光譜法在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用.doc

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1、光譜法在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用科研中，分離得到的天然有機(jī)物或經(jīng)化學(xué)反應(yīng)合成的新有機(jī)化合物，都需要測(cè)定它的分子結(jié)構(gòu)，因此，確定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)很自然變成了研究有機(jī)化學(xué)的首要任務(wù)。過(guò)去用化學(xué)方法測(cè)定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)非常繁雜、費(fèi)時(shí)的事情，甚至是很難完成的工作，因?yàn)橐b定的“未知物”需要通過(guò)多種化學(xué)反應(yīng)使它變成已知結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物才能推導(dǎo)出它的可能結(jié)構(gòu)。在把“未知物”變成“已知物”的過(guò)程中，往往發(fā)生結(jié)構(gòu)重排或某些出乎意料之外有反應(yīng)，容易得到錯(cuò)誤的結(jié)論。例如，對(duì)膽固醇結(jié)構(gòu)式的確定經(jīng)三、四十年（1889-1927）的

2、工作，獲得的結(jié)構(gòu)式，后經(jīng)X-射線(xiàn)衍射法證明還有某些錯(cuò)誤。????現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)方法可彌補(bǔ)化學(xué)方法的不足，物理實(shí)驗(yàn)方法可用微量樣品，如質(zhì)譜通常只用幾微克，甚至更少的樣品（10-10g）便可給出一張滿(mǎn)意的質(zhì)譜圖，在較短時(shí)間內(nèi)，正確的檢定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)方法已成為研究有機(jī)化學(xué)不可缺少的工具，應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)來(lái)確定分子結(jié)構(gòu)，已淪為輔助手段。???本章主要對(duì)紫外光譜（UltravioletSpectroscopy,簡(jiǎn)稱(chēng)UV）,紅外光譜(InfraredSpectroscopy,簡(jiǎn)稱(chēng)IR)，核磁共振譜(N

3、uclearMagneticResonanceSpectroscopy,簡(jiǎn)稱(chēng)NMR)和質(zhì)譜(MassSpectroscopy,簡(jiǎn)稱(chēng)MS)作一介紹。?16－1電磁波譜的一般概念???電磁波譜包括了一個(gè)極廣闊的區(qū)域。從波長(zhǎng)只有千萬(wàn)分之一納米的宇宙線(xiàn)到波長(zhǎng)用米,甚至千米計(jì)的無(wú)線(xiàn)電波都包括在內(nèi)。???所有這些波都有相同的速度（３*1010cm/s），根據(jù)公式：?16－1.1頻率：ν＝c/λν:頻率，單位Hz；λ：波長(zhǎng)，單位cm；c：速度，３＊１０10cm/s波長(zhǎng)愈短，頻率愈高。光波波長(zhǎng)的單位很多，其換算關(guān)系為：1

4、nm=10-7cm=10-3μm頻率的表示法：??⑴一種表示法為Hz,如波長(zhǎng)為３００nm的光，它的頻率為ν＝c/λ=(3×1010cm/s)/(300×10-7cm)=1015s-1??⑵一種表示法是用波數(shù)。就是在１cm長(zhǎng)度內(nèi)波的數(shù)目．如用波數(shù)表示，則在１cm內(nèi)波長(zhǎng)為300nm的光的波數(shù)為：１／（300×10－７）＝33333cm-1就是300nm波長(zhǎng)的光的波數(shù)為33333cm-1.?16－1.2?電磁輻射能電磁輻射是一種能量，當(dāng)分子吸收輻射，就獲得能量．獲得多少能量決定于輻射的頻率．△E＝hν????Δ

5、E＝獲得的能量；h＝planck常數(shù)，6.626*10-34J.S。頻率愈高，獲得的能量愈大。?16－1.3分子吸收光譜的分類(lèi)分子中有原子與電子。原子、電子都是運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)，都具有能量。在一定的條件下，整個(gè)分子有一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，具有一定的能量，即是電子運(yùn)動(dòng)、原子間的振動(dòng)、分子轉(zhuǎn)動(dòng)能量的總和。E分子＝E電子＋E振動(dòng)＋E轉(zhuǎn)動(dòng)（或E總＝Ee＋Ev＋Er）???當(dāng)分子吸收一個(gè)具有一定能量的光子時(shí)，分子就由較低的能級(jí)E1躍遷到較高的能級(jí)E2，被吸收光子的能量必須與分子躍遷前后的能級(jí)差恰好相等，否則不能被吸收，它們是

6、量子化的。ΔE分子＝E２－E１＝E光子＝hν　?上述分子中這三種能級(jí)，以轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)差最小（約在０．0５－１０－４ev）分子的振動(dòng)能差約在１－０．０５ev之間，分子外層電子躍遷的能級(jí)差約為２０－１ev。⑴轉(zhuǎn)動(dòng)光譜??在轉(zhuǎn)動(dòng)光譜中，分子所吸收的光能只引起分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化，即使分子從較低的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)激發(fā)到較高的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。??轉(zhuǎn)動(dòng)光譜是由彼此分開(kāi)的譜線(xiàn)所組成的。??由于分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間的能量差很小，所以轉(zhuǎn)動(dòng)光譜位于電磁波譜中長(zhǎng)波部分，即在遠(yuǎn)紅外線(xiàn)及微波區(qū)域內(nèi)。根據(jù)簡(jiǎn)單分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜可以測(cè)定，鍵長(zhǎng)和鍵角。⑵振動(dòng)光譜?

7、?在振動(dòng)光譜中分子所吸收的光能引起振動(dòng)能級(jí)的變化。分子中振動(dòng)能級(jí)之間能量要比同一振動(dòng)能級(jí)中轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間能量差大１００倍左右。振動(dòng)能級(jí)的變化常常伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化，所以，振動(dòng)光譜是由一些譜帶組成的，它們大多在紅外區(qū)域內(nèi)，因此，叫紅外光譜。⑶電子光譜??在電子光譜中分子所吸收的光能使電子激發(fā)到較高的電子能級(jí)，使電子能級(jí)發(fā)生變化所需的能量約為使振動(dòng)能級(jí)發(fā)生變化所需能量的10-100倍。??電子能級(jí)發(fā)生變化時(shí)常常同時(shí)發(fā)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化。因此從一個(gè)電子能級(jí)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)電子能級(jí)時(shí)，產(chǎn)生的譜線(xiàn)不是一條，而是無(wú)數(shù)條

8、。實(shí)際上觀測(cè)到的是一些互相重疊的譜帶。在一般情況下，也很難決定電子能級(jí)的變化究竟相當(dāng)于哪一個(gè)波長(zhǎng)，一般是把吸收帶中吸收強(qiáng)度最大的波長(zhǎng)λmax（最大吸收峰的波長(zhǎng)）表出，電子光譜在可見(jiàn)及紫外區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)?！　?16－2?紫外和可見(jiàn)光吸收光譜?16－2.1紫外光譜及其產(chǎn)生?1、紫外光的波長(zhǎng)范圍紫外光的波長(zhǎng)范圍為4-400nm。200-400為近紫外區(qū)，4-200nm為遠(yuǎn)紫外區(qū)。??由于波長(zhǎng)很短的紫外光會(huì)被空氣中氧和二氧化碳吸收，研究遠(yuǎn)