紫外光谱
红移:又称长移,由于化合物的结构改变,使吸收峰向长波方向移动。
蓝移:也称短移,当化合物的结构改变或受溶剂影响时吸收峰向短波方向移动。
生色团:分子结构中含有的不饱和基团。
助色团:指含有非键n电子的杂原子饱和基团,它们本身在近紫外和可见光范围内不发色,但当它们与生色团相连时,能使该生色团的吸收峰向长波方向移动,并使吸收强度增强。
电子跃迁:
σ→σ跃迁:允许跃迁,吸收强度强,ε≈10^4
n→π跃迁:禁阻跃迁,吸收强度很弱,ε<100,波长在200-400nm范围内。
产生条件:1).分子中有含杂原子的双键或三键(-C=O,-C=S,-C=N,-CN等).
2).杂原子上的孤电子对与碳原子上的π电子形成p-π共轭(CH2=CH-OCH3).
π→π跃迁
跃迁特点:1).允许跃迁,吸收强度强
2).孤立双键或三键的π→π跃迁大多在约200nm左右有吸收,ε>100003).共轭双键的π→π跃迁的吸收>200nm,ε>10000
n→σ跃迁
跃迁特点:1).含有氧,氮,硫,卤素(都具有未成键电子对)等的化合物都有n→σ引起的吸收.
2).含S,I,N(电负性较小)等化合物,n电子能级更高一些,λmax可能出现在近紫外区(220~250nm).
3).含F,Cl,O(电负性较大)等化合物,n电子能级较低,λmax可能出现在远紫外区.
吸收带类型:
R带:n→π跃迁所产生的吸收带,是由含杂原子的不饱和基团的跃迁所产生,有较长的波长(250nm)以上,吸收强度很弱,ε<100
2.K带:共轭双键的π→π跃迁所产生的吸收带,吸收峰在210-250nm,吸收强度大,
ε>10000
B带:苯环的π→π跃迁所产生的吸收带,B带是芳香族化合物的特征吸。一般出现在230-270nm之间,苯的B带在256nm,ε约在220左右。
E带:苯环中乙烯键π电子π→π跃迁所产生的吸收带。分为E1和E2两个吸收带,E1出现在184nm,ε约为60000;E2带出现在204nm,ε约为7900.当苯环上有生色团时,B带和K带均发生红移,此时E2衍生变为K带。
助色团,生色团对λmax的影响:
①两个不同生色团共轭时,吸收带越向长波方向移动。
②p-?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共轭体系中各生色团或助色团处于同一平面,才能有效的共轭,吸收带长移。
红外光谱
振动耦合:当两个相同基团在分子中靠得很近时,其相应的特征吸收峰常发生分裂,形成两个峰,这种现象叫振动偶合。
费米共振:当一个基团的基频与某一个振动频率的合频或倍频接近时,这两种振动也会发生作用,使峰形发生裂分,强度也加强。
虎克定律:
K:化学键的力常数,N·m-1
μ:化学键的折合质量,kg
m1、m2:化学键连结的两个原子核的质量,kg
峰位的影响因素:
A基本因素:化学键的力常数K和振动原子的质量M
B主要因素:
1.诱导效应(I效应):一些极性共价键,随着取代基电负性原子或基团通过静电诱导作用,引起分子中化学键的电子云分布变化,而改变力常数,从而引起键的振动谱带的位移。
2.共轭效应(C效应或M效应):共轭效应使共轭体系中电子云密度平均化,双键的键略变长,单键的键长略变短,从而改变力常数K。
空间效应:
①场效应(F效应):通常只有在立体结构上互相靠近的那些基团之间才能产生F效应。
②空间障碍:不利于共轭的因素会使双键的振动频率增加,反之,双键的振动频率则减小。
③环张力的影响:当环张力增加时,环内键强度削弱,环外键增强,故环内键的振动频率降低,环外键振动频率增加。
振动耦合和费米共振
氢键的影响:氢键的形成,使X-H(X=O、N等)键变长,键的力常数K减小,伸缩振动频率向低波数移动,且吸收强度变大,峰带变宽.
①分子内氢键:(与浓度无关)
②分子间氢键(与浓度有关):分子间氢键是否能够形成以及缔合程度有多大与该化合物的浓度有密切关系
振动形式:
伸缩振动ν:键长变化,键角不变化的振动
分为对称伸缩振动νs和反对称伸缩振动νas
弯曲振动σ:键长不变,键角变化的振动
分为面内弯曲振动(剪式振动σs和面内摇摆振动ρ)和面外弯曲振动(扭曲振动ζ和面外摇摆振动ω)
异丙基:(1385,1375cm-1,1:1),叔丁基:(1395,1370cm-1,1:2)
烯烃:R1CH=CHR2(反式)980~960cm-1(vs)
R1CH=CHR2(顺式)730~665cm-1(m,宽)
C≡C ,伸缩振动 ,2260~2100cm-1(m~w));
C≡N小于2200
苯环的骨架吸收振动峰为1600cm-1,1585cm-1,1500cm-1,1450cm-1
单取代在720-730,710-690;1,2-二取代在770-735:;1,4-二取代在860-800;1,3-二取代在900-860,810-750,720-680。
核磁共振氢谱
σ屏蔽常数:表示电子屏蔽效应的大小,其数值取决于核外电子云密度。
NOE(核的overhauser效应):当两个质子Ha和Hb在立体空间中的位置相近时,若照射Ha使其饱和,则Hb的强度增加,这种现象称为NOE。
磁的各向异性效应的定义:分子内电子产生的感生磁场在不同的分子部位具有不同的磁场强度和方向。
偶合常数j:多重峰中小峰间距,用来衡量两个核相互干扰的强度,单位赫兹(Hz)。
影响化学位移δ的因素:电负性影响,化学键的各向异性效应,vanderWaals效应,氢键效应,溶剂效应,质子交换对化学位移的影响。
核磁共振发生的基本条件:核有自旋(核磁性);外磁场(能级裂分);ν=γB/2π
符合n+1规律的谱图称为一级图谱。磁全同核之间的有偶合但没有裂分现象,谱线为单峰。
一级图谱的特点:Δδ/j远大于6;在同一个磁群里的H必须是磁全同的;符合n+1规律。
氢核引自旋偶合干扰裂分的小峰数目(N):N=2nI+1=n+1;氢核引自旋偶合干扰裂分的小峰相对面积或强度比,为(X+1)m展开后每项前的系数比。
若分子中一组相同原子(或相同基团)处于相同的化学环境,其化学位移相同,它们是化学等价的,这类核称为化学等价的核。
即化学环境相同,化学位移也相同,且对组外的核表现出相同偶合作用强度的核,相互之间虽有自旋偶合但不裂分,这类核称为磁等同的核。
磁等同的核一定是化学等价核;化学等价核不一定是磁等价核。
邻耦:二面夹角为180或0时,j最大。为90时,j最小。
DEPT谱,即无畸变的极化转增涨技术,是在脉冲Fourier变换核磁共振谱仪上实现的。
角度为90时,CH是最强峰,而CH2和CH3峰强近于0;角度为135时,CH3呈现正强峰,CH呈现正峰,CH2呈现负强峰。
COM,全氢去偶谱
质谱
一般质谱图上质荷比最大的峰为分子离子峰。
FAB-MS,快原子轰击质谱
ESI-MS,电喷雾电离质谱
EI-MS,电离轰击电离质谱
离子类型:分子离子(带正电荷),碎片离子,重排离子,单电荷离子和多电荷离子,准分子离子,同位素离子,亚稳离子(m/z一般不为整数)。
Mclafferty重排
1.前提条件:重键(C=Q)的存在;γ-H的存在。
2.裂解特点:①通过六元环过渡态迁移;
②母、子离子具有相同的质量奇偶性,这也是一般重排裂解的共同特征;
③除了六员环过渡态,还有四员环过渡态.这种裂解在有机质谱中很普遍.
N规律:不含氮或含偶数氮的化合物,其相对分子质量一定为偶数,含奇数氮的化合物相对分子质量一定为奇数。
质谱仪主要由真空系统、进样系统、离子源、质量分析器、离子检测器和数据系统组成。
m/z有31,59时表明可能存在甲酯,有51,77表明可能存在苯环。
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