物的波谱分析有机化合物的波谱分析前言: 有机化合物的结构表征(即测定) ——从分子水平认识物质的基本手段,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,需要的样品量大。例如:鸦片中吗啡碱结构的测定,从 1805 年开始研究, 直至 1952 年才完全阐明, 历时 147 年。 1930 年代, 物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列,而施加无线电波之后,原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究,拉比于 1944 年获得了诺贝尔物理学奖。 1946 年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现,将具有奇数个核子(包括质子和中子)的原子核置于磁场中,再施加以特定频率的射频场,就会发生原子核吸收射频场能量的现象,这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了 1952 年度诺贝尔物理学奖。 1930 年代, 物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列,而施加无线电波之后,原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究,拉比于 1944 年获得了诺贝尔物理学奖。 1946 年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现,将具有奇数个核子(包括质子和中子)的原子核置于磁场中,再施加以特定频率的射频场,就会发生原子核吸收射频场能量的现象,这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了 1952 年度诺贝尔物理学奖。早期核磁共振主要用于对核结构和性质的研究,如测量核磁矩、电四极距、及核自旋等, 后来广泛应用于分子组成和结构分析,生物组织与活体组织分析,病理分析、医疗诊断、产品无损监测等方面。 20世纪 70年代,脉冲傅里叶变换核磁共振仪出现了,它使 C13 谱的应用也日益增多。用核磁共振法进行材料成分和结构分析有精度高、对样品限制少、不破坏样品等优点。 2003 年,保罗·劳特伯尔和英国诺丁汉大学教授彼得·曼斯菲尔因为他们在核磁共振成像技术方面的贡献获得了当年度的诺贝尔生理学或医学奖。其基本原理:是将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量。在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号, 并将吸收的能量释放出来,被体外的接受器收录,经电子计算机处理获得图像,这就叫做核磁共振成像。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,样品消耗量是微克级的,甚至更少。它不仅可以研究分子的结构,而且还能探索到分子间各种集聚态的结构构型和构象的状况,对人类所面临的生命科学、材料科学的发展,是极其重要的。 HO OH NCH 3 吗啡碱 O对有机化合物的结构表征应用最为广泛的是: 对有机化合物的结构表征应用最为广泛的是: 紫紫外光谱外光谱( (u u ltra ltra v v iolet spectroscopy iolet spectroscopy 缩写为缩写为 UV UV ) )、、红外光红外光谱谱( (i i nfra nfra r r ed spectroscopy ed spectroscopy 缩写为缩写为 IR IR ) )、、核磁共振谱核磁共振谱( (n n uclear uclear m m ic ic r r esonance esonance 缩写为缩写为 NMR NMR ) )和和质谱质谱(mass spectroscopy (mass spectroscopy 缩写为缩写为 MS MS ). ). § 4-1 有机化合物的结构与吸收光谱光是一种电磁波,具有波粒二相性。波动性: 可用波长(?)、频率( v )和波数( ) 来描述。 v 按量子力学,其关系为: 微粒性: 可用光量子的能量来描述: hc E hv ?? ? c v cv ?? ?式中:c 为光速,其量值=3× 10 10cm. s -1 ν为频率,单位为Hz λ为波长(cm),也用nm作单位(1nm=10 -7cm) 1cm长度中波的数目,单位cm -1 v _ 式中:E 为光量子能量,单位为J h 为Planck常数,其量值为 ×10 -34Js -1该式表明:分子吸收电磁波,从低能级跃迁到高能级,其吸收光的频率与吸收能量的关系。由此可见, ?与E, v 成反比,即?↓,v↑(每秒的振动次数↑), E↑。在分子光谱中,根据电磁波的波长(?)划分为几个不同的区域,如下图所示: 分子的总能量由以下几种能量组成: E 总= E e+E v+E r 电子能振动能转动能紫外光谱可见光谱红