有机波普

1、影响紫外吸收光谱的因素

影响有机化合物紫外吸收光谱的因素有内因(分子内的共轭效应、位阻效应、助色效应等)和外因(溶剂的极性、酸碱性等溶剂效应)。由于受到溶剂极性和酸碱性等的影响,将使这些溶质的吸收峰的波长、强度以及形状发生不同程度的变化。这是因为溶剂分子和溶质分子间可能形成氢键,或极性溶剂分子的偶极使溶质分子的极性增强,因而在极性溶剂中π→π * 跃迁所需能量减小,吸收波长红移(向长波长方向移动);而在极性溶剂中, n→π * 跃迁所需能量增大,吸收波长兰移(向短波长方向移动)。 极性溶剂不仅影响溶质吸收波长的位移,而且还影响吸收峰吸收强度和它的形状,如苯酚的B吸收带,在不同极性溶剂中,其强度和形状均受到影响、在非极性溶剂正庚烷中,可清晰看到苯酚B吸收带的精细结构,但在极性溶剂乙醇中,苯酚B吸收带的精细结构消失,仅存在一个宽的吸收峰,而且其吸收强度也明显减弱。在许多芳香烃化合物中均有此现象,由于有机化合物在极性溶剂中存在溶剂效应,所以在记录紫外吸收光谱时,应注明所用的溶剂。

2、影响红外吸收光谱的因素

(1) 化学键的强度

一般地说化学键越强,则力常数K越大,红外吸收频率 越大。如碳碳三键,双键和单键的伸缩振动吸收频率随键强度的减弱而减小。 伸缩振动频率

2150 1715 1200

(2) 诱导效应

诱导效应可以改变吸收频率。如羰基连有拉电子基团可增强碳氧双键,加大C=O键的力常数K,使C=O吸收向高频方向移动。 C=O 伸缩振动频率( ) 1715 1815 ~ 1785

(3) 共轭效应

共轭效应常使双键的极性增强,双键性降低,减弱键的强度使吸收向低频方向移动。例如羰基与α、β不饱和双键共轭,从而削弱了碳氧双键,使羰基伸缩振动吸收频率向低波数位移。 C=O伸缩振动频率(

) 1715 1685 ~ 1670

(4)成键碳原子的杂化状态

一般化学键的原子轨道s成分越多,化学键力常数K越大,吸收频率越高。 sp sp2 sp3

伸缩振动频率(

) 3300 3100 2900

(5)键张力的影响

主要是环状化合物环的大小不同影响键的力常数,使环内或环上基团的振动频率发生变化。具体变化在不同体系也有不同。 例如: 环丙烷的C-H伸缩频率在3030 cm-1,而开链烷烃的C-H伸缩频率在3000 cm-1以下。

(6)氢键的影响

氢键的形成使电子云密度平均化,从而使伸缩振动频率降低。形成氢键后基团的伸缩频率都会下降。游离羧酸的C=O键频率出现在1760 cm-1 左右,在固体或液体中,由于羧酸形成二聚体, C=O键频率出现在1700 cm-1 。 分子内氢键不受浓度影响,分子间氢键受浓度影响较大。 例如:乙醇的自由羟基的伸缩振动频率是3640 cm-1,而其缔合物的振动频率是3350 cm-1。形成氢键还使伸缩振动谱带变宽。

(7)振动的耦合

若分子内的两个基团位置很近,振动频率也相近,就可能发生振动耦合,使谱带分成两个,在原谱带高频和低频一侧各出现一个谱带。例如乙酸酐的两个羰基间隔一个氧原子,它

们发生耦合。羰基的频率分裂为1818和1750 cm-1。(预期如果没有耦合其羰基振动将出现在约1760 cm-1)。弯曲振动也能发生耦合。

(8)物态变化的影响

通常同种物质气态的特征频率较高,液态和固态较低。如丙酮vC=O(气)=1738 cm-1, vC=O(液)=1715 cm-1。溶剂也会影响吸收频率。

3、影响核磁共振氢谱的因素

影响化学位移的因素

在化合物中,质子不是孤立存在的,其周围还连着其他的原子和基团,它们彼此会相互作用,从而影响质子周围的电子云密度,使吸收峰向左或向右移动。影响化学位移的因素很多,主要有诱导效应、各向异性效应、范德华效应、溶剂效应和氢键效应等。

(1) 诱导效应

电负性取代基降低氢核外围电子云密度,其共振吸收向低场位移,值增大。 值得注意的是,诱导效应是通过成键电子传递的,随着与电负性取代基距离的增大,诱导效应的影响逐渐减弱,通常相隔3个以上碳的影响可以忽略不计。例如: CH3Br CH3CH2Br CH3CH2CH2Br CH3(CH2)2CH2Br (ppm): 2.68 1.65 1.94 0.9

(2) 共轭效应

苯环上的氢被推电子基(如CH3O)取代,由于p-共轭,使苯环的电子云密度增大,值高场位移。拉电子基(如C=O,NO2)取代,由于-共轭,使苯环的电子云密度降低,值低场位移。与碳-碳双键相连时有类似的影响。

(3) 各向异性效应

分子中氢核与某一功能基的空间关系会影响其化学位移值,这种影响称各向异性。如果这种影响仅与功能基的键型有关,则称为化学键的各向异性。是由于成键电子的电子云分布不均匀性导致在外磁场中所产生的感应磁场的不均匀性引起的。 叁键:炔氢与烯氢相比, 值应处于较低场,但事实相反。这是因为电子云以圆柱形分布,构成简状电子云,绕碳-碳键而成环流。产生的感生磁场沿键轴方向为屏蔽区,炔氢正好位于屏蔽区。乙炔: 1.80 ppm。 双键:电子云分布于成键平面的上、下方,平面内为去屏蔽区。与烯碳相连的氢位于成键的平面内(处于去屏蔽区),较炔氢低场位移。乙烯:5.25 ppm。 芳环体系:随着共轭体系的增大,环电流效应增强,即环平面上、下的屏蔽效应增强,环平面上的去屏蔽效应增强。苯氢较烯氢位于更低场(7.27ppm)。 单键:碳-碳单键的电子产生的各向异性较小。随着CH3中氢被碳取代,去屏蔽效应增大。所以CH3-,-CH2-,-CH中质子的值依次增大。

(4) van der Waals效应 (5) 氢键

形成氢键,质子受屏蔽作用小,在较低场发生共振。包括分子间、分子内氢键,受浓度、温度等因素的影响。

(6) 质子交换

活泼氢的交换速度:OH NH SH 现象:(1) 与邻近质子不发生自旋偶合裂分 (2) 用重水作溶剂时,不再显示吸收峰。

(7) 溶剂效应

由于采用不同的溶剂,某些质子的化学位移发生变化,这种现象称为溶剂效应。溶剂效应的产生往往是由溶剂的磁各向异性效应或溶剂与被测样品分子间的氢键效应产生的。一般化合物在CCl4或CDCl3中测得的NMR谱重复性较好,在其它溶剂中测试,值会稍有所改变,有时改变较大。这是溶剂与溶质间相互作用的结果。

4、芳烃、烷烃的质谱裂解反应

烷烃 烷烃倾向于从M+逐步发生M—14(相当于失去相邻的CH2)生成同系列的峰。

支链烷烃的母峰强度变小,同时具有M—15(甲基)和M—29(乙基)支链的裂片。支链的位置可由裂片的性质得到解释。

芳烃 取代苯可以裂解生成离子(m/z91)裂片,还可进一步失去烯烃生成环戊二烯正离子(m/z65)。 O

CH3

m/z65m/z77m/z91 m/z122烷基侧链上如有γ—H时,可发生McLafferty重排:

O+CH2HOCH2m/z92 m/z122烷基苯胺中氮原子可有效地使正离子稳定化。

HNCHHN+CH3CH3

邻位取代芳香化合物可发生:

OOCOCH3C+CH2HCH3OHm/z1185、醇类、酚类的质谱裂解反应

(1)脂肪醇 主要裂解类型是单纯裂解,引起脱水的重排和碎片离子的重排。

脂肪族醇的单纯裂解,可以用下面的式子来表示,其中R为氢或烷基。

R2

OHCOHm/z(31+n*14)RCR2

下面是伯、仲、叔醇的几个实例,从中可见大的取代基较容易发生裂解,尤以伯醇最明显。

伯醇

CH3CH2CH2CH 仲醇

CH3CH2Cm/z 73CH3CHm/z 59(19%)OHCH3OHCH3CH2CH2CH2OHCH3CH2HCH3COH-C3H72HCOHOH-H-CH3-C2H5CH3CHOHm/z 45(100%)H3CCH3C叔醇

H3C- CH3H3CCH3COHm/z59(100%)(2)脂环醇

OHHHOHOH-H2Om/z82-H或m/z82OH在环己醇中m/z57的生成,有两个过程,即一个是脱离C3H7·,另一个是脱离

CH3·和

CH2=CH2。脱水

OHCH3-C3H7OH-(CH2=CH2)-CH3OHH的位置是1,3和

m/z99(M-1)(3)酚和芳香醇

O H H H H-CO

H 酚的分子离子峰很大,碎片离M-28Mm/z571,4,而不是1,

2位。

子峰中最重要的是M+-CO的峰,而M-29的峰较小。

-CHO-Hm/z65M-29

6、醛酮、羧酸的质谱裂解反应

酮的重排 在这个过程中会发生氢或烷基的重排:

O酮的开裂H2O R' C C R H CH 33C H3COR R'O酮的开裂 R' C CH R

-RHCO HCO

R3-CH

R2H3CCH3OCH3CCH3CCH3O(CH3)3CCCH3酮的开裂醛 脂肪族醛有两个主要的裂解类型,即单纯裂解和McLafferty重排。

RCOH-HRCO-CORHOCHR3-CHCHROHCHRCHR2-CHCHR1R-CHO-( CHO)R

酯和羧酸 酯容易产生R1-CO+,而酸容易产生HO-CO+。

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