波谱分析教案.docx
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波谱分析教案
《波谱剖析》教课设计
一、序言
《波谱剖析》是应用四种谱学方法（紫外光谱、红外光谱、核磁共振波谱和质谱）研究
和判定有机化合物结构有关知识的一门课程。
本课程要修业生掌握四种谱学的基本操作技术，应用供给的信息与化合物结构的对应关
系进行相应的结构分析和信号归属。
熟习化合物结构分析的一般方法和程序。
认识光谱学发
展的最新动向和技术。
理论课讲课32学时。
二、教课目标
1.掌握四种谱学的基本操作技术，应用供给的信息与化合物结构的对应关系进行相应的结构
分析和信号归属。
2.熟习化合物结构分析的一般方法和程序。
3.认识光谱学发展的最新动向和技术。
三、教课要点和难点
1.教课要点
（1）.红外、紫外光谱的分析方法。
（2）.质谱的分析方法。
（3）.1H-NMR、13C-NMR的分析方法。
2.教课难点
（1）.四种谱学的原理和规律。
（2）.四种光谱学的综合分析。
四、教课方法与手段
1.教课方法
能采纳启迪式，讲话式、议论式等一些先进教课方法。
并能采纳灵巧多样的方式教课，着重
创新能力培育。
所有课程实现了多媒体教课。
2.教课手段
采纳多媒体、板书等协助教课手段。
第一章绪论（2学时）
四大谱在有机化学发展中的作用及其发展的新趋向、光的特征、分子汲取光谱和分子发
光光谱、汲取光谱的强度
一.基本要求
（1）认识光的波粒二向性、分子汲取光谱和分子发光光谱的基本观点
（2）掌握汲取光谱的原理及强度影响要素
二.要点、难点
要点：
汲取光谱的原理强度影响要素难点：
影响汲取光谱强度要素
三、教课内容
1.《波谱分析》课程的主要内容有哪些
紫外-可见光谱是一种电子汲取光谱，它丈量的是分子中电子从基态向激发态跃迁的能量和
概率。
一般有机药物分子中典型的电子跃迁都是从最高占用轨道或非键轨道向最低未占轨道
的跃迁，特别对一些共轭系统，可获取有关的结构信息。
红外光谱源于分子内基团的振动汲取，能够供给有机分子结构以及对称性的大批信息。
一些
功能基的振动汲取总在确立的波数区间出现其特色汲取，而不会因含该功能基的分子变化而
变化（如：
羰基红外汲取总在1715cm-1左右出现）。
所以红外光谱特别合用于分子中功能
基的判定。
核磁共振谱常用氢谱和碳谱，当前为有机分子结构分析的最常用有力手段。
经过化学位移值、
裂分状况和巧合常数的剖析获取分子中原子之间的连结方式以及相对的空间地点。
在好多情
况下采纳不一样的NMR方法组合基本能够解决结构的分析问题。
质谱在气相条件下被电子轰击后，可产生疏子离子以及碎片离子，能够获取分子量、分子组
成的信息。
经过对碎片裂解方式的分析能够对分子结构进行确证。
NMR和MS相联合，基
本能够解决大多半的分子结构的分析，是当前应用最多的两种谱学方法。
2.为何要学习《波谱分析》课程
依据此刻化学研究的指导原则，凡是合成、半合成药物或许是由天然产物中提取的单体或组
分中的主要组分，都一定确证其化学结构。
确证结构的方法，除延用经典的理化剖析和元素剖析（若使用高分辨质谱则可免做元素剖析）
方法外，还要有当前国内外广泛使用的红外、紫外、核磁和质谱，必需时还应增添其余方法，
如圆二色散（CD）、X光衍射（粉末、单晶）、热剖析等。
3.《波谱分析》课程基本要求
认识波谱剖析与经典有机结构剖析的差异；
认识四大波谱的基根源理，会初步应用四大谱学技术分析典型有机化合物的分子结构；
熟习常有基团的特色频次和不一样环境下氢和碳的化学位移与巧合规律等；
熟习常有有机化合物的质谱裂解规律；
掌握应用四大波谱进行结构分析的基本程序；
较娴熟地掌握谱学特色与分子结构的关系。
4.发展历史
20世纪30年月发展了紫外光谱，
40年月发展的红外光谱，
50年月发展的核磁共振谱和质谱。
称为“四大波谱”
5.电磁辐射对应的能级跃迁和波谱技术
（1）分子的电子光谱
（2）分子的振动光谱（3）分子的转动光谱
（4）.磁共振谱
（5）.有机质谱（MS）
第二章紫外光谱（4学时）
原子或分子的能量构成与分子轨道、紫外光谱与电子跃迁、紫外光谱的λmax及其主要
影响要素以及芬芳化合物的紫外光谱特色、推测不饱和化合物λmax峰位的经验规则、共轭
系统的λmax的计算方法、紫外光谱在有机化合物结构研究中的应用。
一.基本要求
（1）认识电子跃迁种类、发色团种类及其与紫外汲取峰波长的关系，认识紫外光谱的λmax
及其主要影响要素
（2）掌握共轭烯烃最大汲取峰波长的计算规则（Woodward规则）
（3）认识紫外光谱在有机化合物结构剖析中的应用
二.要点、难点
要点：
紫外光谱的λmax及其主要影响要素、共轭烯烃最大汲取峰波长的计算规则
（Woodward规则）
难点：
共轭烯烃最大汲取峰波长的计算规则（Woodward规则）
三.教课内容
1.紫外光谱的定义
2.对结构分析供给的信息；
.电子跃迁的种类及能量
（1）.σ→σ*跃σ迁轨：
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
汲取短波长的紫外线，一般其汲取发生在低于150nm的远紫外区。
（2）.π→π*跃迁：
双键或叁键π中轨道的电子跃迁到π*。
能量较σ→σ*跃迁的小，孤立双
键或叁键汲取一般在小于200nm的紫外区。
比如，乙烯在165nm处有汲取。
（3）.n→π*跃迁：
在-CO-、-CHO、-COOH、-CONH2、-CN等基团中，不饱和键一端直
接与拥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，汲取强度弱，但对
有机化合物结构剖析很实用，比如饱和酮在280nm出现的汲取就是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，汲取多小于200nm的紫外区。
不一样种类化合物产生的电子跃迁种类
（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.紫外汲取光谱常用术语
（1）.同意跃迁/禁阻缺欠
（2）.发色团
（3）.助色团
（4）.红移（长移）
（5）.蓝（紫）移
（6）.添色效应和减色效应
4.影响紫外汲取光谱的主要要素
（1）.共轭效应——延伸共轭系统（π-π、p-π、超共轭），红移。
①.π－π共轭：
使π→π*、n→π*跃迁峰红移，共轭双键数量越多，汲取峰红移越显着。
②.p-π共轭：
系统越大，助色基团的助色效应越强，汲取带越向长波方向挪动
③.超共轭效应（δ-π超共轭）：
烷基代替双键碳上的氢此后，经过烷基的C—H键和π系统
电子云重叠惹起的共轭作用，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堵，则致使共轭程度降低,汲取峰位紫移。
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，汲取强度也较大。
③.跨环效应：
在环状系统，分子中两个非共轭生色团处于必定的空间地点，产生的光谱，既非两个生色团的加合，亦不一样于两者共轭的光谱。
（3）.溶剂效应
①.溶剂极性的改变对汲取峰地点和强度都有影响。
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）.确立未知化合物能否含有与某一已知化合物相同的共轭系统。
（3）.能够确立未知结构中的共轭结构单元。
（4）.确立构型或构象
（5）.测定互变异构现象
6.剖析紫外光谱的几个经验规律
（1）.在200~800nm区间无汲取峰，结构无共轭双键。
（2）.220~250nm
，强汲取（max在104~2104
之间），有共轭不饱和键（共轭二烯，
-不饱
和醛、酮）
（3）.250~290nm
，中等强度汲取（max1000~10000）
，往常有芬芳结构。
（4）.250~350nm
，中低强度汲取（10~100）
，且200nm以上无其余汲取，则含有带孤对
电子的未共轭的发色团。
（羰基或共轭羰基）
（5）.有多个汲取峰，有的在可见区，则结构中可能有长链共轭系统或稠环芬芳发色团。
若有
颜色，则起码有
4~5个共轭的发色团。
（6）.利用溶剂效应、pH影响：
增添溶剂极性：
K带红移、R带紫移，max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（4学时）
分子的振动能级基频跃迁与峰位、分子的偶极矩与峰强、影响峰位与峰强的其余要素、
红外光谱的重要区段、特色谱带区、指纹区及有关峰的观点、红外光谱中的八个重要区段、
红外光谱在有机化合物结构剖析中的应用。
一.基本要求
（1）认识分子振动能级与红外光谱的关系
（2）认识汲取峰的地点与分子振动能级基频跃迁的关系
（3）掌握红外光谱分析的重要区段及主要官能团特色汲取频次
（4）认识红外光谱在有机化合物结构剖析中的应用
二.要点、难点
要点：
汲取峰的地点与分子振动能级基频跃迁的关系、红外光谱分析的重要区段及主要官能
团特色汲取频次
难点：
红外光谱分析的重要区段及主要官能团特色汲取频次
三.教课内容
1.基础知识
（1）.红外光谱：
惹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：
~2.5?
m，分子O-H、N-H、C-H键的振动倍频与组频。
②.中红外区：
4000~400cm-1~25?
m），大多半有机化合物的振动基频。
③.远红外区：
400~25cm-1（25~1000?
m），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
分子中键的振动频次：
分子的固有性质，它跟着化学键力常数（K）的增大而增添，同时也随
着原子折合质量（μ）的增添而降低。
2.多原子分子的振动图示
（1）.分子振动自由度
（2）.振动种类
①.伸缩振动（stretchingvibration），以表示
②.曲折振动（bendingvibration），也叫变角振动，以δ表示
（3）.振动图示
（4）.影响（减少）峰数的要素——峰数常常少于基本振动数量（振动自由度）
①.振动过程中分子无偶极矩变化，不惹起红外汲取。
②.频次完整相同的振动相互发生简并。
③.强宽峰常常覆盖与其频次邻近的弱而窄的汲取峰。
④.汲取峰有时落在中红外地区（4000~400cm-1）之外。
⑤.汲取强度太弱，致使没法测定。
3.影响IR汲取的要素
（1）.电子效应（electroniceffect）
①.引诱效应（inductiveeffect）
②.共轭效应（conjugativeeffect）
（2）.空间效应（stericeffect）
①.场效应（fieldeffect）
②.空间阻碍
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）.振动巧合效应（vibrationalcouplingeffect）
（6）.费米共振（Fermiresonance）
（7）.样品的物理状态的影响
（8）.溶剂等外面要素的影响
4.红外光谱的测定
样品的制备：
（1）.KBr压片
（2）.Nujol法
5.红外光谱的重要汲取区段
波长（μm）
波数（cm–1）
键的振动种类
①～
3750
～3000
OH,NH
②～
3300
～3000
C—H,
=CH，≡CH，Ar—H）（
很少量可到
2900cm
–1）
③～
3000
～2700
CH（—CH3,—CH2—，-CHO）
④～
2400
～2100
C≡C,C≡N,—C≡C—C≡C—
⑤～
1900
～1650
C═O（酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐
）
⑥～
1680
～1500
C═C（脂肪族及芬芳族C）,═N
⑦～
1475
～1300
δC—H（面内）,X—Y
⑧～
1000
～650
δC═CH—,Ar—H（面外）
6.红外光谱在结构分析中的应用
（1）.确立官能团
（2）.确立立体化学结构的构型
（3）.划分构象异构体
（4）.划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。
红外光谱为汲取光
谱，拉曼光谱为散射光谱。
红外汲取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。
极化率能够以为是分子中电子云形状受原子核影响的难易程度，所以拉曼谱带
强度取决于均衡前后电子云形状差其余大小。
关于拥有对称中心的分子，若振动与对称中心
有关，则红外光谱不行见，拉曼光谱可见；若振动与对称中心没关则红外光谱可见，拉曼光
谱不行见，两者能够互补。
红外光谱和Raman光谱是互相搭配的工具，在有机化学中的应
用日趋宽泛。
第四章核磁共振氢谱（6学时）
核磁共振谱的基本观点及基根源理、核磁共振仪器的基本结构、化学位移、化学位移与
分子结构的关系、自旋巧合及自旋裂分与分子结构的关系、核磁共振实验技术、简化氢核磁
共振谱的方法、核磁共振图谱分析及应用。
一.基本要求
（1）认识核磁共振的基根源理
（2）认识核磁共振的基本实验技术和常用的各样去偶方法
（3）掌握化学位移及影响化学位移的各样要素
（4）掌握各种化合物中质子的化学位移值及去耦谱中耦合常数的计算方法
二.要点、难点
要点：
化学位移及影响化学位移的各样要素、各种化合物中质子的化学位移值及去耦谱中耦合常数的计算方法
难点：
化学位移及影响化学位移的各样要素、各种化合物中质子的化学位移值及去耦谱中耦合常数的计算方法
三.教课内容
1.基根源理
核的自旋与核磁矩
核的自旋量子数（I）与质量数（A）及原子序数（Z）的关系
量数（A）原子序数（Z）
自旋量子数（I）
例
半整数
13C，1H，19F，31P，15N
奇数
奇数或偶数
（1/2,3/2,5/2,
17
35
Cl，
79
Br，
125
I
⋯）O，
偶数
偶数
零
12C，16O，32S
偶数
奇数
整数（1,2,3,⋯）
2H，14N
障蔽效
（核磁共振）
（1）.化学位移的定
（2）.常构型的子化学位移
Ar-H
C=CH
≡CH
RH
CH
CH2
CH3
～1
-COOH
-CHO
ArOH
ROH（RNH
2）
10～12
9～10
4～8
～5
（3）.化学位移的影响要素
①.性
②.磁各向异性
（4）.1H-NMR的分析程序
①.信号能否正常，如TMS、溶峰、分比率。
②.依据分算各信号的H数。
③.算各信号的化学位移、巧合常数。
④.按化学位移大小序列表，（nH,m,J=Hz）
⑤.依据化学位移判断氢核的种类;依据J值判断巧合关系。
⑥.加D2O，判断能否为开朗氢信号。
第五章核磁共振碳谱（2学时）
核磁共振碳谱的特色、核磁共振碳谱的去偶技术、碳谱的化学位移、核磁共振碳
谱的分析、二维核磁共振谱简介。
一.基本要求
（1）认识核磁共振碳谱的特色、核磁共振碳谱的去偶技术
（2）掌握核磁共振碳谱的化学位移及分析
二.要点、难点
要点：
核磁共振碳谱的化学位移及分析难点：
核磁共振碳谱的化学位移及分析三.教课内容
1.核磁共振（NMRspectroscopy）—碳谱（13C-NMR）
（1）.为结构分析供给的信息
化学位移（1～250）；分辨率高，谱线简单，可察看到不含质子基团；驰豫时间对碳谱是重
要参数，可辨别季碳，可给出化合物骨架信息。
弊端：
测定需要样品量多，测准时间长，而
汲取强度一般不代表碳原子个数，与种类有关。
（2）.常有一些基团的化学位移值
①.脂肪C:
<50
②.连杂原子C:
C-O,C-N,C-S:
50-100
③.C-OCH3:
55;
④.糖端基C:
95-105
⑤.芬芳碳,烯碳:
98-160
⑥.连氧芳碳:
140-165
⑦.C=O:
168-220
（3）.影响化学位移要素
①.碳的杂化方式：
sp3
②.碳核的电子云密度：
电子云密度，高场位移
③.代替基的引诱效应和数量：
代替基数量,影响，，引诱效应随相隔键的数量增添而减弱;随
代替基电负性，
④.效应（-γ旁式,-γgauch）效应：
较大基团对γ-位碳上的氢经过空间有一种挤压作用，使电
子云倾向碳原子，使碳化学位移向高场挪动，这类效应称为γ-效应。
此中γ-顺效应更强。
⑤.共轭效应：
与双键共轭,原双键端基C2，内侧C1，与羰基共轭,C=O的
⑥.分子内部作用：
分子内氢键使C=O的
（4）.代替基位移规律
①.甲基代替位移（C-methylationshift）
②.羟基代替位移（hydroxylationshift
③.甲氧基代替位移（O-methylationshift）
④.乙酰化位移（acetylationshift）
（5）.常有的13C-NMR谱的种类及二维谱
①.全氢去偶谱（COM）或噪音去偶谱（PND）或质子宽带去偶谱（BBD）
特色:
图谱简化,所有信号均呈单峰.
②.偏共振去偶谱（OFR）
特色:
因为部分保存1H的巧合影响,可辨别伯、仲、叔、季碳。
③.DEPT
谱
特色：
不一样种类
13C
信号呈单峰分别向上或向下
可辨别
CH3，CH2，CH，C.脉冲宽度
=135
°
CH3,CH,CH
2（常用）
=90
°
CH,=45
3,°CHCH2,CH,
季碳不出现
④.选择氢去偶谱（SPD）
选择性照耀特定氢核，分别除去有关碳信号，使峰简化，增高。
⑤.1H-1HCOSY（互相巧合的氢核给出交错峰）
⑥.NOESY（空间邻近的氢核的关系）
⑦.HMQC（13C-1HCOSY）13C,1H直接有关谱1JCH
⑧.HMBC（远程
13
1
HCOSY）
13
1
H远程有关谱
2CH
3
CH
C-
C,
J
J
第六章质谱（4学时）
质谱的基本知识、质谱中离子的主要种类、分子式确实定、离子的裂解过程、常有各种
有机化合物的质谱裂解特征、质谱图的分析。
一.基本要求
（1）认识质谱法的基根源理及不一样质量的阳离子在质谱中分其余原由
（2）认识质谱机的基本构成和主要性能指标
（3）掌握质谱中的离子种类，正确辨别分子离子并依据同位素峰确立分子式
（4）初步认
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