解读有机化合物的结构表征

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。 伸缩振动有两种：对称伸缩振动（νs）
不对称伸缩振动（νas）
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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：
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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。
3. 元素的定量定性分析
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。
4. 测定相对分子质量
测定相对分子质量，结合实验式才能写出分子 式。
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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 同分异构概念，推测可能的构造式，甚至构型式。
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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。
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）和核磁共振光谱（NMR）
6. 结构表征
物理常数测定法、化学法和近代物理法。 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。
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化学方法：
(1)官能团分析方法 官能团决定研究对象所属化合物类别，进
行定性分析，进行定量测定wenku.baidu.com (2)化学降解及合成方法 (3)官能团转化法
对称伸缩振动（νs） 2850cm-1
不对称伸缩振动（νas） 2930cm-1
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C-C-H两键振动频率相差大 （2900cm-1/1000cm-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，
因此同一个化学键，在不同的分子中σ 不等。 Y-H，y=Z和Y≡Z振动频率比C-C键的高得
②Y≡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。
③Y=Z伸缩振动区（1800～1600cm-1）
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2. 指纹区(低频区)
小于1600cm-1的振动频率都在此区，主要是CC，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，这些键 的振动频率都能反映出来，就象人的指纹一 样有特征，故称指纹区。能反映化合物的精 细结构。
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4.2 红 外 光 谱（IR，Infraned pectroscopy） 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-1）为400-4000,测 定的是分子中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。
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把官能团化合物转化成衍生物，测定衍生 物的性质。
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物理常数测定法：
此法只能为辅助方法。
近代物理方法： 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。
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• 1、电磁波粒子能量：
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第四章 有机化合物的结构表征
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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→测定相对 分子质量→推测构造式→结构表征
2. 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。
多，也可以看成独立的，
因此可用官能团的伸缩振动光谱表征化合物。
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（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。
因分子的弯曲振动，振动频率很低。
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2．产生红外光谱的条件
1）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。 2）振动过程中能引起偶极矩变化的键才能产 生吸收光谱。H2、O2、N2等双原子分子，HC≡C-H，对称R-C≡C-R中的-C≡C-振动时都不引 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。
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。
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② M1和M2越小，（1/M1 + 1/M2）越大，振
动频率也越大。
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③ 同一原子上有几个键，振动会发生互相 影响，H-C-H两个C-H键振动频率相等， 互相偶合，或是对称伸缩振动，或是不 对称伸缩振动，振动频率也变化。
与有机分子结构有关的光波的频率如下表：
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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，常用来决定
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，更多的用
于电子离域体系的电子跃迁，常用来表征分子中 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（氢核和碳 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。
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、原子核等是运 动的，质点不同，运动状态不同，能量差是量子化 的。用电磁波辐射物质，质点吸收电磁波，获得能 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，即一定能量 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。
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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：
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1. 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 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） 主要是O-H，N-H，C-H等单键伸缩振动频率区。