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第4章有机化合物的结构表征

4.1有机化合物结构表征的基本程序4.2红外光谱4.3核磁共振谱4.4紫外光谱4.5质谱

4.1有机化合物结构表征的基本程序4.1.1有机化合物结构表征的程序4.1.2有机化合物结构表征方法

4.1.1有机化合物结构表征的程序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→测定相对分子质量→推测构造式→结构表征常用的分离方法蒸馏、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、化学相结合的分离过程。

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。分离后检查纯度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。元素的定量定性分析测定相对分子质量(质谱法等)，结合实验式才能写出分子式。测定相对分子质量

推测构造式根据化合物制备方法或来源，结合分子式，利用同分异构概念，推测可能的构造式，甚至构型式。结构表征结构表征的方法大体上有化学法和物理方法等。

4.1.2有机化合物结构表征方法化学方法表征有机化合物的结构官能团分析方法测定官能团,决定研究的化合物所属化合物类别，进行定性分析，进行定量测定。化学降解及合成方法官能团转化法把官能团化合物转化成衍生物，测定衍生物的性质。

物理方法表征化合物的结构测定物理常数法此法只能为辅助方法。现代物理仪器测量方法红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱和质谱被广泛使用。这些方法揭示化合物微观结构,是结构表征的最有力的手段和快速的方法。010302

0102电磁波与有机分子的波谱电磁波有波动性：ν=c/λν——振动频率，单位赫（Hz）c——光速，近似看成是常数λ——波长，单位厘米（cm）σ=1/λ=ν/c物理仪器测定结构的一般原理

E=hν=h·c/λE——光子能量，单位焦（J）h——普朗克（Planck）常量，6.626×10-34焦秒（J·s）ν——频率利用分子吸收光波的频率可以表征分子结构。与有机分子结构有关的光波的频率如下表：

01有机化合物结构表征最常用的光波谱02红外光谱：03常用来决定化合物含有什么官能团，属于哪类化合物。04紫外光谱：05常用来表征分子中重键的情况，特别是共轭体等。06核磁共振光谱：07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。

030201质谱：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。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）准确决定分子结构，经常是几种方法联合使用，互相补充，互相验证。

4.2红外光谱基本原理重要官能团吸收区域红外吸收光谱图及其解析

4.2.1基本原理化学键振动的类型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。伸缩振动有两种：对称伸缩振动（νs）和不对称伸缩振动（νas）。

振动频率ν与两原子的质量m1、m2、键的力常数k有关：

键的力常数k与键能有关，键能大，力常数大，振动频率也大。

m1和m2越小，（1/m1+1/m2）越大，振动频率也越大。

对称伸缩振动不对称伸缩振动同一原子上有几个键，振动会发生互相影响。如H—C—H中两个C—H键振动频率相等，互相偶合。对称伸缩振动（νs）2850cm-1不对称伸缩振动（νas）2930cm-1030405060102

C—C—H两键振动频率相差较大（1000cm-1/2900cm-1），互相影响小，看成独立的。C—C，C—N，C—O振动频率比较接近，相互有影响。Y—H，Y=Z和Y≡Z振动频率比分子的C—C键的振动频率高得多，也可以看成独立的。

（2）弯曲振动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。亚甲基有面内振动和面外振动。剪式摇式摆式扭式面内弯曲振动面外弯曲振动

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。振动过程中能引起偶极矩变化的键。产生红外光谱的条件

4.2.2重要官能团吸收区域

倍频区01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。02官能团吸收区（高频区）03在3700～1600cm-1区组成官能团键的吸收大都在此区，故称官能团区。其又分三个小区：04

Y-H伸缩振动区（3700～2500cm-1）主要是O—H，N—H，C—H等单键伸缩振动频率区。Y≡Z和Y=X=Z伸缩振动区（2400～2100cm-1）主要包括C≡C，C≡N，C=C=C，C=N=O键伸缩振动。Y=Z伸缩振动区（1800～1600cm-1）

指纹区(低频区)小于1600cm-1的振动频