有机化学表征

分离后检查纯度：方法有测熔点、沸点、折射率、 分离后检查纯度：方法有测熔点、沸点、折射率、 比旋光度等物理常数和色谱分析等。 比旋光度等物理常数和色谱分析等。
3. 元素的定量定性分析
分析样品的组成元素及其含量， 分析样品的组成元素及其含量，计算出化合物组 成的实验式。 成的实验式。
4. 测定相对分子质量
（2）弯曲振动 弯曲振动是离开键轴的前、 弯曲振动是离开键轴的前、后、左、右振 动。键长不改变，键角改变，力常数变化小。 键长不改变，键角改变，力常数变化小。 亚甲基有面内振动和面外振动。 亚甲基有面内振动和面外振动。 因分子的弯曲振动，振动频率很低。 因分子的弯曲振动，振动频率很低。 弯曲振动
2．产生红外光谱的条件
4.2 红 外 光 谱（IR，Infraned pectroscopy） IR， pectroscopy） 又称振动光谱， 又称振动光谱，一般红外光谱仪测量吸收光的 波数（频率的倒数，单位cm 400-4000,测 波数（频率的倒数，单位cm-1）为400-4000,测 定的是分子中化学健伸缩或弯曲运动吸收的 定的是分子中化学健伸缩或弯曲运动吸收的光， 化学健伸缩或弯曲运动吸收的光 几乎可用于所有有机化合物的结构表征。 几乎可用于所有有机化合物的结构表征。
4.2.1基本原理 4.2.1基本原理
1. 分子振动的类型 (1)伸缩振动 (1)伸缩振动
成键的两原子沿键轴方向伸长和缩短的振动 称为伸缩振动，常用ν 表示。 称为伸缩振动，常用ν 表示。 伸缩振动有两种：对称伸缩振动（νs） 伸缩振动有两种：对称伸缩振动（ 不对称伸缩振动（ 不对称伸缩振动（νas）
1、电磁波粒子能量： 电磁波粒子能量：
测定物质吸收光波的频率表征分子结构的原 理
有机化合物分子中的原子、电子、 有机化合物分子中的原子、电子、原子核等是运 动的，质点不同，运动状态不同， 动的，质点不同，运动状态不同，能量差是量子化 用电磁波辐射物质，质点吸收电磁波， 的。用电磁波辐射物质，质点吸收电磁波，获得能 改变运动状态。因此， 量，改变运动状态。因此，分子中不同质点运动状 态改变，只能吸收具有相应能量的波， 态改变，只能吸收具有相应能量的波，即一定能量 的波。换句话说，分子吸收波的频率， 的波。换句话说，分子吸收波的频率，反映了分子 中各质点的种类和运动状态。 中各质点的种类和运动状态。
4.2.2 重要官能团的吸收区域 红外吸收光谱大体上分成三个区域，官能 团吸收区又分几个特征区：
1. 官能团吸收区（高频区） 官能团吸收区（高频区）
在3700～1600cm-1区组成官能团键的吸收大都 3700～ 在此区，故称官能团区。其又分三个小区： 在此区，故称官能团区。其又分三个小区： ①Y-H伸缩振动区（3700～2500cm-1） 伸缩振动区（3700～ 主要是O 主要是O-H，N-H，C-H等单键伸缩振动频率区。 等单键伸缩振动频率区。 ②Y≡Z和Y=X=Z伸缩振动区（2400～2100cm-1） Y≡Z和Y=X=Z伸缩振动区 2400～ 伸缩振动区（ 主要包括C≡C，C≡N，C=C=C， 主要包括C≡C，C≡N，C=C=C，C=N=O 键伸缩振动。 键伸缩振动。 ③Y=Z伸缩振动区（1800～1600cm-1） Y=Z伸缩振动区 1800～ 伸缩振动区（
不对称伸缩振动（ 对称伸缩振动（ 对称伸缩振动（νs） 不对称伸缩振动（νas） -1 2930cm-1 2850cm
C-C-H两键振动频率相差大 两键振动频率相差大 （2900cm-1/1000cm-1）， 互相影响小，看成独立的。 互相影响小，看成独立的。 比较接近， C-C，C-N，C-O振动频率比较接近， 振动频率比较接近 相互有影响， 相互有影响， 因此同一个化学键，在不同的分子中σ 不等。 因此同一个化学键，在不同的分子中σ 不等。 同一个化学键 Y-H，y=Z和Y≡Z振动频率比C-C键的高得 y=Z和Y≡Z振动频率比 振动频率比C 多，也可以看成独立的， 也可以看成独立的， 可用官能团的伸缩振动光谱表征化合物。 因此可用官能团的伸缩振动光谱表征化合物 因此可用官能团的伸缩振动光谱表征化合物。
振动频率ν 与两原子的质量M 振动频率 与两原子的质量 1、M2、 有关： 键的力常数 k 有关：
或用波数σ 表示为ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 或用波数 表示为：
①键的力常数k与键能有关，键能大，力常数 键的力常数k与键能有关，键能大，
大，振动频率也大。 振动频率也大。
② M1和M2越小，（1/M1 + 1/M2）越大，振 M1和M2越小，（ 越小，（1/M1 1/M2）越大，
有机化合物的结构表征
4.1 研究有机化合物结构的基本程序
1. 研究一个未知有机化合物的基本程序 分离提纯→元素定性 定量分析→测定 元素定性、 分离提纯 元素定性、定量分析 测定 相对 分子质量→推测构造式 推测构造式→结构表征 分子质量 推测构造式 结构表征 2. 常用的分离方法： 常用的分离方法： 蒸馏、萃取、洗涤、重结晶、升华、色层、 蒸馏、萃取、洗涤、重结晶、升华、色层、 色 谱等物理分离过程，有时用物理、 谱等物理分离过程，有时用物理、化学相结合 的分 离过程。 离过程。
3. 倍频区
大于3700cm 的区， 大于3700cm-1的区，出现的是一些键的振动频 率的倍频，常比倍频率低些。 率的倍频，常比倍频率低些。
各种官能团的红外吸收频率汇于下表: 各种官能团的红外吸收频率汇于下表:
4.2.3 红外吸收光谱图及其解析
红外吸收光谱图
己烷的红外光谱图
横坐标表示吸收红外光的频率（用波数cm 横坐标表示吸收红外光的频率（用波数cm-1 表示）和波长（ 表示）， ），习惯下坐标 表示）和波长（用µm表示），习惯下坐标 是波数/cm 是波数/cm-1，上坐标是波长/µm。但也有反 上坐标是波长/ 过来标注的。 过来标注的。 纵坐标是表示吸收红外光的强度， 纵坐标是表示吸收红外光的强度，用透过率 或吸收率（ 表示（两者值相反）， （%）或吸收率（%）表示（两者值相反）， 有的图两者都标，左坐标是透过率， 有的图两者都标，左坐标是透过率，右坐标 是吸收率（透光度）。 ）。吸收峰不是一条线而 是吸收率（透光度）。吸收峰不是一条线而 是宽带，又称谱带。 是宽带，又称谱带。
2. 谱图解析 (1)观察红外谱图上的官能团区，找出有关 (1)观察红外谱图上的官能团区， 观察红外谱图上的官能团区 官能团键的吸收，确定化合物的类型。 官能团键的吸收，确定化合物的类型。 (2)观察指纹区，确定基团间结合方式。 (2)观察指纹区，确定基团间结合方式。 观察指纹区 (3)结合制备过程、其它方法测定结果，确 (3)结合制备过程、其它方法测定结果， 结合制备过程 定可能的构造式。 定可能的构造式。 (4)如果是已有的化合物，查阅标准谱图验 (4)如果是已有的化合物， 如果是已有的化合物 证
测定相对分子质量，结合实验式才能写出分子 测定相对分子质量， 式。
5. 推测构造式
根据化合物制备方法或来源，结合分子式，利用 根据化合物制备方法或来源，结合分子式， 同分异构概念，推测可能的构造式，甚至构型式。 同分异构概念，推测可能的构造式，甚至构型式。
6. 结构表征
物理常数测定法、化学法和近代物理法。 物理常数测定法、化学法和近代物理法。 近代物理方法： 近代物理方法：应用近代物理实验技术建立的一系 列仪器分析方法-------波谱法 波谱法。 列仪器分析方法-------波谱法。
与有机分子结构有关的光波的频率如下表： 与有机分子结构有关的光波的频率如下表：
有机化合物结构表征最常用的光波谱 红外光谱（IR）反映的是价电子跃迁 红外光谱（IR）反映的是价电子跃迁，常用来决定 价电子跃迁， 化合物含有什么官能团，属于哪类化合物。 化合物含有什么官能团，属于哪类化合物。 紫外光谱（UV）反映的也是价电子跃迁 紫外光谱（UV）反映的也是价电子跃迁，更多的 价电子跃迁， 用于电子离域体系的电子跃迁，常用来表征分子 用于电子离域体系的电子跃迁， 中重键的情况，特别是共轭体等。 中重键的情况，特别是共轭体等。 核磁共振光谱（NMR）反映的是原子核 核磁共振光谱（NMR）反映的是原子核（氢核和 原子核（ 碳核）的跃迁，常用来测定有机分子中的氢原子 碳核）的跃迁，常用来测定有机分子中的氢原子 和碳原子连接的方式和化学环境。 和碳原子连接的方式和化学环境。
2. 指纹区(低频区) 指纹区(低频区)
小于1600cm 的振动频率都在此区， 小于1600cm-1的振动频率都在此区，主要是 C-C，C-N，C-O等单键的伸缩振动和各种 弯曲振动的频率。分子结构的微小变化， 弯曲振动的频率。分子结构的微小变化， 这些键的振动频率都能反映出来，就象人 这些键的振动频率都能反映出来， 的指纹一样有特征，故称指纹区。能反映 的指纹一样有特征，故称指纹区。 化合物的精细结构。 化合物的精细结构。
1）红外光辐射的频率与分子中键振动的频率 ）红外光辐射的频率与分子中键振动的频率 相当时，才能被吸收产生吸收光谱。 相当时，才能被吸收产生吸收光谱。 2）振动过程中能引起偶极矩变化的键才能产 ）振动过程中能引起偶极矩变化的键才能产 生吸收光谱。H 生吸收光谱。H2、O2、N2等双原子分子，H等双原子分子，H C≡C-H，对称R-C≡C-R中的-C≡C-振动时都不 C≡C- ，对称R C≡C- 中的-C≡C引起偶极矩改变，观察不到红外吸收，>C=O， 引起偶极矩改变，观察不到红外吸收，>C=O， -N3振动引起的偶极矩变化大，吸收强度大。
质谱(MS) 不属于光波谱， 质谱(MS) 不属于光波谱，它主要是确定分子的相对质 量和组成分子的基团，进一步推测分子的结构。 量和组成分子的基团，进一步推测分子的结构。
表征不同结构的化合物要选用不同的方法， 表征不同结构的化合物要选用不同的方法，很难用一 种方法（尤其对新化合物）准确确定分子结构，经常 种方法（尤其对新化合物）准确确定分子结构， 是几种方法联合使用，互相补充，互相验证。 是几种方法联合使用，互相补充，互相验证。 本章主要掌握红外光谱 IR） 核磁共振光谱（NMR） 本章主要掌握红外光谱（IR）和核磁共振光谱（NMR） 红外光谱（