4.有机化合物地结构的表征
有机化学第四章结构的表征习题答案
第四章 结构的表征4-1 如何用IR 光谱区别下列各组化合物。
（1）异戊烷分子中有异丙基，在1370—1380cm -1 的吸收峰分裂成两峰，强度接近； （2）在3000cm -1以上无吸收峰者为丁烷； （3）在3000—3100cm -1无吸收者为环已烷； （4）在3010cm -1附近有吸收峰者为甲叉基环已烷（亚甲基环已烷）； （5）在3025cm -1附近和2720cm -1处有强吸收峰者为4-已烯醛； （6）在1060cm -1附近有强吸收峰者为正戊醇；（7）在1750—1860ｃｍ-1出现两个峰，其中高频峰强于低频峰者为乙酐。
4-2 如何用1H-NMR 谱区分下列各组化合物？（1）环丁烷只有一个单峰，而甲基环丙烷有四组吸收峰； （2）新戊烷只有一个单峰，而正戊烷有三组吸收峰；（3）前者（1-氯-2-溴乙烷）有两组峰，而后者（1,2-二溴乙烷）只有一个单峰。
4-3 比较下面两化合物中所标出的质子在1H-NMR 谱中化学位移大小，并从低场到高场的顺序排列。
（1）B →A →C →D ； （2）A →B →C 。
4-4 请将下列各化合物中画线的质子的化学位移按由低场至高场的顺序排列。
（2）→（1）→（3）。
4-5将下列化合物按C=O 健伸缩振动吸收波数由大到小排列成序。
（1）→（2）→（3）。
4-6 请将下列各组化合物按紫外吸收波长由大到小的顺序排列。
(1) B →D →A →C ； (2) D →C →B →A 。
4-7根据NMR 谱推测下列化合物可能的构造式。
C CH 3CH 3H 3CBrCH 2OHCH 3CH BrCH 3(1)(2)(3)(4)CH 2CH 2CHCH 3BrBr4-8某化合物的分子式为C 4H 8O,它的红外光谱在1715cm -1有强吸收峰，它的核磁共振谱有一单峰，相当于三个H ，有一四重峰相当于二个H ，有一三重峰相当于三个H.。
试写出该化合物的构造式。
有机化合物的结构表征方法关系及区别
一、在研究有机化合物的过程中，往往要对未知物的构造加以测定，或要对所合成的目的物进展验证构造。
其经典的方法有降解法和综合法。
降解法是在确定未知物的分子式以后，将待测物降解为分子较小的有机物，这些较小的有机物的构造式都是的。
根据较小有机物的构造及其他有关知识可以判断被测物的构造式。
综合法是将构造的小分子有机物，通过合成途径预计*待测的有机物，将合成的有机物和被研究的有机物进展比拟，可以确定其构造。
经典的化学方法是研究有机物构造的根底，今天在有机物研究中，仍占重要地位。
但是经典的研究方法花费时间长，消耗样品多，操作手续繁。
特别是一些复杂的天然有机物构造的研究，要花费几十年甚至几代人的精力。
近代开展起来的测定有机物构造的物理方法，可以在比拟短的时间内，用很少量的样品，经过简单的操作就可以获得满意的结果。
近代物理方法有多种，有机化学中应用最广泛的波谱方法是紫外和可见光谱，红外光谱，以及核磁共振谱〔氢谱、碳谱〕，一般简称"四谱〞。
二、经典化学方法1、特点：以化学反响为手段一种分析方法2、分析步骤〔1〕测定元素组成：将样品进展燃烧，观察燃烧时火焰颜色、有无黑烟、剩余，再通过化学反响，检测C、H、O等元素含量，得到化学式〔2〕测定分子摩尔质量：熔点降低法、沸点升高法〔3〕溶解度实验：通过将样品参加不同试剂，观察溶解与否，来进展构造猜想〔4〕官能团实验：通过与不同特殊试剂反响，判断对应的官能团构造〔例：D-A反响形成具有固定熔点的晶体——存在共轭双烯〕〔5〕反响生成衍生物，并与构造的衍生物进展比拟。
三、现代检测技术〔一〕紫外光谱(Ultraviolet Spectra,UV)(电子光谱)1、根本概念〔1〕定义：紫外光谱法是研究物质分子对紫外的吸收情况来进展定性、定量和构造分析的一种方法。
〔2〕特点：UV主要产生于分子价电子在电子能级间的跃迁，并伴随着振动转动能级跃迁，是研究物质电子光谱的定量和定性的分析方法。
有机化合物结构表征
有机化合物的结构表征§4-1 概述研究一个有机化合物，不论是天然产物还是人工合成品都需要对这个化合物进行结构表征。
如果一个化合物的结构不清楚，就不能深入研究它的性质和作用，更不可说合成和改进这个化合物了。
所以，确定有机化合物的结构是有机化学研究的一项重要任务。
在有机化学研究中，怎样表征有机化合物的结构呢？下面我们从三个方面概要地讨论这个问题。
Ⅰ.有机化合物的研究过程有机化合物的研究过程是以化学实验为基础，现代分析技术为手段，有机结构理论为知道的系统研究方法，基本程序如下。
1.化合物的分离提纯研究任何一种有机化合物，必须保证该化合物是单一纯净的物质。
由于有机反应较为复杂，副反应较多，提纯有机化合物是一个非常艰巨的工作，尤其是从大量的天然物内提取生理活性很强的物质。
有机化合物分离提纯，经常使用的方法有蒸馏，萃取，重结晶，升华和层析等物理过程分离法。
随着分离提纯一起和方法的改善，技术手段的提高，有机化合物的分离提纯及经过仪器化，连续化和定量化发展。
经过分离提纯的有机化合物，可令相色清，高压液相色清，纸色谱和薄层色色谱等确定起纯度，具有微量，快速和准确的优点。
2.元素定性定量分析经过分离提纯的物质，纯度恰恰正式为一个纯的化合物后，可以进行元素定性分析测定这个化合物是由哪些元素组成的，然后在进行元素的定量分析时，确定组成化合物的每种元素的百分含量。
元素分析仪可以直接自动给出元素的定量分析结果。
根据元素定量分析结果，计算出该有机物的实验式。
实验式是反映组成化合物的元素种类和各元素原子比例的化学式，但还不能说明分子中各种元素的原子数目。
3.相对分子质量的测定测定化合物的相对分子质量，结合实验式就可以写出该化合物的分子式。
相对分子质量的测定方法有很多，质谱法是一种快速精确的测定方法。
4.确定化合物可能的构造式写出化合物的分子式后，按照同分异构的概念，就可以写出可能的同分异构体的构造式。
有机化学中同分异构现象十分普遍。
有机化合物的结构表征
第四章有机化合物的结构表征【教学重点】红外光谱和核磁共振谱。
【教学难点】谱图解析。
【教学基本内容】红外光谱（分子振动与红外光谱、有机化合物基团的特征频率、红外谱图解析）；核磁共振谱（核磁共振的产生、屏蔽效应与化学位移、自旋偶合与自旋裂分、n + 1规则、谱图解析）。
Ⅰ目的要求在研究有机化合物的过程中，往往要对未知物的结构加以测定，或要对所合成的目的物进行验证结构。
其经典的方法有降解法和综合法。
降解法是在确定未知物的分子式以后，将待测物降解为分子较小的有机物，这些较小的有机物的结构式都是已知的。
根据较小有机物的结构及其他有关知识可以判断被测物的结构式。
综合法是将已知结构的小分子有机物，通过合成途径预计某待测的有机物，将合成的有机物和被研究的有机物进行比较，可以确定其结构。
经典的化学方法是研究有机物结构的基础，今天在有机物研究中，仍占重要地位。
但是经典的研究方法花费时间长，消耗样品多，操作手续繁。
特别是一些复杂的天然有机物结构的研究，要花费几十年甚至几代人的精力。
近代发展起来的测定有机物结构的物理方法，可以在比较短的时间内，用很少量的样品，经过简单的操作就可以获得满意的结果。
近代物理方法有多种，有机化学中应用最广泛的波谱方法是质谱、紫外和可见光谱，红外光谱，以及核磁共振谱，一般简称“四谱”。
本章的重点是了解四谱的基本原理，并能够认识简单的谱图，综合四谱进行结构剖析和确证。
本章学习的具体要求：1、了解紫外光谱的基本原理和解析方法。
2、运用紫外光谱进行定性和定量分析。
3、了解红外光谱的基本原理和表示方法。
4、了解各类基本有机化合物的特征频率，并借此识别有机物的简单红外光谱图。
5、了解核磁共振的基本原理。
6、弄清屏蔽效应、等性质子和不等性质子，化学位移、自旋偶合和裂分等基本概念。
7、能够认识基本有机化合物的核磁共振谱图。
8、了解质谱基本原理和表示方法。
9、熟悉离子碎裂的机理和多类有机物裂解的规律。
10、熟悉质谱应用。
现代光谱技术
电子能级
表示了分子中的电子能级 分子轨道：表示了分子中的电子能级 表示了分子中的
两个原子轨道形成的分子轨道能级
轨道：分子中形成单键的轨道 电子云重叠大，能量低，稳定性好。 分子中形成单键的轨道。 σ轨道 分子中形成单键的轨道。电子云重叠大，能量低，稳定性好。 轨道：分子中形成双键的轨道。电子云重叠小，能量高，稳定性较差。 π轨道：分子中形成双键的轨道。电子云重叠小，能量高，稳定性较差。 n轨道：未成键轨道，氧、氮、硫、卤素等杂原子上的未成键的n轨道，该 轨道：未成键轨道， 卤素等杂原子上的未成键的n轨道， 原子轨道未与对方作用。能量较σ轨道和π轨道高。 原子轨道未与对方作用。能量较σ轨道和π轨道高。
有机四大谱及其特点： 有机四大谱及其特点：
紫外吸收光谱、红外吸收光谱、 紫外吸收光谱、红外吸收光谱、 核磁共振谱、 核磁共振谱、 质谱
UV IR 样品用量少 优点 NMR 准确快速 MS
UV IR NMR MS
0.01-5mg(与天平精度有关） 0.1-1mg 1-5mg 0.001-0.1mg 2-10万 5-50万 100-1000万 50-500万
现代光谱技术 有机化合物的结构表征（即测定） 有机化合物的结构表征（即测定）—— 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。 物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。 历史： 历史：过去主要依靠化学方法进行有机化合物的结构 测定， 测定， 缺点：费时、费力、费钱，试剂的消耗量大。 缺点：费时、费力、费钱，试剂的消耗量大。 例如：鸦片中吗啡碱结构的测定， 年开始研究， 例如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究，直 年开始研究 年才完全阐明， 至1952年才完全阐明，历时 年才完全阐明 历时147年。 年
有机化合物的表征
• 分子及组成它的原子、电子在不断运动，各种运动状态都有一定的能 级，有电子能级、振动和转动能级、原子核自旋能级。分子中不同运 动方式的能级跃迁需要不同频率或波长的电磁辐射提供能量。如无线
• 电磁辐射，又称电磁波，具有波、粒二象性。电磁辐射的波长l(单位 cm 或nm)越短，频率v(单位Hz)越高，光子能量E(单位kJ·mol-1) 也越大。它们之间的关系是
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15.1 红外光谱法
• 式中 c为光速，是常数3×1010cm／s；犺为普朗克常数， 6.626×10-34J·s；犾为波长。电磁波的频率也常以波数σ表示，σ 是指每厘米所含有波长的数目，单位为cm-1。
• 组成分子的原子不停地振动，振动方式很多，在红外光谱中一般可以 分为伸缩振动和弯曲振动两种类型。
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15.1 红外光谱法
• 1)伸缩振动 • 键合原子沿键轴方向伸展和收缩，键长改变而键角不变。可以分为对
称伸缩振动和不对称伸缩振动。 • 2)弯曲振动 • 键合原子在键轴上下左右弯曲振动，键角改变而键长基本不变。可以
• 3. 紫外光谱法 • 4. 质谱法 • 有机化合物的结构表征可以分为三种方法：物理常数测定法、化学法
和近代物理方法。在每种方法中又可以分为不同的方法。但一般情况
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15.1 红外光谱法
• 下，没有只用一种方法就能够准确无误地给出化合物的构造，实际工 作中往往是几种方法联合使用、互相补充，才能够得到确切的构造式。 其中近代物理方法是应用近代物理实验技术建立的一系列仪器分析方 法。测定有机化合物的各种波谱，确定有机化合物的结构，现已构成 了有机化合物的波谱学。这种方法的特点是试样用样量少、测试时间 短、结果精确等。尤其与计算机联用后，其优越性更加突出。有机化 合物的波谱是记录有机化合物分子的微观性质，能够揭示微观粒子的 运动状态和相互之间的关系，是研究表征分子结构的最有利的手段和 方法。
有机化学课件 第二版 高占先主编 (第4章 结构的表征)
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4.2.1 基 本 原 理
1. 分子振动的类型 (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。
振动频率（近似地按简谐运动处理）
振动频率ν 与两原子的质量m1、m2、 键的力常数 k 有关：
或用波数σ 表示为：
①键的力常数k与键能有关，键能大，力常数
大，振动频率也大。
d
化学位移
10
6
为什么选用TMS(四甲基硅烷)作为标准物质?
绝大多数吸收峰均出现在它的左边。 (2)结构对称，是一个单峰。 (3)容易回收(b.p低)，与样品不反应、不缔合。
(1)屏蔽效应强，共振信号在高场区(δ 值规定为0)，
例：在60MHz的仪器上，测得氯仿与TMS间吸收 频率差为437Hz，用δ 表示氢的化学位移为
•
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
1. 红外吸收光谱图
cm
1
1
横坐标：波长/λ或波数/cm-1。
m
10
4
A log(
1 T
)
纵坐标：吸光度A或透光率T。
化学中的有机化合物结构解析
化学中的有机化合物结构解析现代化学领域中，有机化合物是一个极其重要的研究对象。
有机化合物的结构解析，可以帮助我们深入了解其性质和反应机制，为药物开发、新材料研究以及环境保护等领域的进展提供基础支持。
本文将从有机化合物的结构表征方法、结构解析的原则以及实际应用等方面进行探讨。
一、有机化合物的结构表征方法有机化合物的结构解析是根据其化学键的类型、键长、键角、空间构型等信息，揭示化合物分子的精确结构和三维构型。
目前，有机化合物的结构表征方法主要包括以下几种：1. 光谱学方法：包括核磁共振(NMR)、红外光谱(FT-IR)、紫外可见光谱(UV-Vis)等。
其中，核磁共振可以提供关于原子核的化学位移、偶合常数等信息，红外光谱则是通过测量化合物分子中的振动频率来推断其结构。
2. 质谱法：利用质谱仪对有机化合物蒸汽进行分析，通过质量-电荷比(M/Z)来确定分子的分子量、基团以及可能的结构。
3. 晶体学方法：通过单晶X射线衍射技术，可以获得有机化合物单晶的晶胞参数、分子排列方式以及键的长度等信息。
4. 色谱分离方法：如气相色谱(GC)、液相色谱(LC)等，通过对化合物混合物进行分离，进而获得纯净的有机化合物，为结构解析提供前提条件。
二、有机化合物结构解析的原则在进行有机化合物结构解析时，有一些基本原则需要遵循，以确保解析结果的准确性和可靠性。
1. 分子对称性：化合物的对称性对结构解析非常重要。
有机化合物常见的对称性有点群Dn、Cn、Cnv等，通过分析对称性可以推断出化合物的结构特点。
2. 化学键的长度和键角：通过实验测定或计算方法可以获取化学键的长度和键角数据，这些数据对于推导分子几何构型和键的特性非常有帮助。
3. 立体化学：立体构型的分析常常需要考虑手性、构象异构体以及双键的轴向异构体等因素，通过化学键的角度和轴向异构体的对称性可以解析出化合物的立体结构。
4. 共价键的杂化和电子云分布：根据共价键的杂化方式以及电子云的分布情况，可以推测分子中各原子的杂化状态，从而推导出有机化合物的结构。
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第四章有机化合物的结构表征1．用IR谱区别下列各组化合物：
( 1)
( 2)
( 3)
( 4)
2．下列化合物中红色的H 是否为磁等性质子？
( 1)
( 2)
( 3)
(
4)
3．A、B两个化合物的分子式均为C3H6Cl2，测得其H-NMR谱的数据如下，推测A,B的构造：
A：五重峰δ=2.2 2H；三重峰δ=3.7 4H；
B: 单峰δ=2.4 6H；
4．用H-NMR谱区别下列化合物
(1) C(CH3)4与(CH3)2CHCH2CH3
(2) BrCH2CH2Br与Br2CH-CH3
5．化合物A的分子式为C4H8O，在IR谱的1715cm-1处有强的吸收峰；H-NMR谱上有一
单峰，相当于3H ，有一四重峰相当于2H，有一三重峰相当于3H 。
试写出该化合物的构造式。
6．概括说明由(a)UV,(b)IR,(C)H-NMR,(d)13C-NMR和(e)Ms谱图给出分子结构的什么信息? 7．从H-NMR谱数据推导下列化合物的结构。
1)C6H14：δ=0.8 二重峰 12H；δ=1.4 七重峰2H
2)C3H7ClO：δ=2.0 五重峰 2H；δ=2.8 单峰 1H；δ=3.7 三重峰 2H；δ=3.8 三重峰 2H
3)C3H5Cl3：δ=2.20 单峰 3H；δ=4.02 单峰 2H
4)C4H9Br：δ=1.04 二重峰 6H；δ=1.95 多峰 1H；δ=3.33 二重峰 2H
5)C3H5ClF2：δ=1.75 三重峰 3H；δ=3.63 四重峰 2H
8．指出下列化合物在IR谱官能团区中吸收峰的大致位置：
1）CH3CH2CH3
2）CH3CH=CH2
3）CH3C≡CH
4）CH3CH2OH
5）CH3CONH
6）C6H5CH2COOH
9．化合物A为饱和烷烃，分子离子峰m/z =86，最高的峰m/z =43；有m/z=71；m/z=57；m/z=29；m/z=15等碎片峰，推测A的结构。
10．化合物A分子式C9H10O，IR谱上1705cm-1强吸收峰；H-NMR谱上：δ=2.0 (3H)单峰；δ=3.5 (2H)单峰；δ=7.1 (5H)多重峰，推导A的结构。
11．某化合物的分子式为C4H6O，其光谱性质为：
UV谱：在230nm附近有吸收峰，k>5000；
H-NMR谱：δ=2.03 双峰 3H；δ=6.13 多重峰 1H；δ=6.87 多重峰 1H；δ=9.48 双峰 1H；
IR谱：在1720cm-1、2720cm-1有吸收峰。
试推测该化合物的构造式。
12．化合物分子式为C4H6O2，其13C-NMR谱如下，推断其可能的构造式：
δc=169 δc=152 δc=98 δc=20。