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1、有机结构波谱分析有机结构波谱分析Spectral Analysis of Organic Structure刘岚关于本课程的几个问题为什么要学波谱课什么人需要学习波谱课怎样学习波谱课关于本课程的几个问题点名作业，书本作业，不定期课外作业，抽查考试成绩：平时（作业，习题课），期中，期末有机分析有机分析 Organic AnalysisOrganic Analysis 分离与纯化分离与纯化(Separation and purification)(Separation and purification)有机定性分析有机定性分析 (Quantitative Organic AnalysisQuant
2、itative Organic Analysis)有机定量分析有机定量分析(Quality Organic Analysis)(Quality Organic Analysis)有机结构分析有机结构分析 (Structure Analysis)(Structure Analysis)（有机波谱分析（有机波谱分析Spectral Analys of Organic Structure）（四谱在有机结构分析（四谱在有机结构分析 鉴鉴 定定 中的应用）中的应用）合成和提取分离和纯化有机化合物结构研究方法早期的研究方法早期的研究方法:液体物质液体物质 测沸点、折射率、旋光度；化学方法等测沸点、折射率、
3、旋光度；化学方法等固体物质固体物质 测熔点；化学方法等测熔点；化学方法等局限性：局限性：物理量测定需要样品量大；对于结构近似的异构体难物理量测定需要样品量大；对于结构近似的异构体难以分析；化学方法分析结构操作较复杂，不易进行。以分析；化学方法分析结构操作较复杂，不易进行。元素分析元素分析(EA)(EA)元素组成元素组成质谱质谱(MS)(MS)分子量及部分结构性质分子量及部分结构性质红外光谱红外光谱(IR)(IR)官能团种类官能团种类紫外紫外/可见光谱可见光谱(UV/Vis)(UV/Vis)共轭结构共轭结构核磁共振波谱核磁共振波谱(NMR)C-H(NMR)C-H骨架及所处化学环境骨架及所处化学环
4、境X X射线衍射射线衍射(X-Ray)(X-Ray)晶体结构晶体结构现代的研究方法现代的研究方法:发发 展展 历历 史史三十年代三十年代UV四十年代四十年代IR五十年代五十年代NMRMS 官能团官能团分子式，分子式，分子骨架连接分子骨架连接一般文献给出的数据：一般文献给出的数据：NMR:详细详细MS:分子量分子量IR:主要官能团主要官能团一般无一般无UV数据数据有机结构分析有机结构分析 （波谱分析（波谱分析)Spectroscopic Methods in Organic ChemistrySpectroscopic Methods in Organic Chemistry结构分析：结构的推导
5、和确证结构分析：结构的推导和确证-证实证实-鉴定鉴定结构分析特点：快速，用样量少，不破坏样品结构分析特点：快速，用样量少，不破坏样品,提供丰富的结构信息。提供丰富的结构信息。核能级核能级 电子能级电子能级 分子振动分子振动-转动能级转动能级 电子自旋能级电子自旋能级 核自旋能级核自旋能级波谱分析原理波谱分析原理:一定波长的电磁波（光波），作用于被研究物质一定波长的电磁波（光波），作用于被研究物质的分子，引起分子内某种的分子，引起分子内某种物理量物理量的改变（能级跃迁）的改变（能级跃迁）.物理量物理量光波与光谱的关系：光波与光谱的关系：范围范围 光区光区 光谱类型光谱类型 跃迁类型跃迁类型101
6、0-4-41010-2-2nmnm -ray Mossbauer-ray Mossbauer谱谱 核能级跃迁核能级跃迁1010-2-21 nm X-ray X-1 nm X-ray X-光电子能谱光电子能谱 核内层电子能级核内层电子能级100100400nm400nm 紫外光区紫外光区 紫外光谱紫外光谱 核外层电子（价核外层电子（价400400800nm 800nm 可见光区可见光区 可见光谱可见光谱 电子或非键电子电子或非键电子)2.52.52525 m m 红外光区红外光区 红外光谱红外光谱 分子振动分子振动-转动转动(4000(4000400cm400cm-1-1)1 cm 1 cm 微
7、波区微波区 微波谱微波谱 分子转动能级分子转动能级 顺磁共振谱顺磁共振谱 电子自旋能级电子自旋能级 （磁诱导）（磁诱导）5050500cm 500cm 射频区射频区 核磁共振谱核磁共振谱 核自旋能级核自旋能级(600(60060MHz,60MHz,无线电波区）无线电波区）（磁诱导）（磁诱导）1cm=10 1cm=10-7-7nm=10nm=10-4-4mm波长（波长（），频率（），频率（）和波数（）和波数（）的关系：）的关系：相邻两波峰或波谷之间的距离相邻两波峰或波谷之间的距离,A,nm,A,nm,m,cmm,cm 单位时间内通过的周波数单位时间内通过的周波数 c=c=c=3 c=310101
8、010 cm/sec cm/sec =1/=1/E=hE=h =h =h C/C/核磁共振谱核磁共振谱(NMR)1952年年,Nobel 物理奖物理奖 F.Block and E.M.Purcell1991年年,Nobel化学奖化学奖 R.R.Ernst磁诱导电子自旋能级裂分磁诱导电子自旋能级裂分 E=EE=E2 2 E E1 1E E2 2E E1 1E EB B0 0紫外可见光谱红外光谱核磁共振光谱质谱Characteristics of Important Spectrometric Methods H-1 C-13 MS IR/RAMAN UV-VIS ORD/CD X-RAYRadi
9、ation type RF RF IR UV to Vis UV to Vis X-raySpectral scale 0-15 0-220 50-4000 400-4000 200-800 185-600 Typical units ppm ppm amu cm-1 nm nmAverage sample 1mg 5mg 1mg 1mg 1mg 1mgMolecular formula Partial Partial Yes No No No YesFunctional groups Yes Yes Limited Yes Very limited Very limited YesSubst
10、ructures Yes limited Yes limited limited No YesCarbon connectivity Yes Yes No No No No YesSubstitute Yes Yes No Limited No No Yes regiochemistrySubstitute Yes Yes No Limited No No Yes stereochemistryAnalysis of Yes Yes Yes Yes No No Yesisomer mixtures (GC,LC/MS)(GC/IR)(if separate)Purity information
11、 Yes Yes Yes Yes Limited Limited LimitedSingle crystalSteps in establishing a molecular structurePurecompound MolecularformulaFunctionalgroupsSubstructuresVery secure 3D molecularstructureUnsaturation numberWorking 2DstructuresList ofworking 2DstructuresNew 2DmolecularstructureKnownmolecularstructur
12、eReasonable 3D molecularstructureMS,NMRNMR,IRNMRUVX-RAYDereplicate by MFDraw all isomersDereplicateby structureNMRORDMolecularmodelingTotalsynthesisNMR,MS,IR,UV有机质谱有机质谱(Mass Spectra,MS)质谱不属于光谱或波谱范畴质谱不属于光谱或波谱范畴,在有机结构鉴定在有机结构鉴定或结构分析中或结构分析中,其着其它谱所其不到的作用其着其它谱所其不到的作用.本课程共分为六章本课程共分为六章 （3636学时）学时）前前 言言 2h 2
13、h 紫外紫外-可见光谱可见光谱 4h4h 红外与拉曼光谱红外与拉曼光谱 4h4h 有机质谱有机质谱 10h10h 核磁共振氢谱核磁共振氢谱 8h 8h 核磁共振碳谱核磁共振碳谱 2h 2h 综合谱解析综合谱解析 2h 2h 考试考试 2h 2h 了解各谱仪的一般原理及实验方法。了解各谱仪的一般原理及实验方法。掌握每一谱中各类有机化合物的波谱信息掌握每一谱中各类有机化合物的波谱信息 及及影响因素，运用波谱信息，推导并阐明化合物的影响因素，运用波谱信息，推导并阐明化合物的结构。结构。在掌握每一谱各类有机化合物波谱信息的基础在掌握每一谱各类有机化合物波谱信息的基础上，综合运用波谱信息，解决较复杂的结
14、构问题。上，综合运用波谱信息，解决较复杂的结构问题。刘岚Qq:27072754413600451971我的博客http:/ identification of organic compounds,John Wiley&Sons.Inc.Ltd.Seventh edition:2005,72-126.14 B.Stuart,Infrared Spectroscopy:Fundamentals and Applications,John Wiley&Sons.Inc.Ltd.2004.网上资源http:/www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/cgi-bin/direct_frame_top.cgi?lang=enghttp:/webbook.nist.gov/chemistry/http:/