导图社区 红外、核磁、质谱
这是一篇关于红外、核磁、质谱的思维导图，包括质谱法、核磁共振波谱法、红外吸收光谱法三方面的知识点。
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质谱法
原理
利用电磁学原理将被测物质电离，按质荷比(m/z)大小进行分离、检 测与记录，根据质谱图进行定性、定量与结构分析的方法
图谱
主要离子
分子离子
化合物分子通过某种电离方式，失去一个外层价电子而形成带正电荷 m/z=M
碎片离子
具有较高能量的分子离子进一步碎裂产生的离子
亚稳离子
离子离开离子源由于某些原因在飞行过程中裂解失去中性碎片而形成低质量的离子
通过亚稳离子找到母离子的质量和子离子的质量确定裂解途径
同位素离子
同位素离子形成的M、M+1、M+2峰
a.元素最轻同位素的天然丰度最大，分子离子峰由该种同位素组成
b.碳的同位素峰比较常见
c·根据M+、[M+2]*两个峰强度比推断分子中是否含有S CI Br 及其原子数
裂解类型
单纯开裂
均裂:电子一人一半
异裂:电子都归其中一个
已离子化的σ键开裂
烷烃谱图上出现的系列峰，以m/z43，57最大
裂开重排
麦氏重排
醛、酮、酸、酯、酰胺、羰基衍生物、烯、炔及烷基苯环
含C=O、C=N、C=S、C=C及苯环的化合物，且与该基团相连的键上有g-H原子
g-H转移到杂原子或双键碳原子上，同时发生β键的断裂，形成一个中性分子和一个质量 数为偶数、电子数为奇数的离子
逆狄-阿重排RDA
不饱和环的开裂
环己烯裂解成一离子化的共轭双烯化合物(或衍生物)和乙烯(或衍生物
单电子引发，经过两次a断裂
有机化合物的质谱
烷烃
有m/z29，43，57，71…(差14)一系列碎片离子峰，强度逐渐减弱
正构烷烃碎片离子峰峰顶连起来是圆滑的抛物线
m/z43和57的峰强度大
有m/z28、42、56、70…一系列弱峰
m/z71、85、113、127强度不规则，该处一定是分支
烯烃
分子离子峰比烷烃强
有一系列m/z27、41、55、69.…的峰
易发生β裂解得到烯丙基离子峰
含苯环
分子离子峰较强
烷烃苯易发生β裂解，产生m/z91䓬鎓特征离子
产生m/z91的峰进一步产生m/z65及39
烷基苯a-裂解产生m/z77的苯基离子峰，进一步产生m/z51分峰
具有g-H的烷基取代苯，麦氏重排，产生m/z92峰
特征峰有:m/z91、m/z77、m/z65、m/z39
饱和脂肪醇
易发生脱水重排，产生m-18离子
分子离子峰很弱
易发生a-断裂
直链伯醇会出现含羟基离子(m/z31+14n)、烷基离子及烯烃离子(m/z27、41、55)三种碎片离子
醛和酮
醛
[M-1]*是醛的特征峰a裂解产生m/z29峰和[M-1]+
具有g-H的醛发生麦氏重排，得到m/z44/58/72的离子峰
长链脂肪醛可以发生β裂解，产生m/z29、43、57…的峰
酮
a断裂，遵循丢失最大烃基规则
有明显的m/z58/72/86峰和a断裂形成的m/z(43+14n)峰
Y-H的醛麦氏重排
羧酸和酯类
一元脂肪酸及其酯的分子离子峰都是中弱峰;芳酸及其酯的分子离子峰较强
易发生a裂解
具有g-H的酸和酯麦氏重排产生m/z60强特征峰
芳香羧酸M-17、M-45
含氮化合物
脂肪胺
分子离子峰弱甚至没有 易发生a断裂，丢失最大烃基，产生m/z(30+14n)峰 伯酰胺m/z30处强峰
芳氨类
分子离子峰强，有一个中等强度的IM-1]-峰伯胺产生m/z66和65的明显峰 有烃基侧链的苯胺m/z106
酰胺类
分子离子峰较弱 易发生a裂解 有y-H麦氏重排，m/z59
分子离子峰识别往往在右端
分子离子峰的质量必须符合氮数规律
有机物分子离子峰稳定性顺序
分子离子峰与其相邻质荷比小的碎片离子的质量差应合理
.分子离子峰强弱跟实验条件有关
考虑准分子离子峰[M+1]*和[M-1]峰
质谱仪
核磁共振波谱法
产生
在外磁场的作用下，具有磁矩的原子核存在着不同能级，当用一定频率的射频照射分子时，可引起原子核自旋能级的跃迁
波谱图
原子核自旋
自旋分类
质量数与电荷数都是偶数，I=0
质量数奇数，电荷数奇数或偶数，I=1/2或它的倍数
质量数偶数，电荷数奇数，I是整数
核磁矩m
方向符合右手法则
自旋能级和共振吸收
核自旋能级分裂
磁量子数m共有2l+1个，m=l、I-1、I-2...-I+1,-I
原子核的共振吸收
拉莫尔进动
核一定时，H0增大，进动频率增大。H0一定时，磁旋比小的核，进动频率小
共振吸收条件
E=ΔE
Dm=±1跃迁发生在相邻能级间
自旋弛豫
弛豫:通过无辐射的释放能量途径，核从高能态回到低能态的过程
自旋-晶格弛豫:与环境
自旋-自旋弛豫:总能量不变
核磁共振仪
脉冲傅里叶变换核磁共振仪
磁场系统 电子系统 操作平台等
化学位移影响因素
局部屏蔽效应
氢核核外成键电子云产生的抗磁屏蔽效应
吸电子作用大的取代基(电负性大):电子云密度降低，峰向低场左移
磁向各异性
氢键：氢键减弱，峰向高场位移
与磁场强度无关
自旋偶合和自旋分裂
自旋分裂
由自旋偶合引起共振峰分裂的现象，只考虑相隔2~3个键
HF中H1和F19中的共振峰均裂为强度或面积1:1的两个小峰
规律
I=1/2的核，符合n+1律，为一级图谱
基团与n,n…个氢相邻
峰裂距相等符合n+1
偶合常数
影响因素
间隔距离、角度、电子云密度
与外加磁场强度无关
红外吸收光谱法
光谱类型
吸收光谱
红外吸收光谱的产生
产生条件
符合E（红外光）=ΔE分子振动
分子偶极矩发生变化Δμ≠0
出现基本振动吸收峰的数目少于振动自由度的原因
简并
非红外活性振动
振动形式
伸缩振动n
弯曲振动
面内弯曲振动b 面外弯曲振动g 变形振动d
振动自由度
线性分子=3N-5
非线性分子=3N-6
红外光谱仪
傅里叶变换红外光谱仪
辐射源（碳硅棒，能斯特灯） 单色器 检测器 计算机系统
影响吸收峰强度因素
振动过程中键的偶极矩变化
振动能级的跃迁概率
分子结构的对称性
影响吸收峰位置的因素
分子内部结构因素
诱导效应 共轭效应 空间效应 环张力效应 互变异构效应 氢键效应 费米共振效应 振动偶合效应
外部因素
物态效应 溶剂效应
定性分析
特征吸收峰可以确定化合物所含的官能团，从而鉴别所属类型
将试样红外光谱与标准光谱对照
将试样与已知标准品在相同条件下测定红外光谱，比较光谱的异同
光谱解析
脂肪烃类化合物
碳氢伸缩振动nC-H 3000-2850cm-1
碳氢弯曲振动dC-H 1480-1350cm-1
n=C-H 3100~3000cm-1
nC=C ~1650cm-1
g=C-H 1010~650cm-1
炔烃
nºC-H 3333~3267cm-1
nCºC 2260~2100cm-1
芳香烃类化合物
芳氢伸缩振动n=C-H
3100~3000cm-1 泛频峰2000~1667cm-1
芳环骨架振动nc=c1650~1430cm-1
芳氢面内弯曲振动b=C-H 1250~1000cm-1
芳氢面外弯曲振动V=C-H 910~665cm-1
醇、酚和醚类化合物
醇和酚
羟基伸缩振动nOH
游离的醇和酚 3640~3610cm-1(s，尖)
聚合物的nOH 3600~3200cm-(s，稍宽)
碳氧单键伸缩振动nc-o 1260~1000cm-¹(s)
饱和伯醇1085~1050cm-1 饱和仲醇 1124~1087cm-1 饱和叔醇 1205~1124cm-1
酚V=C-O 1260~1170cm-1
羟基面内弯曲振动boH 1420~1330cm-1
醚
脂肪醚
带有支链的醚在1125cm-1和1110cm-1附近可能有两个强吸收峰
脂肪醚nasc-o-c 1150~1070cm-1
正构烷基醚的nasc-o-c 1140~1110cm-1
烷基芳香醚
n=C-O-C 1275~1200cm(vs);n=C-O-C 1075~1020cm-¹(s)
酮类
环酮随环张力增大，出现在1815~1715cm-1(s)
通常饱和酮nc=o1715cm-1:2倍频峰3430cm-1(vw)附近
酮类 a，B-不饱和酮及其芳香酮，1685~1665cm-1(s)
醛类
当羰基与双键或芳环共轭时，1710~1685cm-1
nc=o1725cm-1及其醛基氢nc-H~2820cm-1~2720cm-1
酰氯类
饱和酰氯nc=o~1800cm-1 不饱和酰氯nc=o1780~1750cm-1
羧酸类
nO-H 3400~2500cm-1、nc=o 1740~1650cm-1 nOH 955~915cm-1
酯类
nc=o~1735cm-1 nc-O-C1300~1000cm-1
试样制备
固体试样：压片法 糊膏法 薄膜法
液体试样：液体池法 夹片法及涂片法
应用
鉴定已知化合物 测定未知化合物 分子的不饱和度与分子结构的关系
