紅外與核磁共振第1頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月本章目錄第一節(jié)化合物不飽和度的計算公式第二節(jié)紅外光譜第三節(jié)核磁共振

第2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)化合物不飽和度的計算公式實例1實例2可能的結(jié)構(gòu)分子式C7H9N=1/2(2+27+1-9)=4分子式C5H8O2=1/2(2+25-8)=2可能的結(jié)構(gòu)（不飽和度）=1/2（2+2n4+n3-n1）n4、n3、n1分別表示分子中四價、三價和一價元素的原子個數(shù)第3頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月實例4實例3分子式C4H6分子式C8H7Br=1/2(2+24-6)=2=1/2(2+28-8)=5可能的結(jié)構(gòu)可能的結(jié)構(gòu)CH3CCCH3第4頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

二紅外光譜圖的組成第二節(jié)紅外光譜橫坐標上線：波長（）下線：波數(shù)（）縱坐標右側(cè)：透過率（T）左側(cè)：吸光度（A）吸收圖譜指紋區(qū)（1400-400cm-1）官能團區(qū)（4000-1400cm-1）一基本原理第5頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月三重要官能團的紅外特征吸收和圖譜分析振動吸收峰化合物C-H拉伸（或伸縮）C-H彎析烷烴2960-2850cm-1-CH2-,1460cm-1

-CH3,1380cm-1異丙基，兩個等強度的峰三級丁基，兩個不等強度的峰第6頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月振動吸收峰化合物C-H拉伸（或伸縮）C=C，CC，C=C-C=C苯環(huán)(拉伸或伸縮)C-H彎析烯烴1680-16201000-800

RCH=CH21645（中）

R2C=CH21653（中）順RCH=CHR

1650（中）反RCH=CHR

1675（弱）>3000（中）3100-3010三取代1680（中-弱）四取代1670（弱-無）四取代無共軛烯烴與烯烴同向低波數(shù)位移，變寬與烯烴同910-905強995-985強895-885強730-650弱且寬980-965強840-790強無強第7頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月吸收峰化合物振動C-H拉伸（或伸縮）C=C，CC，C=C-C=C苯環(huán)C-H彎析炔烴3310-3300一取代2140-2100弱非對稱二取代2260-2190弱700-6003110-3010中1600中670弱倍頻2000-1650鄰-770-735強間-810-750強

710-690中對-833-810強泛頻2000-1660取代芳烴較強對稱無強同芳烴同芳烴1580弱1500強1450弱-無一取代770-730，710-690強二取代芳烴第8頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月類別拉伸說明R-XC-FC-ClC-BrC-I1350-1100強750-700中700-500中610-685中游離3650-3500締合3400-3200寬峰不明顯醇、酚、醚-OHC-O1200-1000不特征鍵和官能團胺RNH2R2NH3500-3400（游離）締合降低1003500-3300（游離）締合降低100第9頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月類別拉伸(cm-1)說明1770-1750（締合時在1710）醛、酮C=OR-CHO1750-16802720羧酸C=OOH鍵和官能團酸酐酰鹵酰胺晴氣相在3550，液固締合時在3000-2500（寬峰）C=OC=OC=OC=O酯18001860-18001800-17501735NH21690-16503520，3380（游離）締合降低100CN2260-2210第10頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月實例實例一實例二IR：(cm-1)=3030(弱)，2920(弱)，2217(中)，1607(強)，1508(強)，1450(弱)，817(強).C8H7N=1/2(2+28+1-7)=6C8H8OIR：(cm-1)=3010(弱)，1680(強)，1600(中)，1580(中)，1450(中)，1430(弱)，755(強)，690(中)。=1/2(2+28-8)=5第11頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)核磁共振一基本原理

讓處于外磁場（Ho）中的自旋核接受一定頻率的電磁波輻射（射），當輻射的能量恰好等于自旋核兩種不同取向的能量差時，處于低能態(tài)的自旋核吸收電磁輻射能躍遷到高能態(tài)，這種現(xiàn)象稱為核磁共振。1H-NMR（或PMR）表示氫的核磁共振，用于指示氫在碳骨架上的位置。13C-NMR（或CMR）表示碳的核磁共振，用于指示碳的骨架是如何組成的。

應用物理原理和公式，用數(shù)學方法可以推出，當射符合以下公式時，就可以發(fā)生核磁共振。射=自旋進動

=——Ho2稱為磁旋比自旋進動取決于外磁場強度和核本身的特性掃頻：固定Ho，改變射。掃場：固定射，改變Ho*第12頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月二1HNMR譜圖的組成氫譜有四部分組成：

化學位移一組組的峰

積分曲線（或積分值）偶合常數(shù)第13頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月三化學位移定義：在照射頻率確定時，同種核因在分子中的化學環(huán)境不同而在不同共振磁場強度下顯示吸收峰的現(xiàn)象稱為化學位移。射=自旋進動

=——Ho2射=自旋進動

=——=（Ho+H感應）H有效22第14頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月化學位移的表示方法化學位移的差別約為百萬分之十，精確測量十分困難，現(xiàn)采用相對數(shù)值。以四甲基硅（TMS）為標準物質(zhì)，規(guī)定：它的化學位移為零，然后，根據(jù)其它吸收峰與零點的相對距離來確定它們的化學位移值。零點-1-2-31234566789化學位移用表示，以前也用表示，與的關系為：

=10-TMS低場高場第15頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月特征質(zhì)子的化學位移值102345678910111213C3CHC2CH2C-CH3環(huán)烷烴0.2—1.5CH2ArCH2NR2CH2SCCHCH2C=OCH2=CH-CH31.7—3CH2FCH2Cl

CH2BrCH2ICH2OCH2NO22—4.70.5(1)—5.56—8.510.5—12CHCl3(7.27)4.6—5.99—10OHNH2NHCR2=CH-RRCOOHRCHO常用溶劑的質(zhì)子的化學位移值D第16頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月四偶合常數(shù)1自旋偶合和自旋裂分分析CH3CHO的核磁共振圖譜2自旋偶合的起因射=自旋進動

=——=（Ho+He感應）H有效222射=自旋進動

=——=H有效（Ho+He感應+H鄰H）2原子核之間的這種相互作用稱為自旋偶合。因自旋偶合而引起譜線增多的現(xiàn)象稱為自旋裂分。鄰近的質(zhì)子因相互之間的作用會影響對方的核磁共振吸收，并引起譜線增多。第17頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月3偶合常數(shù)的表示自旋偶合的量度稱為自旋的偶合常數(shù)，用符號J表示，單位是Hz。J值的大小表示了偶合作用的強弱。3JH-C-C-H

2JH-C-HJab>4J質(zhì)子a被質(zhì)子b裂分。鄰碳偶合同碳偶合遠程偶合*1CH3CH2BrJab=Jbaba*2偶合常數(shù)不隨外磁場的改變而改變。J=Kppm裂分峰間距儀器兆數(shù)=常數(shù)第18頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月4自旋偶合的條件（1）質(zhì)子必須是不等性的。（2）兩個質(zhì)子間少于或等于三個單鍵（中間插入雙鍵或叁鍵可以發(fā)生遠程偶合）。CH3-CH2-C-CH3=OCH2=CH-CH3caabbcHa、Hb能互相自旋偶合裂分。Ha、Hb不能與Hc互相自旋偶合裂分。Ha、Hb能互相自旋偶合裂分。Ha能與Hc發(fā)生遠程自旋偶合裂分。第19頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月5偶合裂分的規(guī)律一級氫譜必須滿足：（1）兩組質(zhì)子的化學位移差和偶合常數(shù)J滿足/J6。（2）化學位移相等的同一核組的核均為磁等價的。在一級氫譜中，偶合裂分的規(guī)律可以歸納為：*1自旋裂分的峰數(shù)目符合(n+1)規(guī)律。*2自旋裂分的峰高度比與二項展開式的各項系數(shù)比一致。*3Jab=Jba*4偶合常數(shù)不隨外磁場強度的改變而改變。第20頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）若質(zhì)子a與n個等性質(zhì)子b鄰接，則質(zhì)子a的吸收峰將被n個等性質(zhì)子b自旋裂分為(n+1)個峰，各峰的高度比與二項展開式(a+b)n的各項系數(shù)比一致。CH3-CH2-BrbaHa

呈四重峰，峰高度比為1:3:3:1(A+B)3=A3+3A2B+3AB2+B3Hb呈三重峰，峰高度比為1:2:1(A+B)2=A2+2AB+B2例如：對上述規(guī)律的具體分析第21頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）若質(zhì)子a被質(zhì)子b、C兩組等性質(zhì)子自旋裂分，b組有n個等性質(zhì)子，C組有n’個等性質(zhì)子，則質(zhì)子a的吸收峰將被自旋裂分為(n+1)(n’+1)個峰，各峰的高度比每組的情況都符合二項展開式的系數(shù)比。綜合結(jié)果要做具體分析。例如:Ha有(3+1)(1+1)=8重峰Hb有(3+1)(1+1)=8重峰Hc有(1+1)(1+1)=4重峰（3）質(zhì)子a被質(zhì)子b裂分的偶合常數(shù)為Jab，質(zhì)子b被質(zhì)子a裂分的偶合常數(shù)為Jba，則Jab=

Jba。第22頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月6等性質(zhì)子（1）化學等價和化學位移等價分子中兩個核（質(zhì)子），具有嚴格相同的化學位移值，則稱它們是化學位移等價的。分子中兩個相同的原子處于相同的化學環(huán)境稱為化學等價。第23頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）怎樣判別兩個質(zhì)子是否化學等價在分子中，如果通過對稱操作或快速機制，一些質(zhì)子可以互換，則這些質(zhì)子必然是化學等價的。具體還要細分：通過對稱軸旋轉(zhuǎn)而能互換的質(zhì)子叫等位質(zhì)子。（等位質(zhì)子在任何環(huán)境中都是化學等價的。）通過旋轉(zhuǎn)以外的對稱操作能互換的質(zhì)子叫對映異位質(zhì)子。（對映異位質(zhì)子在非手性環(huán)境中是化學等價的。在手性環(huán)境中是非化學等價的。）不能通過對稱操作進行互換的質(zhì)子叫做非對映異位質(zhì)子。（非對映異位質(zhì)子在任何環(huán)境中都是化學不等價的。）第24頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）磁等價核一組化學等價的核，如對組外任何其它核的偶合常數(shù)彼此之間也都相同，那末這組核就稱為磁等價核。第25頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）介紹幾種難以識別的化學位移不等價質(zhì)子*1與不對稱碳原子相連的CH2上的兩個質(zhì)子是非對映異位的，因此是化學不等價的。Ha與Hb是化學不等價的。第26頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月*2雙鍵碳上的情況分析CH3CH3HaHbCH3C2H5HaHaHaHaHaHaHbHbHbHbHbHbC2H5OCH3CH3CH3CH3CH3CH3C2H5C2H5

HaHb不等價HaHb等價HaHb等價HaHb等價HaHb不等價HaHb不等價與溫度有關，溫度高，HaHb等價溫度低，HaHb不等價第27頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月*3一取代苯的情況分析（峰的情況與取代基有關）一組峰多重峰三組峰*4環(huán)己烷的情況分析某些條件下十