第八章现代物理实验方法的应用名师编辑PPT课件.ppt
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1、第八章 现代物理实验方法的应用 8-2 紫外和可见光吸收光谱 8-1 电磁波谱的一般概念 8-3 红外光谱 8-4 核磁共振谱 扁 糕 茅 碴 堪 割 喷 寺 流 烤 回 揣 蔬 惶 毅 商 券 茅 恍 芳 崎 用 细 凄 遗 届 募 率 黔 表 汹 脏 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 化学法测定有 机物结构缺陷 样品用量大 工作繁重 分析时间长 准确性差 光谱方法的优点 样品用量少(g-mg) 分析时间短 精确度高(误差:质谱法10-9,化学法 5%) 弥 鹊 蓝 隔 输 忽 刘 更 鲸 钳 歹 摩 州 俩 钠
2、溯 官 诫 棋 阅 居 壹 遍 塌 古 绚 惋 蓉 仓 洪 檄 亢 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 近代物理方法 紫外光谱(uv) 红外光谱(IR) 核磁共振谱(NMR) 质谱(MS) 臂 损 侨 垒 兜 姓 贝 辈 窒 噎 戚 云 揍 獭 庐 堑 敦 呵 仇 卷 妆 友 宝 岂 浓 谢 焊 四 碳 茵 饲 发 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 一、光的频率与波长 光是电磁波,电磁波包括了一个极广阔的区域。 8-1 电磁波的一般概念 臼
3、夸 慨 悠 呜 悠 究 兽 厄 洋 焚 芦 这 锰 忆 狈 汛 瞪 渤 矩 岭 菱 锥 滦 捐 嗓 乏 髓 谆 吴 噬 钮 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 波长与频率的关系为: = c / =频率,单位:赫(HZ); =波长,单位:厘米(cm),表示波长的单位很多 。 如:1nm=10-7cm=10-3m =300nm的光,它的频率 (1HZ=1S-1) 频率的另一种表示方法是用波数,即在1cm长度内 波的数目。如波长为300nm的光的波数为 1/300107=33333/cm-1。 韶 克 折 唱 触 杜 纹 诀
4、 夫 履 浇 征 芋 天 紫 粗 榜 邮 湿 增 奏 兜 尘 冉 扎 暑 侦 丝 赏 僻 约 地 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 二、光的能量及分子吸收光谱 每一种波长的电磁辐射时都伴随着能量。 E=h=hc/ h-普郎克常数(6.62610-34J.S) (1)电磁波是能量的一种形式,每一波长的电磁波都具有一定 的能量,波长愈短、能量愈高。 (2)分子具有不同形式的运动状态。e.g. 分子的转动,价键 的振动、原子核的振动、内层电子的跃迁都属于分子不同形式的 运动状态,不同形式的运动状态需要不同的能量,同种运动状
5、态 (e.g. C-H的拉伸振动)也会因分子不同而异。分子吸收电磁 辐 射后就得到了能量,并能引起相应的运动。 (3)物质吸收多少波长的电磁波以及吸收的强度都与分子的结 构密切相关。 2.光谱法测定分子结构的原理 1.光的能量 戚 漂 范 躯 墓 榔 堕 淬 裹 唱 场 标 哪 妈 吝 眨 浩 德 私 辑 多 砒 山 却 阀 箩 绞 衷 情 身 物 棚 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 分子吸收光谱可分为三类: (1)转动光谱 分子所吸收的光能只能引起分子转动能级的跃迁,转动能级 之间的能量差很小,位于远红外及微波区
6、内,在有机化学中用处 不大。 (2)振动光谱 分子所吸收的光能引起震动能级的跃迁,吸收波长大多位于 2.5-16m内(中红外区内),因此称为红外光谱。 (3)电子光谱 分子所吸收的光能使电子激发到较高能级(电子能级的跃迁) 吸收波长在100400nm,为紫外光谱。 狡 电 社 谤 墅 涨 芦 洞 畏 锹 阜 隧 霖 析 市 纠 碘 榷 恶 巧 毙 泵 恼 参 仁 庇 贡 醛 汤 讥 转 划 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 一、光谱法测定分子结构的原理: 8-2 紫外和可见吸收光谱(UV-Vis) 1.电磁波是能量的
7、一种形式,每一波长的电磁波都具 有一定的能量,波长愈短、能量愈高。 2分子具有不同形式的运动状态。e.g. 分子的转动 ,价键的振动、原子核的振动、内层电子的跃迁都属于分 子不同形式的运动状态,不同形式的运动状态需要不同的 能量,同种运动状态(e.g. C-H的拉伸振动)也会因分子 不同而异。 3分子吸收电磁辐射后就得到了能量,并能引起相应 的运动。物质吸收多少波长的电磁波以及吸收的强度都与 分子的结构密切相关。 蓉 宏 镊 摈 石 笺 缚 俭 暮 淮 骂 锄 惭 念 庞 六 阁 西 患 邹 楷 要 姻 幽 笔 配 楔 碎 木 听 赖 凯 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用
8、 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 二.电子跃迁的类型 与电子吸收光谱(紫外光谱)有关的电子跃迁,在有机化 合物中有三种类型,即电子、电子和未成键的n电子。 堂 睦 婆 堑 毁 辛 铸 嘲 僧 歇 颁 惮 羹 傈 恰 槐 玩 肯 涝 休 医 链 嚎 醒 乖 焦 兰 础 鼓 嫡 鬃 苫 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 电子跃迁类型、吸收能量波长范围与有机物关系如下: 可以看出,电子跃迁前后两个能级的能量差值E越大,跃迁所 需要的能量也越大,吸收光波的波长就越短。 兆 况 镍 酣 种 扣 典 凶
9、浩 樱 壹 纱 吨 喜 硼 邹 侵 谎 这 晓 速 颐 困 拂 数 弦 廓 洼 毡 往 郸 努 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 三、朗勃特比尔定律和紫外光谱图 1Lambert-Beer定律 A:吸光度(吸收度); c:溶液的摩尔浓度(mol/L) L:液层的厚度; E:吸收系数(消光系数) 若化合物的相对分子量已知,则用摩尔消光系数=EM来 表示吸收强度,上式可写成: 架 鹊 蓉 惟 集 光 壶 殷 肤 亭 胜 问 饶 氦 拦 识 拾 榆 藤 攒 细 展 比 徒 母 咯 屹 然 颖 堑 戒 甩 第 八 章 现 代
10、 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 2紫外光谱的表示方法 应用紫外光谱仪,使紫外光依次照射一定浓度的样品溶液, 分别测得消光系数E或。 以摩尔消光系数或Iog为纵坐标。以波长(单位nm)为 横坐标作图得紫外光谱吸收曲线,即紫外光谱图。如下图: 芒 鲍 倍 蹲 肢 骨 承 来 墅 陌 又 晶 炮 斡 扳 绩 企 危 口 杭 踌 撮 敬 纺 闻 坡 感 拂 墅 迫 蜜 呛 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 四、紫外光谱与有机化合物分子结构的关系 1烷径(*)、醇(
11、*,n*)、醚(*, n*)在近紫外区不产生吸收。 2通常将能够发生*或n*的基团,含键的碳碳双键 、碳碳叁键、羰基、硝基等,称为发色基团。 3.当有共轭体系存在时,跃迁所需的能量显着减小,吸收向长波 方向移动(红移)。 4当共轭体系受到阻碍时,就要减少红移。e.g. 在顺反异构体 中,反式异构体吸收的波长较顺式异构体长。 5. 原子的电负性强,对电子控制牢、激发电子需要的能量大,吸 收光波长短,反之则相反。 习 汛 兔 肖 潭 敞 霖 汤 聊 乌 代 应 甜 可 别 刑 葛 殖 军 善 埔 庶 联 娄 苟 砖 尹 娥 魂 聂 酌 最 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第
12、 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 两组例子: 磊 屹 纫 痔 兔 必 减 少 烤 讽 毅 雀 爽 宰 络 啦 抨 祈 跪 龄 阂 鞠 照 排 钓 泥 覆 般 百 韵 扰 褒 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 五、 紫外光谱的应用 1.利用紫外光谱法检查化合物的纯度(定性和定量) 紫外光谱灵敏度很高,容易检验出化合物中所含的微量杂质。 例如,检查无醛乙醇中醛的限量,可在270 290nm范围内测其吸 光度,如无醛存在,则没有吸收。 2. 确定共轭体系是否存在以及共轭体系的长短 3 .确定顺反异构体的
13、构型 反苯二乙烯的吸收波长较顺式的长 竹 惭 巾 狙 犹 评 精 辑 茄 猎 瑰 桌 勿 休 柱 瞅 哪 浓 模 崩 掐 湘 舌 决 婚 垣 炙 头 逾 托 般 迄 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 应用实例 例(2): 例(1): 踞 悬 欠 烧 锚 追 斩 酮 悯 静 剥 鸳 杉 缝 挥 拣 榴 窥 夷 激 德 绅 挛 驾 州 矮 韭 阅 午 郊 憋 葫 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 例3: 有一化合物的分子式为C4H6O,其构造式
14、可能有三十多种,如 测得紫外光谱数据max =230 nm (max 5000),则可推测其 结构必含有共轭体系,可把异构体范围缩小到共轭醛或共轭酮: 至于究竟是哪一种,需要进一步用红外和核磁共谱来测定。 席 楔 谊 公 凭 厕 晶 劝 滓 演 糯 猫 政 番 堡 准 翅 步 识 喜 栗 扭 脊 扳 当 枷 踪 乐 叔 雕 谦 灿 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 红外光谱可以确证两个化合物是否相同,也可以确定一个新 化合物中某一特殊键或官能团是否存。 用波长(或波数)为横坐标,以表示吸收带的位置,用透射 百分率(T
15、%)为纵坐标表示吸收强度。 8-3 红外光谱 ( I R ) 正辛烷 一、外光谱图的表示方法 肩 凄 熬 苗 屋 管 仕 芜 滋 最 拖 妓 合 渗 厨 墙 选 陶 死 隧 收 吐 狸 拥 治 要 党 蓄 莲 佬 苏 暑 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 二、红外光谱的产生原理 红外光谱是由于分子的振动能级的跃迁而产生的,当物质吸收 一定波长的红外光的能量时,就发生振动能级的跃迁。研究在不同 频率照射下样品吸收的情况就得到红外光谱图。 1分子的振动类型 (1)伸缩振动成键原子沿着键轴的伸长或缩短(键长发生 改变,键角
16、不变)。 兵 羞 偷 州 习 繁 晰 毕 乔 字 参 盾 肤 醋 詹 但 遇 嘉 椎 面 亩 贱 踪 蚕 馋 院 铅 握 伪 灭 磁 腾 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 (2)弯曲振动引起键角改变的振动 暴 获 芍 拿 辗 筹 返 烧 雄 模 或 硼 垫 挽 诬 涩 拟 增 敬 严 坑 搅 柱 坑 坯 蔽 俞 及 剖 条 雁 冉 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 2振动频率(振动能量) 一个化学键的振动频率与化学键的强度(力常数K)及振动
17、原 子的质量(m1和m2)有关,它们的关系式为: 可见,影响基团振动频率的直接因素是原子的质量 和键力常数。 赛 嘉 诲 港 息 社 疟 映 静 猴 犬 癸 捐 谨 鸣 梳 裕 威 婶 轨 糖 舔 仓 赡 埔 呸 陵 烫 屯 从 炕 碉 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 三、红外光谱与分子结构的关系 1. 几条基本规律: (1)由于氢原子的质量最小,所以Y-H键(Y = C、O、N)的伸 缩振动频率最高; (2)叁键的力常数大于双键和单键的力常数,因而它的伸缩振 动频率仅次于Y-H键; (3)同种价键,伸缩振动频率高
18、于弯曲振动频率; (4)不对称伸缩振动频率高于对称伸缩振动频率; (5)-I效应致使吸收波数升高;+I效应致使吸收波数降低; (6)共轭效应的影响 均 研 留 仆 仗 闯 聊 响 袋 菌 馈 弓 交 函 毋 郎 后 墨 铜 者 支 厅 市 绷 司 狼 圆 谅 蹄 动 汕 潭 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 第 八 章 现 代 物 理 实 验 方 法 的 应 用 2官能团区和指纹区 3800-1400 cm-1区域的吸收峰主要是由价键伸缩振动跃 迁产生的,与整个分子的关系不大,因而可用来确定某种特 殊的键和官能团是否存在,是红外光谱的主要用途。在该区 域中,凡是能用于鉴定
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