文档介绍：红外光谱与核磁共振谱
在有机结构测定中最常用的四大谱:
紫外光谱(UV)
红外光谱(IR)
核磁共振谱(NMR)
质谱(MS)
优点:简单快速;
用样少(数mg),有的甚至不消耗样品。
第一节吸收光谱的一般原理
三种吸收光谱(UV、IR、NMR) 基于同一原理,即被测有机分子可以选择性地吸收电磁波的能量,使分子从基态跃迁到激发态。这种特征能量的吸收就形成了一定的吸收光谱。
n : 每秒内振动的周期。周/每秒(cps 或 Hz)
l :每周波传播的距离。nm/周、cm/周、m/周
定义:波数 n = 1/l , 为1厘米内波振动的周数。单位cm-1。
光是电磁波,具有波粒二象性。电磁波的波动性通常用频率n和波长l来描述。
电磁波的频率n和波长l的关系:
l n = c c =×108m/s(光速)
E = hn = hc / l = ( J·mol-1) / l (cm) = ×105 (KJ·mol-1)/ l (nm) h: Plank constant
电磁波的微粒性可以看成是一种不连续的光子流,其能量为
UV:nm
IR: m m 或 cm-1
NMR:Hz、 MHz
波长越短,频率越高,能量也越大。不同的光谱使用不同的能量单位。
γ-射线 X-射线远紫外近紫外可见光近红外中红外远红外微波无线电波
< 100nm 200 400 800 m m 25 m m 10cm 30m 4000cm-1 400cm-1 <3000Hz
120000Kj/mol 800Kj/mol 150kj/mol 48
三种不同光谱的波长范围如下
将价电子激发到较高能级所产生的吸收光谱主要在近紫外及可见光谱区,称为紫外及可见光谱(简称紫外光谱,UV)。
引起分子振动能级跃迁的吸收光谱,主要在中红外区,称红外吸收光谱(简称红外光谱,IR)。
自旋的原子核在外磁场中因吸收无线电波而引起核自旋能级跃迁,从而产生核磁共振谱(核磁共振氢谱 1HNMR 及核磁共振碳谱 MR )。
核与内层电子跃迁
紫外及可见光谱价电子跃迁
红外光谱
分子振动与转动
核磁共振谱核自旋能级跃迁
不同的吸收光谱从不同角度反映出分子的结构特征。
第二节红外光谱(Infrared Spectra, IR)
一、基本概念
在真实分子中, 原子处于不断的运动之中。这种运动可分为两大类:一是振动, 包括键的伸缩振动和弯曲振动;二是转动, 即原子沿着键轴作相对的转动。红外光谱就是由分子吸收红外光后,引起振动能级的跃迁而得到的。
红外光谱就是测定有机物在用中红外区域波长的光(4000cm-1 ~ 400cm-1 ,~25mm)照射时的吸收情况。
通过IR测定,可以得知一个化合物中存在哪些官能团。
还可以象鉴定指纹和照片那样,通过IR来鉴别化合物。
通常IR的纵坐标为百分透过率,以T%表示。T越小,吸收越大。横坐标有两种:波长(mm) 和波数(cm-1 )。两者可互换: n (cm-1 )=104/l(mm)。
环己酮的IR
二、分子振动的类型
伸缩振动(改变键长的振动, n)和弯曲振动(改变键角的振动, d)。
弯曲振动 d
C
H
H
对称伸缩振动(~2925 cm-1)
ns
不对称伸缩振动(~2850 cm-1)
nas
C
H
H
伸缩振动 n
通常有
nn > nd
C
H
H
剪式~1450 cm-1
C
H
H
平面摇摆~750 cm-1
C
H
H
非平面摇摆~1250 cm-1
C
H
H
扭曲~1250 cm-1
1. 峰数:决定于该分子的振动自由度。对于含n个原子的非线性分子,其振动自由度=3n-6个(线性分子为3n-5)。实际峰数往往少于理论振动自由度数,其原因有:
(1) 不伴随偶极矩变化的振动没有IR吸收(红外光谱选律)。在振动时,偶极矩变化越大,吸收就越强。
三、峰数、峰位、峰强
(3) 某些峰缺乏足够的强度,仪器检测不到。
(4) 频率超出仪器扫描波长的范围,无法记录。
通常将分子吸收光能后从基态跃迁到第一激发态所产生的吸收叫基频。在基频为n 时,在2n 附近有时会出现较弱的倍频峰。有时也可看到两个基频相加的吸收峰,称为结合频。倍频和结合频可用以解释某些吸收峰。
(2) 相同的振动频率,可发生峰的简并。如O=C=O应有3n-5个(4个)振动自由度,但实际只有两个吸收峰nas2350cm-1和d667cm-。