现代物理实验方法的应用1

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1、第七章有机化合物结构表征学习要求1．初步了解紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱的一般原理。2．初步掌握紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱在有机化合物分子结构测定中的应用。3．能剖析简单分子的紫外光谱、红外光谱和核磁共振谱图。1引言1.有机化合物结构表征的问题提出研究一个未知的有机化合物,需要对该化合的进行结构表征。其基本程序为：化合物的分离提纯→元素定性、定量分析→确定化学式→确定化合物可能的构造式→化合物的结构表征。在实际工作中，这些基本操作过程有时是互相交错的进行。2.有机化合物结构表征方法与一般步骤(1).分离提纯研究一个有机化合物，必须

2、保证这个化合物是单一纯净的化合物。常使用的分离提纯方法是蒸馏、萃取、洗涤、重结晶、升华、色谱等物理过程分离法。有时也用物理、化学过程相结合的分离提纯法。分离提纯过的化合物，必须检验其纯度后才有进行下一步工作。用测定熔点和沸点等物理常数是恒定值。用气色相谱、高压液相色谱、纸色谱、薄层色谱等确定化合物的纯度，有试样用量少、节省时间等优点。2(2)元素定性、定量分析确定化合物是由哪些元素组成的。进而再进行元素的定量分析，确定组成化合物的每种元素的含量。在此基础上进行计算，求得化合物的实验式。现在用元素分析仪很容易给出元素的定量结果。(3)相

3、对分子质量测定相对分子质量的测定方法很多，常用蒸气密度法、冰点降低法、沸点升高法和渗透压法等；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测得化合物相对分子质量写出分子后，按着同分异概念，写出可能的同分异构体造式。(5)化合物结构的表征结构表征大体上有三种方法：物理常数测定法、化学法和近代物理方法。3A化学方法利用官能团的特征反应，确定化合物是属于哪一类化合物。例如，用烯烃与卤素的加成反应区别烯烃与环烷烃(小环烷烃除外)；用斐林(Fehing)试剂和托伦(Tollens)试剂区别醛和酮；用酸碱中和反应区别羧酸和酯等等。

4、必要时，把官能团化合物转变成相应的衍生的，然后测定衍生物的性质，判断母本化合物的结构。如：羰基化合物与羰基试剂作用制备羰基衍生物等等。化学方法构成了有机分析学科的重要组成部分。B物理常数测定法表征有机化合物结构常用的物理常数，包括沸点、熔点、相对密度、折射率和比旋光度等，是化合物的物理属性，甚至可能是混合物，在用测定物理常数表征化合物结构时要注意这一点，因此，常常需要其它方法配合使用，才能准确表征一个化合物。C近代物理方法：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

5、了有机化合和的波谱学。这种方法的特点是试样用量少、测试时间短、结果精确等。尤其与计算机联用后，优越性更加突出。与物理常数宏观性质相比，有机化合物的波谱是记录有机化合物分子的微观性质，是研究表征分子结构的最有力的方法和手段。4第一节电磁波谱的基本概念一、电磁波电磁波包括了从宇宙射线到无线电波在内的广阔区域。电磁波区域所有的这些电磁波都具有相同的速度：c=3×1010cm/s。T：周期；单位：秒（S）v：频率；单位：赫（Hz）；λ：波长；单位：厘米（cm）；1nm=10-3μm=10-6mm=10-7cm=10-9m.频率也可以用波数σ来表

6、示其定义是在1cm长度内波的数目如波长为3×10-5cm的光的波数为：σ=1/(3×10-5)=33333/nm101021031051061071085电磁波的能量；E=hν=hc/λE:电磁波的能量；h：planck常数（6.626×10-34J·S)吸收光谱把某一化合物对于不同波长的辐射的吸收情况(以透射率或吸光度表示)记录下来。分子的吸收光谱可分成三类：1、转动光谱：分子吸收的光能只引起转动能级的变化。它位于远红外及微波区域。可用来测定键长和键角。2、振动光谱—红外光谱3、电子光谱—紫外光谱分子吸收的能量引起振动能级的变化。由

7、一些谱带组成，大多位于红区域内。分子吸收的光能使电子激发到较高的能级上。由一些谱带组成，在可见及紫外区域内出现二、分子吸收光谱的产生及分类6第二节紫外光谱分子吸收紫外光后，发生价电子能级跃迁，产生紫外吸收光谱，简称紫外光谱(ultravioetspectroscopy，缩写为UV)，因此，紫外光谱又称电子光谱。远紫外光(4—200nm)易被空气中的O2和CO2吸收，要在真空条件下才能测定，研究远紫外光谱比较困难，通常所说的紫外光谱是指近紫外区(200—400nm)的吸收光谱。有些有机分子特别是共轭体系分子的价电子跃迁往往出现在可见光区(

8、400—800nm)。从应用的角度，多数将紫外和可见光谱连在一起，称为紫外—可见光谱。一、紫外光谱及其产生紫外光的波长范围：4—400nm4—200nm远紫外区200—400nm近紫外区7二、分子轨道能级图