有機(jī)化學(xué)第八章現(xiàn)代物理實驗方法的應(yīng)用(已修改)
2025-01-27 23:25 本頁面
【正文】 第八章 現(xiàn)代物理實驗方法的應(yīng)用 主要內(nèi)容 三、紅外光譜 二、紫外和可見光吸收光譜 一、 緒論 四、核磁共振譜 重點與難點 （一） 重點 本章的重點主要是對紫外光譜、紅外光譜、核磁共振及質(zhì)譜的簡單原理及作用的理解。 （二） 難點 難點是在對基本原理加以理解的基礎(chǔ)上，能運用所學(xué)知識解釋一些簡單的譜圖。特別對譜圖的綜合運用尤為重要。 有機(jī)化合物的波譜分析是指在電磁波（光）的作用下，對有機(jī)分子的某種運動狀態(tài)的改變所產(chǎn)生的現(xiàn)象加以分析，用來測定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的一種分析方法。電磁波具有波粒二重性，是量子化的，不同波長的電磁波具有不同的能量。分子的某些運動也是量子化的，對應(yīng)于相應(yīng)的能量。例如，分子有轉(zhuǎn)動、鍵的振動、電子的躍遷等（所需要能量依次增加）運動方式，當(dāng)具有相應(yīng)能量的電磁波被分子吸收后，將會引起分子某種運動能級的躍遷，這些躍遷與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，對這些躍遷加以綜合分析后，就會推導(dǎo)出分子的結(jié)構(gòu)。 在有機(jī)分子結(jié)構(gòu)測定中常采用的現(xiàn)代物理實驗方法： ?紫外光譜 （ UV）又稱電子光譜 ?紅外光譜（ IR ）又稱振動光譜 ?核磁共振譜 (NMR) 1H NMR ； 13C NMR ； 19F NMR； 31P NMR ?質(zhì)譜（ MS ） 第一節(jié) 電磁波譜的一般概念 電磁波譜包括了一個極廣闊的區(qū)域。從波長只有千萬分之一納米的宇宙線到波長用米 ,甚至千米計的無線電波都包括在內(nèi)。 所有這些波都有相同的速度（ 3*1010cm/s），根據(jù)公式： ν ＝ c/λ ν :頻率，單位 Hz； λ ：波長，單位 cm； c：速度， 3＊ 1010cm/s 波長愈短，頻率愈高． 光波波長的單位很多，其換算關(guān)系為： 1nm=107cm=103μ m ： ⑴ 赫茲 （ Hz） 如波長為 300nm的光，它的頻率為： ν ＝ c/λ =(3*1010cm/s)/(300*107cm)=1015 s1 y射線 x射線 紫外 可見 紅外 微波 波長（微米） 105 16 200 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 ΔE＝獲得的能量； h＝ planck常數(shù)， * 頻率愈高，獲得的能量愈大。 ⑵ 波數(shù) 波數(shù)是在１ cm長度內(nèi)波的數(shù)目．如用波數(shù)表示，則在1cm內(nèi)波長為 300nm的光的波數(shù)為： 1／（ 300＊ 10－７ ）＝ 33333cm1 就是 300nm波長的光的波數(shù)為 33333cm1. 分子中有原子與電子。原子、電子都是運動著的物質(zhì)，都具有能量。在一定的條件下，整個分子有一定的運動狀態(tài)，具有一定的能量，即是電子運動、原子間的振動、分子轉(zhuǎn)動能量的總和。 E分子 =E電子 +E振動 +E轉(zhuǎn)動 （或 E總 =Ee +Ev +Er ） 當(dāng)分子吸收一個具有一定能量的光子時，分子就由較低的能級 E1躍遷到較高的能級 E2，被吸收光子的能量必須與分子躍遷前后的能級差恰好相等，否則不能被吸收，它們是量子化的。 Δ E分子 = E２ E１ = E光子 = hν 上述分子中這三種能級，以轉(zhuǎn)動能級差最?。s在 0、 05－ 10－４ev）分子的振動能差約在 1－ 0、 05ev之間，分子外層電子躍遷的能級差約為 20－ 1ev。 ⑴ 轉(zhuǎn)動光譜 在轉(zhuǎn)動光譜中，分子所吸收的光能只引起分子轉(zhuǎn)動能級的變化，即使分子從較低的轉(zhuǎn)動能級激發(fā)到較高的轉(zhuǎn)動能級。 轉(zhuǎn)動光譜是由彼此分開的譜線所組成的。 由于分子轉(zhuǎn)動能級之間的能量差很小，所以轉(zhuǎn)動光譜位于電磁波譜中長波部分，即在遠(yuǎn)紅外線及微波區(qū)域內(nèi)。 根據(jù)簡單分子的轉(zhuǎn)動光譜可以測定，鍵長和鍵角。 ⑵ 振動光譜 在振動光譜中分子所吸收的光能引起振動能級的變化。分子中振動能級之間能量要比同一振動能級中轉(zhuǎn)動能級之間能量差大 100倍左右。振動能級的變化常常伴隨轉(zhuǎn)動能級的變化，所以，振動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，使電子能級發(fā)生變化所需的能量約為使振動能級發(fā)生變化所需能量的 10100倍。 電子能級發(fā)生變化時常常同時發(fā)生振動和轉(zhuǎn)動能級的變化。因此從一個電子能級轉(zhuǎn)變到另一個電子能級時，產(chǎn)生的譜線不是一條，而是無數(shù)條。實際上觀測到的是一些互相重疊
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