第六章色譜和光譜一、分離純化方法、色譜技術簡介二、質譜三、分子吸收光譜

3.1概述

3.2紫外吸收光譜

3.3紅外吸收光譜

3.4核磁共振光譜(化合物的純化和結構鑒定)一、分離純化與色譜技術

反應產物(混合物)

分離純化結構研究結構研究分離純化純產物確定產物結構純天然產物確定天然產物結構天然提取物Purification早期的純化方法:液體物質

——

蒸餾(distillation)和精餾(rectification)固體物質

——

重結晶(recrystalization)局限性:難以應用于半微量和微量物質的分離；蒸餾要求待分離組分有足夠大的沸點差；重結晶要求雜質含量不超過5%一、分離純化與色譜技術分析、純化方法的發展——

各種色譜技術：柱色譜（CC——columnchromatograph）薄層色譜（TLC——thinlayerchromatograph）離子交換色譜（IEC——ionexchangechromatograph）高效液相色譜（HPLC——highperformanceliquidchromatograph）氣相色譜（GC——gaschromatograph）優點：分析分離并用。簡單易行、分離效率高、處理量可小可大。一、分離純化與色譜技術色譜是利用不同化合物性質的不同（如溶解能力、吸附能力、親和能力等），從而在固定相與流動相之間的分配不同而進行分離、分析的。

根據流動相的物理狀態分為

液相色譜（LC）氣相色譜（GC）一、分離純化與色譜技術

根據物理化學作用分為吸附色譜分配色譜離子交換色譜凝膠滲透色譜親和色譜柱色譜紙色譜薄層色譜

根據實驗操作形式分為一、分離純化與色譜技術薄層色譜Thin-layerchromatography,TLC——

硅膠板——

展開劑——

顯色劑（或UV燈）——Rf=f2/f1一、分離純化與色譜技術9ThinlayerChromatography(TLC)柱色譜——ColumnChromatography11高效液相色譜——HPLC12凝膠電泳——Gelelectrophoresis有機化合物結構研究方法怎樣確定一個有機化合物的結構?早期的分析方法:液體物質

——

測沸點、折射率、旋光度;化學方法等固體物質

——

測熔點;化學轉化方法等局限性:物理量測定需要樣品量大；對于結構近似的異構體難以分析；化學方法分析結構操作較復雜，不易進行。有機化合物結構研究方法Example有機波譜法特點(1)樣品用量少，一般2~3mg（可<1mg)(2)除質譜外，無樣品消耗，可回收(3)省時，簡便(4)配合元素分析（或高分辨質譜），可準確確定化合物的分子式和結構有機化合物結構研究方法

元素分析——

元素組成質譜（MS）——

分子量及部分結構信息紫外—可見光譜（UV/Vis）——

共軛結構紅外光譜（IR）

——

官能團種類核磁共振波譜（NMR）

——C-H骨架及所處化學環境X-射線單晶衍射和粉末衍射——晶體結構信息二、質譜(MassSpectrometry)氣態分子在電子流轟擊或強電場作用下,丟失價電子生成分子離子,同時,化學鍵也發生某些規律裂解,生成各種碎片離子,這些帶正電荷的離子在電場和磁場作用下,按質荷比(m/e)的大小分開,排列成譜,記錄下來,即為質譜.Fragments++Radical.19質譜儀質譜圖樣式Propane(MW=44)質譜在確定結構中的應用（一）給出分子量,確定分子式（二）通過分子離子和碎片離子間的關系，結合化

合物質譜裂解規律，提供分子的部分結構信息。（三）驗證化合物結構的合理性ExampleExample電荷中心引發a游離基中心引發Exampleab2526蛋白質的質譜272002NobelPrizeinchemistry三、分子吸收光譜1).紫外(UV),紅外(IR),和核磁共振波譜(NMR)與質譜

(MS)不同，它們屬于分子吸收光譜。2).一定波長的光照射物質分子,如被物質分子吸收,則會引起物質內部分子、電子或原子核間運動狀態的變化，消耗一部分能量，其透過光的強度將減弱，透過光再通過棱鏡可得到一組不連續的光譜，即為吸收光譜。因此，吸收光譜是由物質吸收光能而產生，其本質是由于分子內部運動和光相互作用的結果。3.1概述

分子(內部)的運動：

——

電子運動——

電子能級

——

原子核間的相對振動——

振動能級

——

分子轉動——

轉動能級

——

原子核自旋運動——

核自旋能級

分子吸收電磁波的能量后,從較低能級躍遷到較高能級，產生的吸收光譜,統稱波譜。

分子結構以及所在微環境的的不同,躍遷能級差不同,吸收電磁波的能量不同,產生不同的吸收光譜。

不同波長的電磁波其能量不同。電磁波的能量與其頻率成正比,與其波長成反比.

△E=Ee–E0=hv=

h

c

/λ3.3核磁共振DE=rhHo/2p(其中：r為磁旋比，是原子核的特征屬性,h為普朗克常數,Ho是外加磁場的強度)當照射無線射頻的能量剛好等于上述能量差的時候，就可以引發核自旋能級的躍遷，產生一個共振吸收信號。因此有：DE=rhHo/2p=hn即n=rHo/2p3.3.1基本原理簡介n=rHo/2p如果這樣，每個氫核都在同一個位置產生核磁共振吸收信號，事實不是如此。

核外有電子，電子在外磁場作用下將產生一個抵抗外加磁場的感應磁場，從而使核實際感受的磁場小于外加磁場。電子對核的這種作用稱為屏蔽效應H有效

=H0-H感應

n實際=r（Ho-H感應）/2p3.3.2

化學位移相對于儀器的工作磁場強度，這種差異是十分微小的,實際測定時，在樣品中加入內標,以內標的核磁共振信號定為零點,記錄樣品中各種氫出現核磁共振的信號.化學位移定義:δ(ppm)=常用TMS(CH3)4Si作內標，因為其中的氫只有一個信號，且屏蔽作用強于一般的有機化合物———————X106ν樣

–ν標（Hz）ν儀（MHz）TMS，四甲基硅烷化學位移通過與參比確定NMR有機化合物1HNMR示例

左右屏蔽作用：小大（H感應大）化學位移：大小δ109876543210ppm

有機化合物1HNMR譜圖說明TMS低場——————————高場影響化學位移的因素1、誘導效應:化合物CH3X

CH3FCH3OHCH3ClCH3BrCH3I電負性

(X)

4.0(F)3.5(O)3.1(Cl)2.8(Br)2.5(I)δ(ppm)

4.263.403.052.682.16-CH30.9-CH2-1.3-CH-1.42、去屏蔽作用與π體系各向異向性:電負性：Csp>Csp2>Csp3實測化學位移δ:2~34.5~6.00.9~1.5

推測化學位移δ:

CoC-H>C=C-H>C-C-HPh-H,6~8.52、屏蔽作用與π體系各向異向性:氫質子化學位移基本規律1、飽和碳原子上的質子的d

值：叔氫>仲氫>伯氫2、d值：芳氫>烯氫>烷氫3、吸電子基團（N,O,X,NO2,CO等）使d

值變大。電負性越大，吸電子能力越強，d

值越大。3.3.3化學等價的判斷化學等價質子與化學不等價質子的判斷

——

可通過對稱操作或快速機制（如構象轉換）互換的質子是化學等價的。例1：CH3-O-CH36個等價質子,一組NMR信號化學等價的氫質子具有相同的NMR信號,化學不等價的氫質子具有不同的NMR信號.例2：(CH3)2CHCH(CH3)2

二組NMR信號例3：

CH3-CH2-Br二組NMR信號例4：CH3-CH2COO-CH3

三組NMR信號化學等價質子與化學不等價質子的判斷——

與手性碳原子相連的CH2

上的兩個質子是化學不等價的。等價不等價苯環上的不等價質子——

硝基苯的1HNMR譜圖當一組等價質子與另一組數目為n的等價質子鄰近時該組質子的1HNMR信號峰將裂分為

n+1

重峰其中每相鄰兩條譜線間的距離相等，距離即為偶合常數

——n+1規律如：CH3CH2CH36+1=7重峰

CH3CH2CH

32+1=3重峰3.3.4自旋裂分與偶合常數

CH3CHCl2附加磁場——相鄰質子核的影響CH3CHCl21/81/83/83/8機率峰強度比為1：3：3：1裂分峰的強度比＝(a+b)n展開后各項的系數比

自旋裂分與偶合常數

當一組等價質子鄰近有兩組等價質子（等價質子數目分別為n1

和n2

個）——則該組質子最多被裂分為：（n1+1）×（n2+1）重峰。如：CH3CH2CH2OH(3+1)×(2+1)=12重峰注:12重峰是最大可能,經常因重疊使譜線數減少。

自旋裂分與偶合常數

abcClCH2CH2CH2IHa(2+1)×(2+1)=9重峰質子間的自旋偶合一般是指相隔3個鍵的兩組質子間的偶合(3Jab)——

相鄰碳上氫的偶合同碳偶合

——

相同碳原子上的兩個不等價質子會發生同碳偶合

(geminalcoupling,2Jab)遠程偶合

——

相隔超過3個鍵的兩組質子間的偶合稱遠程偶合

(longdistancecoupling,4Jab)

——

通常是通過共軛體系相連的氫

自旋偶合

HaandHbwillspliteachother峰面積(peakarea)正比于等價質子的數目例1：乙醇CH3CH2OH

3組質子的積分曲線峰面積比為3：2：1例2：對二甲苯甲基與苯環質子的積分曲線峰面積比為3：23.3.5積分曲線

積分曲線(integrationline)20A.ClCH2C(Cl)(OCH2CH3)2B.Cl2CHCH(OCH2CH3)2C.CH3CH2