有机化合物波谱解析教案Word格式.docx

有机化合物波谱解析教案Word格式.docx

《有机化合物波谱解析教案Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有机化合物波谱解析教案Word格式.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

并能采取灵活多样的方式教学，注重创新能力培养。

全部课程实现了多媒体教学。

2.教学手段

采用多媒体、幻灯、实物投影、分子模型模拟等辅助教学手段。

五、教学内容与要求

第一章紫外光谱（第1-2节）课时安排：

2学时

[基本内容]

介绍课程性质，阐述波谱分析课程，了解其功能和作用，介绍波谱中各种技术在有机化合物监测分析中的角色，充分阐述多谱技术的联合应用的功能和价值。

[基本要求]

熟悉：

波谱技术在有机化合物结构检测与分析，尤其是立体结构鉴定中的主要应用。

了解：

常规化学检测技术的特点，波谱技术的优缺点。

第二章紫外光谱（第3-6节）课时安排：

4学时

吸收光谱的基础知识。

紫外光谱的基本知识，与分子结构的关系，以及在结构研究中的应用。

掌握：

紫外-可见光谱与化合物结构间的相互关系，以及为结构鉴定提供的信息。

熟悉：

紫外光谱在解析中尤其是立体结构鉴定中的主要应用。

紫外-可见光谱分类和最新发展技术。

（一）、概述

1.化合物光谱解析的目的和意义

①.是药物化学的基本研究方法

②.是中药研究实现现代化的需要

③.我国原创新药发展的需要

④.学科交叉共同发展的需要

2.学习结构解析的方法和注意事项

①.熟悉结构解析的方法和原理

②.注意各光谱学方法的特点及注意事项

③.掌握各种常见化合物的光谱规律

④.学会总结和归纳不同类型化合物的光谱规律

⑤.学会模拟各类化合物的光谱图

⑥.勤学多练

（二）紫外光谱（ultravioletspectra）

1.紫外光谱的定义

2.对结构解析提供的信息；

2.1.电子跃迁的类型及能量

（1）.σ→σ*跃迁：

σ轨道上的电子由基态到激发态属于σ→σ*跃迁。

需要较高的能量，所以能吸收短波长的紫外线，一般其吸收发生在低于150nm的远紫外区。

（2）.π→π*跃迁：

双键或叁键中π轨道的电子跃迁到π*。

能量较σ→σ*跃迁的小，孤立双键或叁键吸收一般在小于200nm的紫外区。

例如，乙烯在165nm处有吸收。

（3）.n→π*跃迁：

在-CO-、-CHO、-COOH、-CONH2、-CN等基团中，不饱和键一端直接与具有未用电子对的杂原子相连，将产生n→π*跃迁。

所需能量最小，吸收强度弱，但对有机化合物结构分析很有用，例如饱和酮在280nm出现的吸收就是n→π*跃迁。

（4）.n→σ*跃迁：

含有未共用电子对的基团，如-OH、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-I等，未共用电子对将产生n→σ*跃迁，吸收多小于200nm的紫外区。

2.2不同类型化合物产生的电子跃迁类型

（1）.饱和烃类化合物

（2）.不饱和烃类化合物

（3）.含有杂原子的有机化合物

3.紫外吸收光谱常用术语

（1）.允许跃迁/禁阻缺欠

（2）.发色团

（3）.助色团

（4）.红移（长移）

（5）.蓝（紫）移

（6）.增色效应和减色效应

4.影响紫外吸收光谱的主要因素

（1）.共轭效应——延长共轭系统（π-π、p-π、超共轭），红移。

①.π－π共轭：

使π→π*、n→π*跃迁峰红移，共轭双键数目越多，吸收峰红移越显著。

②.p-π共轭：

体系越大，助色基团的助色效应越强，吸收带越向长波方向移动

③.超共轭效应（δ-π超共轭）：

烷基取代双键碳上的氢以后，通过烷基的C—H键和π体系电子云重叠引起的共轭作用，使π→π*跃迁红移，但影响较小。

（2）.立体效应

①.生色团之间、生色团与助色团之间空间过于拥挤，则导致共轭程度降低,吸收峰位紫移。

②.顺反异构：

因反式异构体空间位阻较小，能有效地共轭，则峰位位于长波端，吸收强度也较大。

③.跨环效应：

在环状体系，分子中两个非共轭生色团处于一定的空间位置，产生的光谱，既非两个生色团的加合，亦不同于二者共轭的光谱。

（3）.溶剂效应

①.溶剂极性的改变对吸收峰位置和强度都有影响。

π→π*跃迁：

溶剂极性的增大，长移。

n→π*跃迁：

溶剂极性的增大，短移。

②.酸性、碱性或两性物质时，溶剂的pH值对光谱的影响很大，

（4）.含杂原子的双键化合物

①.羰基化合物

②.硫羰基化合物

5.紫外光谱的应用

（1）.主要用于判断结构中的共轭系统、结构骨架（如香豆素、黄酮等）

（2）.确定未知化合物是否含有与某一已知化合物相同的共轭体系。

（3）.可以确定未知结构中的共轭结构单元。

（4）.确定构型或构象

（5）.测定互变异构现象

6.分析紫外光谱的几个经验规律

（1）.在200~800nm区间无吸收峰，结构无共轭双键。

（2）.220~250nm，强吸收（εmax在104~2⨯104之间），有共轭不饱和键（共轭二烯，α,β-不饱和醛、酮）

（3）.250~290nm，中等强度吸收（εmax1000~10000），通常有芳香结构。

（4）.250~350nm，中低强度吸收（ε10~100），且200nm以上无其他吸收，则含有带孤对电子的未共轭的发色团。

（羰基或共轭羰基）

（5）.有多个吸收峰，有的在可见区，则结构中可能有长链共轭体系或稠环芳香发色团。

如有颜色，则至少有4~5个共轭的发色团。

（6）.利用溶剂效应、pH影响：

增加溶剂极性：

K带红移、R带紫移，εmax变化大时，有互变异构体存在。

pH变化：

碱化后谱带红移，酸化后又恢复，则有酚羟基、烯醇存在；

酸化后谱带紫移，有芳胺存在。

第三章红外光谱（第7-14节）课时安排：

8学时

[基本内容]

红外光谱的基础知识、重要吸收区段和在结构解析中的应用。

红外光谱应用技术进展和拉曼光谱。

掌握：

红外光谱提供的信息与化合物结构间的相互关系以及重要吸收区段。

红外光谱在化合物结构平面解析和立体结构解析中的应用。

拉曼光谱和普通红外光谱的区别，红外光谱的最新发展技术。

（一）红外光谱（ultravioletspectra）

1.基础知识

（1）.红外光谱：

引起分子振动能级和转动能级的跃迁,所以又称振-转光谱。

①.近红外区：

0.8nm~2.5μm，分子O-H、N-H、C-H键的振动倍频与组频。

②.中红外区：

4000~400cm-1（2.5~25μm），大部分有机化合物的振动基频。

③.远红外区：

400~25cm-1（25~1000μm），分子的转动光谱以及重原子成键的振动等。

（2）.红外光谱原理

分子中键的振动频率：

分子的固有性质，它随着化学键力常数（K）的增大而增加，同时也随着原子折合质量（μ）的增加而降低。

2.多原子分子的振动图示

（1）.分子振动自由度

（2）.振动类型

①.伸缩振动（stretchingvibration），以ν表示

②.弯曲振动（bendingvibration），也叫变角振动，以δ表示

（3）.振动图示

（4）.影响（减少）峰数的因素——峰数往往少于基本振动数目（振动自由度）

①.振动过程中分子无偶极矩变化，不引起红外吸收。

②.频率完全相同的振动彼此发生简并。

③.强宽峰往往覆盖与其频率相近的弱而窄的吸收峰。

④.吸收峰有时落在中红外区域（4000~400cm-1）以外。

⑤.吸收强度太弱，以致无法测定。

3.影响IR吸收的因素

（1）.电子效应（electroniceffect）

①.诱导效应（inductiveeffect）

②.共轭效应（conjugativeeffect）

（2）.空间效应（stericeffect）

①.场效应（fieldeffect）

②.空间障碍

③.跨环效应（transannulareffect）

④.环张力

（3）.氢键效应（hydrogenbondeffect）

（4）.互变异构：

峰位移

（5）.振动偶合效应（vibrationalcouplingeffect）

（6）.费米共振（Fermiresonance）

（7）.样品的物理状态的影响

（8）.溶剂等外部因素的影响

4.红外光谱的测定

样品的制备：

（1）.KBr压片

（2）.Nujol法

5.红外光谱的重要吸收区段

波长（μm）

波数（cm–1）

键的振动类型

①2.7～3.3

3750～3000

νOH,νNH

②3.0～3.3

3300～3000

C—H,=CH，≡CH，Ar—H）（极少数可到2900cm–1）

③3.3～3.7

3000～2700

νCH（—CH3,—CH2—，-CHO）

④4.2～4.9

2400～2100

νC≡C,νC≡N,ν—C≡C—C≡C—

⑤5.3～6.1

1900～1650

νC═O（酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐）

⑥6.0～6.7

1680～1500

νC═C（脂肪族及芳香族）,νC═N

⑦6.8～7.7

1475～1300

δC—H（面内）,νX—Y

⑧10.0～15.4

1000～650

δC═C—H,Ar—H（面外）

6.红外光谱在结构解析中的应用

（1）.确定官能团

（2）.确定立体化学结构的构型

（3）.区分构象异构体

（4）.区分互变异构体与同分异构体

7.拉曼光谱（Ramanspectra）

红外光谱和拉曼光谱都是研究分子振动和转动能级跃迁的分子光谱。

红外光谱为吸收光谱，拉曼光谱为散射光谱。

红外吸收谱带强度正比于偶极矩的变化，而拉曼谱带强度取决于极化率变化。

极化率可以认为是分子中电子云形状受原子核影响的难易程度，因此拉曼谱带强度取决于平衡前后电子云形状差别的大小。

对于具有对称中心的分子，若振动与对称中心有关，则红外光谱不可见，拉曼光谱可见；

若振动与对称中心无关则红外光谱可见，拉曼光谱不可见，二者可以互补。

红外光谱和Raman光谱是相互搭配的工具，在有机化学中的应用日益广泛。

第四章核磁共振（第15-22节）课时安排8学时

核磁共振（NMR）基础知识。

氢核核磁共振和结构解析的程序。

碳核核磁共振和结构解析的程序。

1H-NMR和13C-NMR图谱的特征。

1H-1HCOSY、HMQC、HMBC、NOESY和DEPT等二维谱的解析方法等。

氢核核磁共振和碳核核磁共振在结构解析的一般程序和应用；

简单化合物的信号归属。

原子基团在1H-NMR和13C-NMR谱的大致峰位；

13C-NMR谱的类型以及在结构测定中的意义。

1H-NMR和13C-NMR在谱图测定中的注意事项以及最新发展测试技术；

1H-1HCOSY、HMQC、H