1、2004-08-26,第十二章 测定结构的物理方法,一、红外光谱（Infrared Spectroscopy)二、紫外光谱(Ultraviolet Spectroscopy)三、核磁共振(Nuclear Magnetic Spectroscopy)四、质谱(Mass Spectroscopy),2004-08-26,早期的分析方法:液体物质 测沸点、折射率、旋光度;化学方法等固体物质 测熔点;化学方法等局限性:物理量测定需要样品量大,化学方法分析结构操作较复杂，不易进行。,有机化合物结构研究方法,2004-08-26,有机化合物结构研究方法,元素分析 元素组成质谱（MS）分子量及部分结构信息红
2、外光谱（IR）官能团种类紫外可见光谱（UV/Vis）共轭结构核磁共振波谱（NMR）C-H骨架及所处化学环境X-射线单晶衍射 立体结构,2004-08-26,Example,2004-08-26,有 机 波 谱 法 特 点,(1)样品用量少，一般23mg（可1mg)(2)除质谱外，无样品消耗，可回收(3)省时，简便(4)配合元素分析（或高分辨质谱），可准确确定化合物的分子式和结构,2004-08-26,Spectroscopy and the Electromagnetic Spectrum,2004-08-26,分子吸收电磁波的能量后，从较低能级跃迁到较高能级，便产生波吸收谱，称波谱。分子内部
3、的运动：原子核间的相对振动（IR）振动能级 电子运动（UV/Vis）电子能级 分子转动 转动能级 原子核自旋运动（NMR）不同的分子，跃迁的能级差不同，则吸收的光的波长不同，就产生不同的波谱。,Spectroscopy and the Electromagnetic Spectrum,2004-08-26,分子振动能级的跃迁产生IR。用途：提供分子中官能团的结构信息。Vibration-streching vibration-bending vibrationDiatomic molecular-a stretching vibrationMultiatomic molecular-sever
4、al vibrations,红外光谱Infrared Spectroscopy,2004-08-26,红外光谱Infrared Spectroscopy,Stretching vibrations,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,Bending Vibrations,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,Bending Vibrations,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,一个官能团由于有多种振动方式在红外光谱中将有一组相应的吸收峰,2004-08-26,红外光谱图,Infrared Spectro
5、scopy,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,横坐标-波数（cm-1,下方）,波长(mm,上方）纵坐标-吸光强度（A）或透过率（T，%）谱区-4000 600 cm-1 分两个区-官能团区（4000 1400 cm-1)-伸缩振动-指纹区（1400 600 cm-1)-弯曲振动,红外光谱图,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,Hooks Law(for stretching vibration)1、振动频率与成键原子折合质量倒数的平方根成正比，即原子质量愈轻，振动频率愈高；2、振动频率与键的力常数的平方根成反比，即键能愈大，键长愈短
6、，键的力常数愈大，振动频率愈高。,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,C=C C=C C-C-C-H=C-H=C-H 2100-2260 1600-1670 800-1200 2850-2960 3010-3100 3300 C=O C-O-O-H 1660-1780 1000-1300 3580-3670 C=N C=N C-N-N-H2210-2260 1630-1690 1250-1360 3310-3400(s,or d peaks)Stronger bonds and lighter atoms give rise to higher wave numb
7、ers,2004-08-26,不同类型键的伸缩振动频率,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,影响红外吸收频率的因素电子效应与共振结构、氢键、空间效应 Resonance Effecte.g.1.C=O in 2-pentanone 1720cm-1 but in 2-cyclohexenone 1680cm-1,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,e.g.1 C=O in an aldehyde 1720cm-1 in an acid halide 1800cm-1 in an amide 1650cm-1,2004-08-26,In
8、frared Spectroscopy,氢键对吸收峰频率影响举例,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,氢键对吸收峰频率影响举例分子内氢键,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,空间结构对吸收峰频率影响其他影响因素试样状态、测试条件、溶剂极性等峰强度与键极性、对称性的关系极性越大，峰越强；对称性越高，峰越弱。,2004-08-26,各主要官能团红外光谱的特征吸收峰频率,2004-08-26,各主要官能团红外光谱的特征吸收峰频率,2004-08-26,Infrared Spe
9、ctroscopy,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,2004-08-26,Infrared Spectr
10、oscopy,A.C6H5COCH3 B.C6H5COOHC.C6H5CH2OH,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,1.CH3(CH2)4COOH 2.CH3(CH2)5CHO 3.CH3(CH2)8CH2OH,2004-08-26,Infrared Spectroscopy,1.CH3(CH2)4COOH 2.CH3(CH2)5CHO 3.CH3(CH2)8CH2OH,2004-08-26,紫外光谱 给出共轭双键的信息,gives us information about compounds with conjugated double bondUltravi
11、olet and visible light has just the right energy to cause an electronic transition the promotion of an electron from one orbital to another of higher energy,2004-08-26,Ultraviolet and Visible Spectroscopy,The electronic energy states:,2004-08-26,Ultraviolet and Visible Spectroscopy,The Beer-Lambert law:A=c l 吸光度 A=log I0/I I0：进入样品的光强度 I：透过样品的光强度 摩尔浓度 c 样品池长度 l（in cm)摩尔吸光系数,2004-08-26,Ultraviolet and Visible Spectroscopy,影响摩尔吸光系数的因素：跃迁类型由于 n 轨道的电子与 电子集中在不同的空间区域，因此尽管n*的跃迁需要的能量较低，其跃迁的几率是比较小的。表现在摩尔吸光系数值较小,2004-08-26,Ultraviolet and Visible Spectroscopy,