1、 1 的解释涉及相关的红外光谱吸收光谱中光谱一个未知的化合物与已知的吸收频率类型的债券。这个表将帮助用户更加熟悉的过程。重要的识别的源吸收带是强度(弱、中或强)、形状(广泛或尖),和位置(cm - 1)的光谱。2 核磁共振光谱法是一种强大的、理论上复杂的分析工具。重要的是要记住,核磁共振,我们正在进行实验的细胞核原子, 而不是电子。化学环境的特定核推导出关于核获得的信息。3 磁场在核不等于应用磁场;电子围绕原子核屏蔽应用领域。之间的差异和现场应用磁场在核称为核屏蔽。4 磁场所经历的质子是受各种结构性因素。因为磁场强度决定了自旋态的能量分离,因此无线电频率的共振, 结构性因素意味着不同类型的质子
2、将发生在不同的化学变化。5 紫外光谱(uv = 200 - 400 海里, 可见= 400 - 800 nm)对应于电子激发态能级之间的对应于分子轨道的系统。特别是,电子转换涉及 p 轨道和孤对(n =不成键)很重要, 所以紫外可见光谱法是大多数用于识别共轭系统往往有更强的 absorptions。6 最低的能源转型是最高占据之间的分子轨道(人类)和最低的空置的分子轨道(与) 在基态。电磁辐射的吸收电子的兴奋与和产生一种兴奋的状态。7 苯展品非常强烈的光吸收近 180 海里( 65000),较弱的吸收在 200海里(= 8000)和一群弱很多乐队在 254 海里(= 240)。只有最后一批ab
3、sorptions 完全显示由于 200 海里的最 spectrophotometers 截止特性。添加的接合在萘,蒽和丁省导致这些吸收乐队增色转变,显示在图表上的研究主题。所有的 absorptions 不转变相同的量 ,所以对于蒽(绿色阴影盒) 和丁省(蓝色阴影盒) 弱吸收是被更强的乐队, 经历了一个更大的红移。8 紫外线和 Visble 光谱也可以用来确定一个 chromaphore 化合物的浓度在一个混合使用啤酒兰伯特法律。9 光子在红外光谱的地区少得多的能量比光子在可见光或紫外线区域的电磁频谱。他们可以激发振动在分子。10 磁各向异性意味着有一个“非均匀磁场”。11 个质子,参与氢键
4、(这通常意味着-哦或者 nh)通常观察到在一个大范围的化学位移值。更氢键有越多,质子是 deshielded 和更高的它的化学位移将。12 1 h NMR 谱的乙醇显示了甲基峰分成三峰(一个三个一组)和亚甲基高峰已经分裂成四个山峰(四)。这是因为有一个小交互(耦合)两组间的质子。山峰之间的空隙的甲基三联体是等于之间的空隙的山峰亚甲基四方。这个间距以赫兹和被称为耦合常数,J。13 质谱是关注分离的事根据原子和分子质量。它是最常用于分析的有机化合物的分子质量到高达 200000 道尔顿,直到最近几年是主要限于相对挥发性化合物。14 积极的碎片,那是产生(阳离子和激进的阳离子)正在加速在真空中通过一
5、个磁场和排序质荷比的基础上。因为大量的离子产生的质谱仪携带一个单位正电荷,这个值 m / e 等于分子量的片段。质谱法分析的信息涉及到重新装配的碎片,工作向后生成原始的分子。15 在我们可以解释水平规模意味着, 我们需要解释这一事实,它有一个零点-在右边的规模的尽头。零是, 你会发现一个峰由于氢原子在四甲基硅烷通常被称为颅磁刺激。16 的输出显示了一个阴谋质谱仪的相对强度与质荷比(m / e)。最强烈的峰值在光谱中称为基峰和所有其它的是相对于它的强度的报道。山峰本身通常是非常尖锐,往往只是表现为垂直的线。17 分裂的过程是简单的和可预测的化学路径和离子形成将反映最稳定的阳离子和激进的阳离子的分
6、子会形成。最高的分子量峰光谱中观测到通常表示父分子,减去一个电子, 和被称为分子离子。一般来说, 小峰也发现于计算分子量由于天然同位素丰度 13 c,2 h,等等。18 大多数劈理在醛和酮是损失的侧链生成代替水合氢离子。这是一个非常有利的解理和这个离子往往代表基地在光谱峰值。甲基衍生品(CH3C O +)通常被称为“acylium 离子”。19 另一个常见的碎片中观察到的羰基化合物(和腈等)涉及驱逐中性乙烯粒子,这一过程称为麦克拉佛特重排, 下面所示的一般机制。20 整体旋转,我,是很重要的。量子力学告诉我们,一个原子核的自旋我将有 2 我+ 1 可能的方向。一个核与自旋 1/2 会有两个可能
7、的方向。在没有外部磁场,这些能量相等的方向。如果一个磁场应用,然后能级分裂。每个级别是给定一个磁量子数,m。21 因为这个领域经验丰富的质子定义了能源之间的区别两个自旋态,频率和因此化学位移,将改变取决于周围的电子密度质子。电负性组织附加到从系统减少电子密度在质子,和有更少的屏蔽(即 deshielding)所以化学位移增加。22 相近的其他“n”H 原子在邻近的碳原子,使信号被分成“n + 1”线。这也被称为多重性或分裂的每个信号。23 质谱: 样本分子电离的高能电子。荷质比的这些离子是非常准确地测量由静电加速度和磁场扰动,提供一个精确的分子量。离子碎片模式可能与结构的分子离子。24 紫外-
8、 可见光谱:吸收这种相对高能光线导致电子激发。这个方便的这部分地区(波长的 200 到 800 纳米) 显示了吸收只有共轭 电子系统存在。25 红外光谱学:吸收的能量更低辐射引起的振动和转动激发的原子群。在分子。因为他们的特性 absorptions 识别功能组轻松完成。26 核磁共振光谱学:吸收在低能射频部分频段的原因激发核自旋态。核磁共振光谱分析仪收看某些核(如。1 h,13 c,19 f 而且,如以下表中的数据显示, 甲基保税这样的元素显示低磁场信号( 他们是 deshielded)。这个 deshielding 效应的电子撤回组大致与他们的电负性,如左表。此外, 如果不止一个这样的团体
9、存在,deshielding 是添加剂(表在右边), 和质子磁共振是进一步转移在前场的。28 电子更可极化比 sigma 键电子, 作为亲电加成反应的试剂烯烃作证。因此,我们不应该惊讶地发现磁场感应 电子移动产生强大的二次字段,扰乱附近的核。这个 电子关联到一个苯环提供一个显著的例子,这一现象,如下所示。电子云的上面和下面的平面环循环反应了外磁场,以生成一个反对场的中心环和一个支持领域的边缘环。这种空间变化被称为各向异性,是很常见的 nonspherical 分布的电子 ,被发现在所有上面提到的功能。地区感应磁场支持或增加了外磁场是 deshielded,因为一个稍弱外磁场将带来共振为核等领域
10、。然而,地区感应磁场反对外部领域被称为屏蔽,因为增加应用领域需要共振。屏蔽地区指定一个加号,deshielded 地区由一个负号。29 岁的奇怪的电子碎片离子在 m / z = 86 和 58 人麦克拉佛特重排的结果,包括更大的烷基链, 并损失一些乙烯(“double-McLafferty“重排) 。alpha 解理导致 m / z = 99 和 43 个离子。电荷分布在两个碎片显然。30 一个宝贵的工具在有机结构决心和验证涉及到类的电磁辐射频率(EM)在 4000 年和 400 年之间 cm - 1(个波数还要高)。电磁辐射的类别称为红外辐射,并将其应用到有机化学称为红外光谱学。在这一地区的
11、辐射可用于有机结构决心利用这个事实,它吸收了原子间债券在有机化合物。化学键在不同的环境中会吸收不同强度和以不同的频率。因此红外光谱学包括收集信息和分析它的吸收光谱的形式的频率有absorptions 红外辐射(“山峰”或“信号”)可以直接相关债券在化合物的问题。31 原子和分子能吸收电磁辐射, 但只有在特定的能量(波长)。图 2 演示了不同能级之间的关系在一个分子。三组行对应于不同的电子构型。最低的能源、最稳定的电子构型是基态电子构型。某些能量在可见光和紫外线光谱波段会导致电子兴奋到更高的能源轨道;有些可能吸收转换指定的垂直的箭头。精力非常充沛的光子(紫外线对 x 射线区域的光谱)可能会导致一
12、个电子, 被逐出分子(电离)。光子在红外光谱的地区少得多的能量比光子在可见光或紫外线区域的电磁频谱。他们可以激发振动在分子。有许多可能的振动水平在每个电子态。振动能级之间的转换的垂直的箭头表明是左边的图。微波辐射是甚至更少的能量远比红外辐射。它不能激发电子的分子,也不能激发振动;它只会引起分子旋转。微波炉是调谐到频率导致水分子的旋转,和随之而来的摩擦导致加热的水中含有的物质。图 3 演示了这三种类型的分子反应辐射。31 3080芳香 absoprtion CH2760 年醛 CH1735 - C = O 吸收1615 年羰基共轭与芳环。1600 年和 1500 年的乐队的芳香环是可变的。141
13、4 年甲基弯曲振动带(1380 cm - 1)。820 年 ,在 2 相邻氢芳环。帕拉替换。这种化合物是 p 甲苯甲醛,4-methylbenzaldehyde。32。角动量的有关核自旋是量子化的。这意味着两级的角动量是量子化的(即 ,我只能承担有限范围的值 ),而且这也是 “定位”的相关的角动量是量子化的。相关的量子数是称为磁量子数,m,可以把值从+我-我在积分的步骤。因此对于任何给定的核,总共有 2 我+ 1 角动量州。33。细胞核的许多元素的同位素有一个特性旋(我)。一些核积分旋转(如。I = 1、2、3 .),一些有部分旋转(如。我= 1/2,3/2,5/2 .),和一些没有旋转,I
14、= 0(如。12 c,16 o,32 个年代,.)。同位素的特别兴趣和使用有机化学家是 1 h,13 c,19 f 和 31 p,所有这些我 = 1/2。自从这个自旋态分析是相当 straightforeward,我们讨论 NMR 将限于这些和其他我= 1/2 核。34。如果数量的中子和质子的数量都甚至, 那么核没有自旋。35。如果中子数,加上质子的数目是古怪的,那么核有半整数自旋(即。1/2,5/2 3/2,)36。如果数量的中子和质子的数量都是古怪的,那么核有一个整数自旋(即 1、 2、3)37。想象一个核(自旋 1/2)在一个磁场。这是在低能量的细胞核水平(即其磁矩并不反对应用领域)。细
15、胞核是在它的轴旋转。在存在的磁场,这转动轴将在磁场的质控;频率的旋进被称作拉莫尔频率,这是与过渡频率。38。通过前面的讨论和例子我们可以推断, 一个因素在质子磁共振化学位移差异是诱导效应。如果电子密度大约一个质子核相对较高,但由于电子运动感应磁场将强于如果电子密度相对较低。在如此高的屏蔽效应的电子密度情况下将因此更大、更高的外部字段(Bo)需要射频能量来激发核自旋。因为硅是比二氧化碳更少的电负性,电子密度对甲基氢在四甲基硅烷预计将大于电子密度对甲基氢在新戊烷(2、2 二甲基丙烷)、特色的谐振信号从硅烷衍生物确实躺在一个更高的磁场。这样的核是屏蔽。更多的电负性的元素比碳应该产生相反的效果(减少电
16、子密度);而且,如以下表中的数据显示, 甲基保税这样的元素显示低磁场信号( 他们是 deshielded)。这个 deshielding 效应的电子撤回组大致与他们的电负性,如左表。此外, 如果不止一个这样的团体存在,deshielding 是添加剂(表在右边), 和质子磁共振是进一步转移在前场的。39。 电子更可极化比 sigma 键电子, 作为亲电加成反应的试剂烯烃作证。因此,我们不应该惊讶地发现磁场感应 电子移动产生强大的二次字段,扰乱附近的核。这个 电子关联到一个苯环提供一个显著的例子,这一现象,如下所示。电子云的上面和下面的平面环循环反应了外磁场,以生成一个反对场的中心环和一个支持领
17、域的边缘环。这种空间变化被称为各向异性,是很常见的 nonspherical 分布的电子,被发现在所有上面提到的功能。地区感应磁场支持或增加了外磁场是 deshielded,因为一个稍弱外磁场将带来共振为核等领域。然而,地区感应磁场反对外部领域被称为屏蔽,因为增加应用领域需要共振。屏蔽地区指定一个加号,deshielded 地区由一个负号。40。移动自然的有机分子曾注意到这一章关于构象的同分异构体。我们现在必须认识到,除了灵巧的旋转的团体关于单一债券,分子经历各种各样的振动运动,其组成原子特性。因此, 几乎所有的有机化合物会吸收红外辐射能量相对应,这些振动。红外光谱仪,类似原则上紫外光谱仪描述在其他地方,允许化学家获得吸收光谱的化合物,是一种独特的反思自己的分子结构。这样的一个例子是一个光谱增味剂香兰素,如下所示。41。上面的分子振动方程描述了主要相关因素的影响拉伸频率的一个共价键两个原子之间分别 m1 和 m2 的质量。这个力常数(K) 是成正比的强度的共价键连接 m1 和 m2。在模拟的一个春天,它对应于 spring的刚度。例如,C = N 双键大约是两倍的一个 C N 单键,和 CN 三键是同样强于双键。红外拉伸频率的这些团体以同样的顺序不同,从 1100 cm - 1 为 C N,1660 cm - 1 C = N,2220 cm - 1 CN。
