有機化學/分析技巧/光譜分析

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UV/可見光譜[编辑]

  分析的原理為朗伯比爾定律(Lambert-Beer's law):測定一束平行的單色光穿過樣品溶液後,被吸收的光量。樣品中的待測成分會影響透過溶液的光量,即待測成分會吸收紫外光或可見光,而影響樣品溶液的相對透光率或吸光度,以此作為樣品溶液中待測成分濃度的測定指標。
  化合物必須有πbond或lone pair(孤對電子對或稱為為共用電子對)。
  當UV/VIS light通過分子時,其上之πbond 或 lone pair電子吸收輻射能而躍遷至較高能階,可利用不同物質在不同波長下有最大吸收值之特性,於相同波長下,該物質越多,吸收也越多,藉此定量之用。如檢測液態樣品中蛋白質濃度,可以280nm紫外光檢測。

NMR光譜[编辑]

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)光譜,

Aromatics in H-NMR Electron Donating Groups vs. Electron Withdrawing Groups[编辑]

雙取代基苯環[编辑]

化學位移(Chemical shift)[编辑]

化學位移是各種有機分子中,質子所受到的屏蔽效應程度不同,導致在核磁共振譜上所產生的吸收峰位置不同的現像。

由於屏蔽效應導致的差異非常小,難以精確測量其絕對值,在實際應用中,經常用四甲基矽烷((CH3)4Si)作為參照物,將其吸收峰的位置設為零,即 δ = 0 ppm。

在某些情況下,有機物殘留溶劑的吸收峰也可被作為參照物,例如三氯甲烷(CHCl3) δ = 7.27。

常見的氫化學位移距離[编辑]

化學位移(δ,單位ppm) 化學式
0~2 H與sp3的碳鍵結
2~2.8 H與sp3的碳鍵結,且該碳為丙烯基(allylic)或苄基(benzylic)位置
2~4.5 H與sp3的碳鍵結,且該碳與陰電性高的元素,比方說N、O或者鹵素連接。如果與陰電性高的元素連接,該H的化學位移越大。
4.6~5.7 H與烯類的sp2碳鍵結
6.5~8.5 H與芳香性化合物的sp2碳鍵結
9.5~10.1 H與C=O做鍵結
10~13 羧基(COOH)的氫

另一種表示法

化學位移(δ,單位ppm) 化學式
1~2 CHn
2~3 ≡C-H,Ph-CHn,CO-CHn
3~4 H與sp3的碳鍵結,且該碳與陰電性高的元素,比方說N、O或者鹵素連接。如果與陰電性高的元素連接,該H的化學位移越大。
5~6 C=C-H
7~8 H與芳香性化合物的sp2碳鍵結
9~10 H與C=O做鍵結
11~12 羧基(COOH)的氫

含N的有

化學位移(δ,單位ppm) 含N化學式
~1 R-NH
~3 Ar-NH
~7 O=C-NH

常見的碳化學位移[编辑]

化學位移(δ,單位ppm) 化學式
0~50 sp3碳(3°>2°>1°)
50~80 sp3碳且和N、O或者鹵素的等陰電性高的元素鍵結。陰電性越大,化學位移越大。
100~160 烯或者芳香性化合物的sp2
160~180 羧酸或其衍生物的羰基碳
180~210 酮或醛的羰基碳

Mass光譜[编辑]

Mass光譜用來測量離子的質量數與電荷比值。多數時候我們會先做一些初步的分離,讓進行檢測的樣本相對純淨。然後將該有機分子離子化之後置入Mass光譜儀,這個過程的同時也會將該分子打碎成較小的離子碎片。

mass光譜顯示了:

  1. 分子本身的質量數(最重的離子其質量)。
  2. 在光譜內出現的其他質量數,為其他離子碎片的質量。這些質量數可以提供我們有機分子結構的線索。常見的碎片質量為:
種類 化學式 質量
甲基 CH3+ 15
乙基 C2H5+ 29
苯基(phenyl) C6H5+ 77

遠紅外線光譜[编辑]

有機分子鍵結吸收光譜摘要[编辑]

鍵結 最小波長 (cm-1) 最大波長 (cm-1) 官能基 (註解)
C-O 1000 1300 醇或者酯
N-H 1580 1650 胺或者酰胺
C=C 1610 1680
C=O 1650 1760 醛,酮,酸,酯,酰胺
O-H 2500 3300 酸(非常寬的吸收光譜)
C-H 2850 3000
C-H 3050 3150 烯類(Compare intensity to alkane for rough idea of relative number of H atoms involved.)
O-H 3230 3550 醇的氫鍵
N-H 3300 3500 胺或酰胺
O-H 3580 3670 醇類的–OH(需要溶在非極性溶劑裡面)

吸收光譜均是以 cm-1為單位


IR summary version 2.gif

方法[编辑]

Typical apparatus

A beam of infra-red light is produced and split into two separate beams. One is passed through the sample, the other passed through a reference which is often the substance the sample is dissolved in. The beams are both reflected back towards a detector, however first they pass through a splitter which quickly alternates which of the two beams enters the detector. The two signals are then compared and a printout is obtained.

A reference is used for two reasons:

  • This prevents fluctuations in the output of the source affecting the data
  • This allows the effects of the solvent to be cancelled out (the reference is usually a pure form of the solvent the sample is in).

參考資料[编辑]