波谱分析课件

波谱分析SpectrumAnalysis授课教师：羊晓东云南大学化学科学与工程学院学科基础课第一章绪论第二章紫外光谱第三章红外光谱第四章核磁共振（氢谱/碳谱）第五章质谱第六章多谱解析一、课程简介：

《有机波谱分析》是化学、应用化学及相关专业学生必修的学科基础课之一，学分为2，总周学时为36。本课程主要讲授内容包括：1.紫外光谱；2.红外光谱；3.核磁共振（氢谱和碳谱）；4.质谱；5.多谱综合解析。本课程重点介绍有机化合物的波谱与分子结构之间的关系，有机化合物的波谱信息在测定有机化合物结构方面的应用和意义，同时系统地讲授各种谱学的基本原理、仪器构造工作原理、样品处理实验方法及图谱解析应用等内容，使学生在学后能对科学研究和生产实际中常用的微观结构测定方法有一个较全面、系统的了解。第一章绪论波谱学技术是当代化学研究的重要手段，本课程是以国内外最新教材为主要参考书，并融入了本课程教师多年的教学与科研经验，教学过程中使用多媒体课件教学，基本理论、原理主要采用板书，同时兼有课堂讨论和课后辅导等多种教学手段相结合的方式。二、教学目的与基本要求：波谱学技术是当代化学研究的重要手段，自80年代以来，波谱学分析方法获得了相当大的进展。在有机化学、无机化学、生物化学领域中，许多原来只能定性描述的问题，经过波谱学分析获得了定量的结果。通过本课程的学习,要求学生掌握各类波谱学方法的基本知识,基本原理,基本的解析方法,理解仪器的构造和测量原理,掌握每一谱中各类有机化合物的波谱信息及影响因素，运用波谱信息，推导并阐明化合物的结构。在掌握每一谱各类有机化合物波谱信息的基础上，综合运用波谱信息，解决较复杂的结构问题,提高学生解决化学问题的能力。

三、本课程的意义

波谱法——从分子水平认识物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。过去，主要依靠化学方法进行有机化合物的结构测定,其缺点是：费时、费力、费钱，需要的样品量大。例如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究，直至1952年才完全阐明，历时147年。

而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其优点是：省时、省力、省钱、快速、准确，样品消耗量是微克级的，甚至更少。它不仅可以研究分子的结构，而且还能探索到分子间各种集聚态的结构构型和构象的状况，对人类所面临的生命科学、材料科学的发展，是极其重要的。半天，几个小时C17H19NO3

四、波谱学分析方法：

波谱分析法（SpecturmAnalysis）是由:

紫外光谱(ultravioletspectroscopy，缩写为UV)、

红外光谱(infraredspectroscopy，缩写为IR)、

核磁共振谱(nuclearmagneticresonance，缩写为NMR)

质谱(massspectroscopy，缩写为MS)

组成的用于鉴别有机化合物结构的分析方法。半个多世纪以来，由于量子力学、电子及光学技术、计算机科学的兴起和发展，波谱分析方法得到了迅速发展，并逐渐成为人类认识分子的最重要的手段之一。

四种波谱分析法：

紫外吸收光谱(UV)

是分子中最外层价电子在不同能级轨道上跃迁而产生的。

它反映了分子中价电子跃迁时的能量变化与化合物所含发色基团之间的关系。(共轭体系)

红外光谱(IR)

是一种分子振动—转动光谱，它是由分子的振动—转动能级间的跃迁而产生的。

它反映整个分子的特性，由IR谱图中显示的特征吸收谱带的位置，可以鉴别分子中所含有的特征官能团和化学键的类型。

核磁共振波谱(NMR)

的原理是分子中具有核磁矩的原子核在外加磁场中，通过射频电磁波的照射，吸收一定频率的电磁波能量，又低能量的能级跃迁到高能量的能级，并产生核磁共振信号。由NMR图谱可以确定相互作用的磁性核的数目、类型和相对位置等结构信息。（最重要）

质谱(MS)

分析法是用具有一定能量的电子流去轰击被分析物质的气态分子，使之电离成正离子，部分正离子会进一步碎裂成不同质核比的粒子，在外加电场和磁场作用下，按质量大小将它们逐一分离和检测。在质谱图上，由各碎片离子的质核比和其相对丰度，可推断被测物的分子结构，并确定其分子量、构成元素的种类和分子式。四大波谱分析法中，不属于吸收光谱的是

。A、UVB、IRC、NMRD、MS四种波谱分析法的比较：1、测定的灵敏度：

MS>UV>IR>1H-NMR>13C-NMR2、仪器的昂贵程度：

MS和NMR远比IR和UV昂贵，且随着仪器价格的升高也相应增加了维护费用。3、测定技能：

在常规分析中使用的UV、IR、简易的NMR比较简单，而精密的联用仪器如GC-MS、HPLC-MS等操作比较复杂。4、获取信息量的程度：

不仅要考虑获取信息的数量，还要考虑对获取信息的解析能力。综合起来比较，按下述顺序递降：NMR>MS>IR>UV1945年Purcell（哈佛大学）和Bloch（斯坦福大学）发现核磁共振现象，他们获得1952年Nobel物理奖。

1991年瑞士科学家R.R.Ernst教授因发明了傅里叶变换核磁共振分光法和对二维核磁共振谱（2D-NMR）的贡献而获得Nobel化学奖。

R.R.

Ernst，1933年生于瑞士，1962年他以物理化学中的核磁共振规律的博士论文获得苏黎世著名的瑞士联邦技术研究院的博士学位。1963年他加入瓦里安(Varian

Associates)公司从事傅立叶变换核磁共振的研究。

波谱学方面的代表性诺贝尔化学奖获奖者（TheNobelPrizeinChemistry

）

日本科学家田中耕一出生于日本，1983年获日本东北大学学士学位，现任职于京都市岛津制作所，为该公司研发工程师，他对化学的贡献类似于约翰·芬恩，得到了1／4的奖金。美国科学家约翰·芬恩1917年出生于美国，1940年获耶鲁大学化学博士学位，1994年起任弗吉尼亚联邦大学教授。他因为“发明了对生物大分子进行确认和结构分析的方法”和“发明了对生物大分子的质谱分析法”而获得2002年诺贝尔化学奖1／4的奖金。瑞士科学家库尔特·维特里希1938年生于瑞士，1964年获博士学位，从1980年起担任瑞士苏黎世联邦高等理工学校的分子生物物理学教授。他因“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”而获得2002年诺贝尔化学奖一半的奖金。2002年诺贝尔化学奖获得者表彰他们在不对称合成方面所取得的成绩，三位化学奖获得者的发现则为合成具有新特性的分子和物质开创了一个全新的研究领域。

“现在，像抗生素、消炎药和心脏病药物等，都是根据他们的研究成果制造出来的。”2001年－美国科学家威廉·诺尔斯日本科学家野依良治美国科学家巴里·夏普莱斯补充2005年－法国科学家伊夫·肖万美国科学家罗伯特·格拉布美国科学家理查德·施罗克在有机化学的烯烃复分解反应研究方面作出了贡献。烯烃复分解反应广泛用于生产药品和先进塑料等材料，使得生产效率更高，产品更稳定，而且产生的有害废物较少。

“这是重要基础科学造福于人类、社会和环境的例证。”补充2008年－美国科学家钱永健

美国科学家马丁·沙尔菲

美国科学家下村修

主要贡献是利用水母发出绿光的化学物来追查实验室内进行的生物反应。

“这一技术彻底改变了医学研究。研究人员第一次能在活体细胞和活生生的动物身上同时研究基因与蛋白。”补充2009年－英国万卡特拉曼·莱马克里斯南美国托马斯·施泰茨以色列阿达·尤纳斯研究核糖体的三维结构和功能展示了各种抗生素是如何阻断杀死细菌核糖体的过程。该研究为我们以后开发新药，与细菌进行无休无止的对抗提供了方法。补充TheNobelPrizeInChemistry2010有机合成过程中钯催化反应为纪念化学学科所取得的成就以及对人类文明的贡献，联合国将2011年定为“国际化学年”。

2011年适值居里夫人获诺贝尔化学奖100周年，也恰逢国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的前身国际化学会联盟(IACS)成立100周年。2008年底，联合国决议将2011年定为“国际化学年”。2017年诺贝尔化学奖颁给瑞士洛桑大学的雅克·杜波切特(JacquesDubochet),美国哥伦比亚大学的阿希姆·弗兰克(JoachimFrank)和英国剑桥大学的理查德·亨德森(RichardHenderson)，表彰他们发展了冷冻电子显微镜技术，以很高的分辨率确定了溶液里的生物分子的结构。一个发给了物理学家的诺贝尔化学奖，奖励他们帮助了生物学家。2019年诺贝尔化学奖授予得州大学奥斯汀分校约翰·古迪纳夫(JohnB.Goodenough)、纽约州立大学宾汉姆顿分校M·斯坦利·威廷汉(M.StanleyWhittingham)和日本化学家吉野彰(AkiraYoshino)，以表彰其在锂电池发展上所做的贡献，创造了一个可再充电的世界。分享900万瑞典克朗（约合人民币647万元）的奖金。E.Charpentier，法国生物化学家，就职于德国柏林马克斯·普朗克病原学研究室；J.A.Doudna，美国生物学家，加州大学伯克利分校。以表彰她们在“凭借开发基因组编辑方法”方面作出的贡献，两位获奖者将分享1000万瑞典克朗奖金（约合760万人民币）。2021年诺贝尔化学奖授予德国马克斯-普朗克煤研究所本杰明·李斯特（1968-）和美国普林斯顿大学戴维·麦克米伦（1968-），两位获奖者分享1000万瑞典克朗奖金（约合732万人民币）。以表彰他们在“对不对称有机催化的发展所作出的贡献”方面作出的贡献。在20世纪90年代分别开发了一种新型的催化技术。这种技术，即不对称有机催化，今天被广泛用于生产药物和其他化学制品。至关重要的是，两人开发的催化剂能够合成不同于其镜像的分子。

这也是20年后，“不对称催化”领域再次斩获诺奖殊荣。这两名科学家带来的全新化学合成工具，在新药开发和制造上有极为重要的应用价值，为全球病患带来了实实在在的改变。DavidMacMillanBenjaminList2022年诺贝尔化学奖美国化学家卡罗琳·贝尔托西（CarolynR.Bertozzi）丹麦化学家摩顿·梅尔达尔（MortenMeldal）美国化学家卡尔·巴里·夏普利斯（K.BarrySharpless）。

2022年诺贝尔化学奖奖励的是简化化学反应的过程，以表彰他们在“点击化学和生物正交化学研究方面的贡献”方面作出的贡献。BarrySharpless和MortenMeldal为一种分子功能化—点击化学（clickchemistry）—奠定了基础。“点击”就是指两个东西像积木扣在一起一样