有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)表征(已修改)
2025-05-11 12:01 本頁(yè)面
【正文】 Chapter 4 第 4章 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)表征 Chapter 4 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)表征的基本程序 紅外光譜 核磁共振譜 紫外光譜 質(zhì)譜 Chapter 4 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)表征的基本程序 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)表征的程序 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)表征方法 Chapter 4 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)表征的程序 研究一個(gè)未知有機(jī)化合物的 基本程序 ： 分離提純 → 元素定性、定量分析 → 測(cè)定相對(duì)分子 質(zhì)量 → 推測(cè)構(gòu)造式 → 結(jié)構(gòu)表征 1. 常用的分離方法 蒸餾、萃取、洗滌、重結(jié)晶、升華、色層、色 譜等物理分離過(guò)程，有時(shí)用物理 、 化學(xué)相結(jié)合的分 離過(guò)程。 Chapter 4 2. 分離后檢查純度 方法有測(cè)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、折射率、比旋光度等物理常數(shù)和色譜分析等。 3. 元素的定量定性分析 分析樣品的組成元素及其含量，計(jì)算出化合物組 成的實(shí)驗(yàn)式。 4. 測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量 測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量 (質(zhì)譜法等 )，結(jié)合實(shí)驗(yàn)式才能寫出分子式。 Chapter 4 5. 推測(cè)構(gòu)造式 根據(jù)化合物制備方法或來(lái)源，結(jié)合分子式，利用 同分異構(gòu)概念，推測(cè)可能的構(gòu)造式，甚至構(gòu)型式。 6. 結(jié)構(gòu)表征 結(jié)構(gòu)表征的方法大體上有化學(xué)法和物理方法 等。 Chapter 4 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)表征方法 1. 化學(xué)方法表征有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu) (1) 官能團(tuán)分析方法 測(cè)定官能團(tuán) ,決定研究的化合物所屬化合物類別，進(jìn)行定性分析，進(jìn)行定量測(cè)定。 (2) 化學(xué)降解及合成方法 (3) 官能團(tuán)轉(zhuǎn)化法 把官能團(tuán)化合物轉(zhuǎn)化成衍生物，測(cè)定衍生物的性質(zhì)。 Chapter 4 2. 物理方法表征化合物的結(jié)構(gòu) (1) 測(cè)定物理常數(shù)法 此法只能為輔助方法。 (2) 現(xiàn)代物理儀器測(cè)量方法 紅外光譜、紫外光譜、核磁共振譜和質(zhì)譜被廣泛使用。這些方法揭示化合物微觀結(jié)構(gòu) ,是結(jié)構(gòu)表征的最有力的手段和快速的方法。 Chapter 4 （ 1） 電磁波與有機(jī)分子的波譜 電磁波有波動(dòng)性： ν=c/λ ν——振動(dòng)頻率，單位赫（ Hz） c——光速，近似看成是常數(shù) λ——波長(zhǎng)，單位厘米（ cm） ζ=1/ λ= ν/c 3. 物理儀器測(cè)定結(jié)構(gòu)的一般原理 Chapter 4 E=hν=hc/λ E——光子能量，單位焦（ J） h——普朗克（ Planck）常量， 1034焦秒（ Js） ν——頻率 利用分子吸收光波的頻率可以表征分子結(jié)構(gòu)。與有機(jī)分子結(jié)構(gòu)有關(guān)的光波的頻率如下表： Chapter 4 Chapter 4 （ 2） 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)表征最常用的光波譜 紅外光譜 ： 常用來(lái)決定化合物含有什么官能團(tuán)，屬于哪類化合物。 紫外光譜 ： 常用來(lái)表征分子中重鍵的情況，特別是共軛體等。 核磁共振光譜 ： 常用來(lái)測(cè)定有機(jī)分子中的氫原子和碳原子連接的方式和化學(xué)環(huán)境。 Chapter 4 質(zhì)譜 ： 不屬于光波譜，它主要是確定分子的相對(duì)質(zhì)量和組成分子的基團(tuán)，進(jìn)一步推測(cè)分子的結(jié)構(gòu)。 表征不同結(jié)構(gòu)的化合物要選用不同的方法，很難用一種方法（尤其對(duì)新化合物）準(zhǔn)確決定分子結(jié)構(gòu)，經(jīng)常是幾種方法聯(lián)合使用，互相補(bǔ)充，互相驗(yàn)證。 Chapter 4 紅外光譜 基本原理 重要官能團(tuán)吸收區(qū)域 紅外吸收光譜圖及其解析 Chapter 4 基本原理 1. 化學(xué)鍵振動(dòng)的類型 (1) 伸縮振動(dòng) 成鍵的兩原子沿鍵軸方向伸長(zhǎng)和縮短的振動(dòng)稱為 伸縮振動(dòng) ，常用 ν 表示。 伸縮振動(dòng)有兩種：對(duì)稱伸縮振動(dòng)（ ν s）和不對(duì)稱伸縮振動(dòng)（ ν as）。 Chapter 4 振動(dòng)頻率 ν 與兩原子的質(zhì)量 m m鍵的力常數(shù) k 有關(guān)： Chapter 4 ① 鍵的力常數(shù) k 與鍵能有關(guān)，鍵能大，力常數(shù)大，振動(dòng)頻率也大。 Chapter 4 ② m1和 m2越小，（ 1/m1 + 1/m2）越大，振動(dòng)頻率 也越大。 Chapter 4 ③ 同一原子上有幾個(gè)鍵，振動(dòng)會(huì)發(fā)生互相影響。 如 H—C—H 中兩個(gè) C—H 鍵振動(dòng)頻率相等，互相 偶合。 對(duì)稱伸縮振動(dòng)（ νs） 2850 cm1 不對(duì)稱伸縮振動(dòng)（ νas） 2930 cm1 對(duì)稱伸縮振動(dòng) 不對(duì)稱伸縮振動(dòng) H HCH HCChapter 4 ? C—C—H兩鍵振動(dòng)頻率相差較大（ 1000cm1 / 2900 cm1），互相影響小，看成獨(dú)立的。 C—C， C—N， C—O振動(dòng)頻率比較接近，相互有影 響。 Y—H， Y=Z和 Y≡Z振動(dòng)頻率比分子的C—C鍵的振動(dòng)頻率高得多，也可以看成獨(dú)立的。 Chapter 4 （ 2）彎曲振動(dòng) 彎曲振動(dòng) 是離開(kāi)鍵軸的前、后、左、右振動(dòng)。鍵長(zhǎng)不改變，鍵角改變，力常數(shù)變化小。亞甲基有面內(nèi)振動(dòng)和面外振動(dòng)。 H HCH HCC CH HCC C C CH HCC C剪式 搖式 擺式 扭式 面內(nèi)彎曲振動(dòng) 面外彎曲振動(dòng) Chapter 4 2. 產(chǎn)生紅外光譜的條件 （ 1）紅外光輻射的頻率與分子中鍵振動(dòng)的頻率相當(dāng)時(shí)，才能被吸收產(chǎn)生吸收光譜。 （ 2）振動(dòng)過(guò)程中能引起偶極矩變化的鍵。 Chapter 4 重要官能團(tuán)吸收區(qū)域 Chapter 4 1. 倍頻區(qū) 大于 3700cm1的區(qū)，出現(xiàn)的是一些鍵的振動(dòng)頻率的倍頻，常比倍頻率低些。 2. 官能團(tuán)吸收區(qū)（高頻區(qū)） 在 3700～ 1600cm1區(qū)組成官能團(tuán)鍵的吸收大都在此區(qū)，故稱官能團(tuán)區(qū)。其又分三個(gè)小區(qū)： Chapter 4 ① YH伸縮振動(dòng)區(qū)（ 3700～ 2500cm1） 主要是 O—H， N—H， C—H等單鍵伸縮振動(dòng)頻率區(qū)。 ② Y≡Z和 Y=X=Z伸縮振動(dòng)區(qū)（ 2400～ 2100cm1） 主要包括 C≡C， C≡N， C=C=C， C=N=O 鍵伸縮振動(dòng)。 ③ Y=Z伸縮振動(dòng)區(qū)（ 1800～ 1600cm1） Chapter 4 3. 指紋區(qū) (低頻區(qū) ) 小于 1600cm1的振動(dòng)頻率都在此區(qū)，主要是C—C， C—N， C—O等單鍵的伸縮振動(dòng)和各種彎曲振動(dòng)的頻率。分子結(jié)構(gòu)的微小變化，這些鍵的振動(dòng)頻率都能反映出來(lái)，就像人的指紋一樣有特征
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