有机分析实验讲义2013

1、有机分析实验讲义(2013年) 东北农业大学理学院应用化学系第一部分 计算机模拟实验实验一 计算机模拟实验-红外吸收光谱、色质联用仪一、实验目的1.了解仪器的性能、用途、特点。2.了解常用仪器的原理、操作过程。3.仪器原理与结构介绍：仪器主要部件，仪器结构原理等；4.红外、质谱等谱图的解析：谱图解析与化合物结构确定；现代仪器分析-红外吸收光谱分析软件使用说明：红外吸收光谱分析软件运行后，在主界面中可首先点击图表选择按钮，可选听实验原理、实验演示、仿真实验、测验等相关内容。仿真实验中有7个实验可供选择。思考题：1. 红外光谱法的特点。2. 红外光谱产生的条件。3. 影响谱带位置的因素。4. 红外

2、分光光度仪结构。现代仪器分析-气相色谱-质谱联用仪使用说明：气相色谱-质谱联用仪软件运行后，在主界面中可首先点击图表选择按钮，可选听实验原理、实验演示、仿真实验、测验等相关内容。仿真实验中有3个实验可供选择。思考题：1. 气相色谱-质谱联用仪组成。2.色谱柱为什么会分离不同物质。3.色谱检测器种类。4.质谱仪组成。实验二 溶解度实验一、实验目的掌握不同的溶剂对有机化合物进行分组的方法二、实验原理利用“相似相溶”原理，根据化合物在水、乙醚、5NaOH、5NaHCO3、5HCl、浓H2SO4这六种溶剂中的溶解行对有机化合物进行分组。样品不溶：I组溶溶不溶水乙醚5NaOH不溶：S2组溶不溶溶：A1组

3、不溶：A2组5NaHCO35HCl溶：B组含N、S、P等杂元素：M组不含N、SP等不溶浓H2SO4溶：N组石蕊变蓝(pH>7)：SB石蕊不变(pH7)：S1石蕊变红(pH<7)：SA三、仪器及试剂仪器：干燥试管、试管夹、滴管、台秤、1mL移液管、10mL量筒试剂：蒸馏水、乙醚、5%氢氧化钠、5%盐酸、5%碳酸氢钠、浓硫酸乙醇、甘油、环己烷、氯苯、苯甲酸、乙酰苯胺、苯酚、未知物四、实验步骤1水溶度试验取0.2mL(45滴)液体或0.1g固体试样于试管中，加1mL水振荡后，如不溶解可加至3mL观察是否溶解，若液体试样与水分层应注意试样与水的相对密度，固体试样微溶，继续做下面的溶度试验，

4、水溶性试样应用pH试纸试其酸碱性。2乙醚溶度试验若试样溶于水，可做乙醚试验，方法同水溶度试验，但必须用干燥试管及纯净的乙醚。若试样溶于乙醚列入S1组。若试样不溶于乙醚列入S2组。35NaOH溶度试验取不溶于水的试样0.1g或0.2mL按照上法分3次加入3mL5NaOH溶液，振荡后溶解者为酸性化合物，可再做5NaHCO3溶度试验。不溶解的做5HCl溶解度试验。4 5NaHCO3溶度试验另取溶于5NaOH试样0.1g或0.2mL按照上法分3次加入3mL5NaHCO3溶液，振荡(注意观察是否有CO2气体放出)溶解为A1强酸性组，不溶解为A2弱酸性组。5 5盐酸溶度试验取不溶于5NaOH的非水溶性试样

5、0.1g或0.2mL，分3次加入3mL5HCl，振荡后，试样溶解的为碱性化合物，属于B组。不溶，且在元素定性分析时鉴定出含氮、硫和磷等杂元素者，为特殊的中性化合物属M组。不溶于5盐酸，又不含氮、硫和磷等杂元素者需继续做浓硫酸溶解度试验6浓H2SO4溶解度试验在干燥试管中加3mL冷浓H2SO4，慢慢加入0.1g或0.2mL试样，随时振荡，观察所起变化：是否放热？颜色变化？有无沉淀生成？有无气体放出？溶者为中性化合物属N组不溶者属惰性组I组。对以上试验均为负性反应，且不含N、S、P等杂元素的化合物列为惰性化合物属I组。以(1)乙醇、(2)甘油、(3)环己烯、(4)氯苯、(5)苯甲酸、(6)乙酰苯胺

6、、(7)苯酚为例下表列出溶度测定试验的报告格式：表1-3 试验报告表化合物结构式水乙醚5NaOH5NaHCO35HCl浓H2SO4组别乙醇甘油环己烯氯苯苯甲酸乙酰苯胺苯酚注：表中“”表示溶解；“”表示不溶解；若介于溶解和不溶解之间的现象，则用符号“±”表示；“”表示不需试验的项目。五、注意事项1. 实验时溶剂必须按顺序进行，不能前后颠倒。当试样找到溶解度组后不再试验其在其它溶剂中的溶解情况。2. 所有实验均在室温下进行，不能加热。3. 如果溶质与溶剂发生作用，不论是否形成均匀溶液，均认为溶解。4. 注意两性物质。5. 注意环己烯与浓硫酸反应，会强烈放热暴沸，要求浓硫酸逐滴加入。附表：

7、溶度分组表分组所含元素化合物类型S1组：能溶于水和乙醚，水溶液中性。包括含一元官能团的，碳原子数目在5个以下的化合物只含C、H、O含N含卤素含S含N及卤素含N及S醇、醛与酮、羧酸、缩醛、酸酐、酯、醚、某些1，2-二元醇、内酯、多羟基酚酰胺、胺、氨基杂环、腈、硝基烷、肟以上第1类化合物的卤素衍生物羟基含硫杂环化合物、巯基酸、巯代羧酸卤代胺、酰胺及腈氨基含硫杂环化合物SA组：能溶于水和乙醚，水溶液呈酸性。五个或少于五个碳原子的单功能团的羧酸、二元酚和芳基磺酸等酸性化合物SB组：能溶于水和乙醚，水溶液呈碱性。六个碳原子以下胺类化合物S2组：溶于水，不溶于乙醚；含有两个或两个以上极性官能团、中等分子量

8、的化合物，但磺酸或亚磺酸或盐类只需一个官能团即可只含C、H、O含金属含N含卤素含S含N及卤素含N及S二元或多元羧酸、羟基酸、多元醇、多元酚、简单碳水化合物酸及酚的盐、其它金属化合物或络合物胺的有机酸盐、氨基酸、铵盐、酰胺、胺、氨基醇、氨基脲、缩胺基脲、脲卤代酸、酰卤(水解后)、卤代醇或醛等磺酸、烃基硫酸、亚磺酸胺的卤酸盐氨基二亚磺酸、弱碱的硫酸氢盐、氰代磺酸、硝基磺酸A1组：强酸性化合物只含C、H、O含N含卤素含S含N及S含S及卤素10个碳原子以下的羧酸(许多形成肥皂胶体)、酸酐氨基酸、硝基酸、氰基酸、氮杂环羧酸、多硝基酚卤代酸、多卤代酚磺酸、亚磺酸氨基磺酸、硝基硫酚、弱碱的硫酸盐磺酰卤A2组

9、：弱酸性化合物只含C、H、O含N含卤素含S含N及卤素含N及S高分子量酸(形成肥皂胶体)、酸酐、酚(包括含酚羟基的羟酸酯)、烯醇氨基酸、硝基酚、酰胺(包括N-一元烃基酰胺)、氨基酚、两性化合物、氰基酚、亚酰胺、N-烃基羟胺、肟、伯及仲硝基烷、三硝基芳烃、酰脲卤代酚硫醇、硫酚多硝基卤代芳烃、含氮及卤素的取代酚氨基磺酰胺、氨基磺酸、伯胺及氨的磺酰胺、硫代酰胺、氨基硫酚B组：碱性化合物胺(但负性基取代芳胺及二芳基和三芳基胺属M组)、氨基酸、两性化合物(如氨基酚、氨基硫酚、氨基磺酰胺)、芳烃基肼、N-二烃基酰胺M组：只包括一些最常见的化合物含N含S含N及S含N及卤素酰胺(酰苯胺、酰甲苯胺等)、多硝基芳胺

10、、硝基芳烃及叔硝基烷、偶氮、氢化偶氮及氧化偶氮物、二及三芳基胺、二硝基苯肼或它的腙、硝酸酯、腈硫醇、硫酸脂、磺硫酯、硫醚、二硫醚、砜、硫代羧酸酯、硫脲及其衍生物N-二烃基磺酰胺、噻唑及其衍生物多卤代芳胺、卤代酰胺、卤代腈N组：醇、醛及酮、酯、醚(二芳醚例外)、不饱和烃、易磺化的芳烃(如间位二元或多元烃基苯等)、缩醛、酸酐、内酯、多糖I组：烷烃、简单芳烃、烃类卤素衍生物、二芳基醚实验三 凯氏定氮法测定食品中蛋白质一、目的要求1学习有机样品中氮元素含量的测定原理及方法.2学习蛋白质含量测定的凯氏定氮法。二、实验原理蛋白质是一类复杂的含氮化合物，每种蛋白质都有其恒定的含氮量(约在1418，平均约含氮

11、16)所以，可用蛋白氮的量乘以6.25(100/166.25)，算出蛋白质的含量。若以总氮含量乘以6.25，就是样品的粗蛋白含量。通常测定总氮或蛋白氮，将材料与浓硫酸共热，硫酸分解为二氧化硫、水和原子态氧，并将有机物氧化分解成二氧化碳和水；而其中的氮转变成氨，并进一步生成硫酸铵。为了加速有机物质的分解，在消化时通常加入多种催化剂，如硫酸铜、硫酸钾和硒粉等。消化完成后，加入过量NaOH，将NH4+转变成NH3，通过蒸馏把NH3导入过量的硼酸溶液中，再用标准盐酸滴定，直到硼酸溶液恢复原来的氢离子浓度。滴定消耗的标准盐酸摩尔数即为NH3的摩尔数，通过计算，可得出含氮量。试样中若含有硝态氮时，首先要使

12、硝态氮还原为铵态氮，可加入水杨酸和硫代硫酸钠，使硝态氮与水杨酸在室温下作用生成硝基水杨酸，再用硫代硫酸钠粉使硝基水杨酸转化为铵盐。由于水杨酸与硫代硫酸钠会消耗一部分硫酸，所以消化时的硫酸用量要酌情增加。三、仪器与试剂仪器：消化管、海能K9840自动凯氏定氮仪、锥形瓶、滴定管、量筒、容量瓶、烧杯、 移液管等。药品：硫酸铜(CuSO4)、硫酸钾(K2SO4)、硫酸(H2SO4)、硼酸、氢氧化钠、盐酸、0.1%甲基红乙醇溶液、0.1%溴甲酚绿乙醇溶液、碳酸钠(标定盐酸用)材料：各种干燥、过筛(6080目)的植物样品。四、实验内容1、化学试剂的制备(1)配制 30% - 40%的氢氧化钠溶液，3-5升

13、加入碱液桶中。(建议：用35%浓度，溶液在室温变化后不易结晶而堵塞管路)；(2) 配制甲基红-溴甲酚绿混和指示剂： 1份0.1%甲基红乙醇溶液与5份0.1%溴甲酚绿乙醇溶液临用时混合，也可用2份0.1%甲基红乙醇溶液与1份0.1%次甲基蓝乙醇溶液临用时混合；(3) 配制2%硼酸(H3BO3)溶液；(4) 配制盐酸滴定液：浓度根据被测样品的含量而定( mol·L-l)，浓度需精确标定。2、样品处理：准确称取0.1g蛋白质样品或其他适量样品，移入干燥的消化管中，加入0.2g硫酸铜，3g硫酸钾及10mL硫酸，稍摇匀后于瓶口放一长颈小漏斗(或消化帽)，将消化管放入消化炉中

14、小心加热，待内容物全部炭化，泡沫完全停止后，加强火力，并保持瓶内液体微沸，至液体呈蓝绿色澄清透明后，再继续加热0.5h。（18020min，25010min，30015min，400至澄清，继续加热30min，）取下放冷，备用。空白为取与处理样品相同量的硫酸铜、硫酸钾按同一方法进行处理所得样品。3、蒸馏： 打开冷凝水开关，打开仪器电源开关， 数秒钟后系统自动进入操作模式选择界面。将消化管和干净的锥形瓶放置正确位置。选择“自动”模式，然后确认，设置参数，稀释水量设定10 mL，硼酸体积20 mL，加碱体积50 mL(消化时浓硫酸体积的5倍)，蒸馏时间4min，淋洗水量10 mL。然后确

15、认，屏幕显示集液瓶是否到位，检查无误后确认，仪器将自动进行蒸馏。如遇紧急情况，可按“急停”。5、滴定：取下三角瓶，以标准硫酸或标准盐酸标准溶液滴定至灰色或蓝紫色为终点。6、计算：计算式中：X样品中蛋白质的含量，%；V1样品消耗硫酸或盐酸标准液的体积，mL；V2试剂空白消耗硫酸或盐酸标准液的体积，mL；N 盐酸标准溶液的浓度；0.0141 mol·L-l硫酸或盐酸标准溶液1mL相当于氮克数；m样品的质量(体积)，g(mL)；F氮换算为蛋白质的系数。蛋白质中的氮含量一般为1517.6%，按16%计算乘以6.25即为蛋白质，乳制品为6.38，面粉为5.70，玉米、高粱为6.24，花生为5.

16、46，米为5.95，大豆及其制品为5.71，肉与肉制品为6.25，大麦、小米、燕麦、裸麦为5.83，芝麻、向日葵为5.30。五、注意事项(1)样品应是均匀的，固体样品应预先研细混匀，液体样品应振摇或搅拌均匀。(2)样品放入消化管内时，不要沾附颈上，万一沾附可用少量水冲下，以免被检样消化不完全，结果偏低。(3)消化时如不容易呈透明溶液，可将消化管放冷后，慢慢加入30%过氧化氢2-3mL，促使氧化。(4)在整个消化过程中，不要用强火，保持和缓的沸腾，使火力集中在消化管底部，以免附在壁上的蛋白质在无硫酸存在的情况下，使氮有损失。(5)如硫酸缺少，过多的硫酸钾会引起氨的损失，这样会形成硫酸氢钾，而不与

17、氨作 用，因此当硫酸过多的被消耗或样品中脂肪含量过高时，要增加硫酸的量。(6)加入硫酸钾的作用为增加溶液的沸点，硫酸铜为催化剂，硫酸铜在蒸馏时作碱性反应的指示剂。(7)混合指示剂在碱性溶液中呈绿色，在中性溶液中呈灰色，在酸性溶液中呈红色。如果没有溴甲酚绿，可单独使用0.1%甲基红乙醇溶液。(8)氨是否完全蒸馏出来，可用pH试纸试馏出液是否为碱性。(9)以硼酸为氨的吸收液，可省去标定碱液的操作，且硼酸的体积要求并不严格，亦可免去用移液管，操作比较简便。(10)向蒸馏瓶中加入浓碱时，往往出现褐色沉淀物，这是由于分解促进碱与加入的硫酸铜反应，生成氢氧化铜，经加热后又分解生成氧化铜的沉淀。有时铜离子与

18、氨作用，生成深兰色的结合物Cu(NH3)42+。实验四 苯和苯衍生物紫外吸收光谱的测定一、实验目的1了解紫外可见光光度计的结构、用途及使用方法2了解紫外吸收光谱在有机化合物结构鉴定中的作用及原理。3. 了解溶剂极性及pH对吸收光谱的影响及原理。4. 了解紫外-可见吸收光谱的产生及不同助色团对苯的紫外吸收光谱的影响,。二、实验原理作为有机化合物结构解析四大光谱之一，紫外吸收光谱具有方法简单、仪器普及率高、操作简便，紫外吸收光谱吸收强度大检出灵敏度高，可进行定性、定量分析的特点。尽管紫外光谱谱带数目少、无精细结构、特征性差，只能反映分子中发色团和助色团及其附近的结构特征，无法反映整个分子特性，单靠

19、紫外光谱数据去推断未知物的结构很困难，但是紫外光谱对于判断有机物中发色团和助色团种类、位置、数目以及区别饱和与不饱和化合物，测定分子中共轭程度进而确定未知物的结构骨架等方面有独到之处。因此紫外吸收光谱是配合红外、质谱、核磁进行有机物定性鉴定和结构分析的重要手段。 利用有机光谱定性的依据是化合物的吸收光谱特征，主要步骤是绘制纯样品的吸收光谱曲线，由光谱特征依据一般规律作出判断；用对比法比较未知物和已知纯化合物的吸收光谱，或将未知物吸收光谱与标准谱图对比，当浓度和溶剂相同时，若两者谱图相同(曲线形状、吸收峰数目、max及 max等)，说明两者是同一化合物。为进一步确证可换溶剂进行比较测定。常用的光

20、谱图集是Sadtler谱图，它收集了46000多种化合物的紫外吸收光谱图，并附有五种索引，使用方便。最后要用其他化学、物理或物理化学等方法进行对照验证才能作出正确的结论。 有机化合物分子中主要有三种电子：形成单键的电子、形成双键的电子、未成键的孤对电子（也称n电子）。基态时电子和电子分别处在成键轨道和成键轨道上，n电子处于非键轨道上。仅从能量的角度看，处于低能态的电子吸收合适的能量后，都可以跃迁到任一个较高能级的反键轨道上。跃迁的情况如下图所示：上图中虚线下的数字是跃迁时吸收能量的大小顺序，该顺序也可以表示为n*<*<n*<*<*<*即n*的跃迁吸收能量最小。实际

21、上，对于一个非共轭体系来讲，所有这些可能的跃迁中，只有n*的跃迁的能量足够小，相应的吸收光波长在200-800 nm范围内，即落在近紫外-可见光区。其它的跃迁能量都太大，它们的吸收光波长均在200 nm以下，无法观察到紫外光谱。但对于共轭体系的跃迁，它们的吸收光可以落在近紫外区。根据上图，可以认为：烷烃只有键，只能发生*的跃迁。含有重键如C=C，CC，C=O，C=N等的化合物有键和键，有可能发生*，*，*，*的跃迁。分子中含有氧、卤素等原子时，因为它们含有n电子，还可能发生n*、n*的跃迁。有机分子最常见的跃迁是*，*，n*，n*的跃迁。芳香族化合物芳香族化合物都具有环状的共轭体系，一般来讲，

22、它们都有三个吸收带。芳香族化合物中最重要的是苯，苯的带max=184 nm(=47000)，在真空紫外。带max=204 nm(=6900)，带max=255 nm(=230)。下图所示为苯的带在255 nm处的吸收。因为电子跃迁时伴随着振动能级的跃迁，因此将带弱的吸收分裂成一系列的小峰，吸收最高处为一系列尖峰的中心，波长为255 nm，值为230，中间间隔为振动吸收，这种特征可用于鉴别芳香化合物。苯衍生物的吸收带取代基带max/nm()带max/nm()H204(6,900)255(230)-NH3203(7,500)254(160)-CH3206(7,000)261(225)-I207(7

23、,000)257(700)-Cl209(7,400)263(190)-Br210(7,900)261(192)-OH210(6,200)270(1,450)-OCH3217(6,400)269(1,480)-CO2-224(8,700)268(560)-COOH230(11,600)273(970)-NH2230(8,600)287(1,430)-O-235(9,400)287(2600)-CHO244(15,000)280(1,500)-CH=CH2244(12,000)282(450)-NO2252(10,000)280(1,000)注：以上用水、甲酵或乙醉为溶剂。有些基团的紫外吸收光谱与

24、pH关系很大， 例如苯胺在酸性条件下由于氮上孤电子对与质子结合，它的吸收光谱与苯环类似；如酚在酸性与中性条件下的吸收光谱与碱性时不一样。生色基团和助色基团凡是能在某一段光波内产生吸收的基团，就称为这一段波长的生色基(chromophore)。紫外光谱的生色基是：碳碳共轭结构、含有杂原子的共轭结构、能进行n*跃迁的基团、能进行n*跃迁并在近紫外区能吸收的原子或基团。具有非键电子的原子连在双键或共轭体系上，形成非键电子与电子的共轭，即P-共轭，使电子活动范围增大，吸收向长波方向位移，并使颜色加深。这种效应，称助色效应，这种基团称为助色基(anxochmme)，如-OH，-OR，-NH2，-NR2，

25、-SR，卤素等均是助色基。红与蓝/紫移现象由于取代基或溶剂的影响，使最大吸收峰向长波方向移动的现象称为红移(red shift)现象。由于取代基或溶剂的影响，使最大吸收峰向短波方向移动的现象称为蓝（紫）移(blue shift)现象。波长与电子跃迁前后所占据轨道的能量差成反比，因此，能引起能量差变化的因素如共轭效应、超共轭效应、空间位阻效应及溶剂效应等都可以产生红移现象或紫移现象。将烷基引入共轭体系时，烷基中的C-H键的电子可以与共轭体系的电子重叠，产生超共轭效应，其结果使电子的活动范围增大，吸收向长波方向位移。超共轭效应增长波长的作用不是很大，但对化合物结构的鉴定，还是有用的。由于溶剂与溶质

26、分子间形成氢键、偶极极化等的影响，也可以使溶质吸收波长发生位移。如*跃迁，激发态比基态的极性强，因此极性溶剂对激发态的作用比基态强，可使激发态的能量降低较多，以使基态与激发态之间的能级的能差减小，吸收向长波位移，即发生红移现象。又如n*跃迁，在质子溶剂中，溶质氮或氧上的n轨道中的电子可以被质子溶剂质子化，质子化后的杂原子增加了吸电子的作用，吸引n轨道的电子更靠近核而能量降低，故基态分子的n轨道能量降低，n*跃迁时吸收的能量较前为大，这使吸收向短波位移，即发生紫移现象，见下图。  溶剂对溶质n*跃迁能量的影响。由此可见，溶剂对基态、激发态与n态的作用是不同的，对吸收波长的影响

27、亦不同，极性溶剂比非极性溶剂的影响大。因此在记录吸收波长时，需要写明所用的溶剂。紫外中常用的溶剂为水、甲醇，乙醇、己烷或环己烷、醚等。溶剂本身也有一定的吸收带，虽然其值小，但浓度一般比待测物的浓度大好几个数量级，因此，如果与溶质的吸收带相同或相近，将会有干扰，选择溶剂时，要予以注意。溶剂的极性对溶质吸收峰的波长、强度和形状都有影响，当溶剂极性增大时*跃迁产生的吸收带红移，而n *跃迁产生的吸收带蓝移。有些基团的紫外吸收光谱和溶液的pH关系很大，如苯酚在酸性与中性条件下的吸收光谱和碱性时不同。 溶剂的极性还影响吸收光谱的精细结构，当物质处于蒸气状态时，图谱的吸收峰上因振动吸收而表现出锯齿状精细结

28、构。当溶剂从非极性变到极性时，精细结构逐渐消失，谱图趋于平滑。三、仪器与试剂 仪器：1900紫外可见光光度计(普析通用)、1 cm石英吸收池 、10 mL具塞比色管、1mL刻度移液管 试剂：苯、甲苯、苯酚、苯胺、硝基苯、苯甲醛、苯甲酸、萘、乙酰乙酸乙酯、异亚丙基丙酮、环己烷、正己烷、乙醇、丁酮、氯仿。 溶液：HCl (0.1mol·L-l)、NaOH(0.1mol·L-l)、四、实验内容 1、 测定溶液的配制：苯:环己烷(1:250)、甲苯:环己烷(1:250)、苯酚:环己烷(0.25mol·L-l)、苯胺:环己烷(1:250)、硝基苯:环己烷(1:250)、苯甲

29、醛:环己烷(1:250)、苯甲酸:环己烷(0.8mol·L-l)、萘:环己烷(0.3mol·L-l)苯酚: 水(0.4mol·L-l)、乙酰乙酸乙酯分别用正己烷、乙醇、水配成浓度为0.5g·L-l的溶液。异亚丙基丙酮分别用正己烷、乙醇、水配成浓度为0.4mol·L-l的溶液。 2、 苯及其衍生物的吸收光谱 在8个10 mL具塞比色管中分别加入1.0 mL 苯、甲苯、苯酚、苯胺、硝基苯、苯甲醛、苯甲酸的环己烷溶液，用环己烷稀释至刻度，摇匀。用1 cm石英吸收池，以环己烷作参比溶液，在紫外区200-400nm进行波长扫描，得8种物质的紫外吸收光谱。

30、观察比较苯及其衍生物的吸收光谱，讨论取代基对苯原有的吸收带的影响。 3、 溶剂极性对紫外吸收光谱 (1)溶剂极性对n *跃迁的影响 在3个 10mL 具塞比色管中各加0.04mL丁酮，分别用水、乙醇、氯仿稀释至刻度，摇匀。用带盖的1cm石英吸收池相对各自的溶剂作参比在200-320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱。观察比较不同极性溶剂对n *跃迁的影响，讨论原因。 (2)溶剂极性对*跃迁的影响 在3个10mL具塞比色管各加 0.20 mL异亚丙基丙酮溶液，分别用正己烷、氯仿、水稀释至刻度摇匀。用带盖的1cm石英吸收池相对各自的溶剂做参比溶液，在200-320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱。观察比

31、较不同极性溶剂对*跃迁的影响，讨论原因。 (3)溶剂极性对-羰基化合物酮式和烯醇式互变异构体的影响： 在3个5 mL具塞比色管中分别加入0.5mL乙酰乙酸乙酯，各用正己烷、乙醇、水稀释至刻度，摇匀。用1cm石英吸收池，分别以各自溶剂作参比溶液，在紫外区200-400nm进行波长扫描，得乙酰乙酸乙酯在3种不同极性溶剂中的紫外吸收光谱。观察比较不同极性溶剂中乙酰乙酸乙酯的烯醇式产生K带吸收(max=243nm)的 值大小，讨论原因。 (4)溶剂对吸收光谱精细结构的影响 用滴管取2滴苯加入1 cm石英吸收池中，加盖，放置2-3min后置于样品光路中，以空石英吸收池作参比，在200-320nm波长范围

32、内绘制紫外吸收光谱，得苯蒸气的吸收光谱。 在2个10 mL具塞比色管中分别加入0.01mL苯，各用环己烷、乙醇稀释至刻度，摇匀。用1cm石英吸收池，分别以各自溶剂作参比溶液，在200-320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱。得苯在2种不同极性溶剂中的紫外吸收光谱。观察比较以上3种吸收光谱，讨论溶剂对吸收光谱精细结构的影响，说明原因。 (5)溶液的酸碱性对苯酚吸收光谱的影响 在2个10 mL具塞比色管中分别加入1.0 mL苯酚水溶液，各用0.1mol·L-lHCl 和0.1mol·L-lNaOH溶液稀释至刻度，摇匀。用1cm石英吸收池，以水作参比，在200-320nm波长范围扫

33、描，得苯酚在2种酸度不同的溶液中的吸收光谱。观察比较以上2种吸收光谱，讨论原因。 五、数据处理1、不同取代基对苯的吸收光谱的影响：取代基-H-CH3-OH-COOH-NH2-NO2lmax (nm)结 论结论解释2、溶剂极性对紫外吸收光谱的影响：(1)溶剂极性对n *跃迁的影响 溶 剂CHCl3C2H5OHH2O正己烷极性顺序lmax (nm)结论结论解释(2) 溶剂极性对*跃迁的影响 溶 剂CHCl3C2H5OHH2O正己烷极性顺序lmax (nm)结论结论解释(3) 溶剂极性对-羰基化合物酮式和烯醇式互变异构体的影响： 溶 剂CHCl3C2H5OHH2O正己烷极性顺序lmax (nm)结论

34、结论解释(4) 溶剂对苯吸收光谱精细结构的影响 溶 剂蒸气C2H5OH环己烷极性顺序lmax (nm)结论结论解释(5) 溶液的酸碱性对苯酚吸收光谱的影响 溶 液0.1 mol·L-1HClH2O0.1 mol·L-1NaOHlmax (nm)结 论结论解释六、思考题1、为什么溶剂极性增大，n®p*跃迁产生的吸收带发生蓝移，而p®p*跃迁产生的吸收带发生红移？2、为什么苯酚的吸收光谱受NaOH的影响较大，而受HCl的影响较小？若用苯胺代替苯酚进行本实验，你推测实验结果将会怎样？3、某些具有共轭双健的分子受紫外-可见光后激发后，会产生荧光。如甲苯在265n

35、m激发，在285nm发射荧光，请问在进行有机物的吸收光谱实验时，是否要考虑荧光发射对吸收光谱的影响？4、通过本实验你有什么收获？你认为本实验有哪些地方需要改进？实验五 官能团的红外吸收光谱分析一、目的要求1、学习用红外吸收光谱进行化合物的定性分析。2、掌握用压片法制作固体试样晶片的方法；3、掌握液膜法制备液体样品的方法；4、初步学会对红外吸收光谱图的解析。二、基本原理红外光谱 (Infrared Spectroscopy, IR) 的研究开始于 20 世纪初期，自 1940 年商品红外光谱仪问世以来，红外光谱在有机化学研究中得到广泛的应用。到 50 年代末就已经积累了丰富的红外光谱数据。到 7

36、0 年代，在电子计算机蓬勃发展的基础上，傅立叶变换红外光谱 (FTIR) 实验技术进入现代化学家的实验室，成为结构分析的重要工具。它以高灵敏度、高分辨率、快速扫描、联机操作和高度计算机化的全新面貌使经典的红外光谱技术再获新生。近几十年来一些新技术 (如发射光谱、光声光谱、色-红联用等) 的出现，使红外光谱技术得到更加蓬勃的发展。红外光谱根据不同的波数范围分为不同的三个区： 近红外区13330-4000厘米-1 ，中红外区4000650厘米-1 ，远红外区65010厘米 -1。当一束具有连续波长的红外光聚焦照射被分析的试样时，如果物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光

37、的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。所以，红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。红外光谱图通常用波长()或波数()为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度。IR光谱主要是定性技术，但是随着比例记录电子装置的出现，也能迅速而准确地进行定量分析。红外吸收光谱产生的第二个条件是红外光与分子之间有偶合作用，为了满足这个

38、条件，分子振动时其偶极矩必须发生变化。这实际上保证了红外光的能量能传递给分子，这种能量的传递是通过分子振动偶极矩的变化来实现的。并非所有的振动都会产生红外吸收，只有偶极矩发生变化的振动才能引起可观测的红外吸收，这种振动称为红外活性振动；偶极矩等于零的分子振动不能产生红外吸收，称为红外非活性振动。 分子的振动形式可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。前者是指原子沿键轴方向的往复运动，振动过程中键长发生变化。后者是指原子垂直于化学键方向的振动。通常用不同的符号表示不同的振动形式，例如，伸缩振动可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动，分别用 Vs 和Vas 表示。弯曲振动可分为面内弯曲振动()和面外弯曲振

39、动()。从理论上来说，每一个基本振动都能吸收与其频率相同的红外光，在红外光谱图对应的位置上出现一个吸收峰。实际上有一些振动分子没有偶极矩变化是红外非活性的；另外有一些振动的频率相同，发生简并；还有一些振动频率超出了仪器可以检测的范围，这些都使得实际红外谱图中的吸收峰数目大大低于理论值。 在化合物分子中，具有相同化学键的原子基团，其基本振动频率吸收峰(简称基频峰)基本上出现在同一频率区域内，例如，CH3(CH2)5CH3、CH3(CH2)4CN和CH3(CH2)5CH=CH2等分子中都有-CH3，-CH2-基团，它们的伸缩振动基频峰与CH3(CH2)6CH3分子的红外吸收光谱中-CH3，-CH2

40、-基团的伸缩振动基频峰都出现在同一频率区域内，即在3000cm-1波数附近，但又有所不同，这是因为同一类型原子基团，在不同化合物分子中所处的化学环境有所不同，使基频峰频率发生一定移动，例如-CO基团的伸缩振动基频峰频率一般出现在18501860cm-1范围内，当它位于酸酐中时，nC=O为18201750cm-1、在酯类中时，为17501725cm-1；在醛中时，为17401720cm-1；在酮类中时，为172517l0cm-l；在与苯环共轭时，如乙酰苯中nC=O为16951680cm-1，在酰胺中时，nC=O 为1650cm-1等。因此，掌握各种原子基团基频蜂的频率及其位移规律，就可应用红外吸

41、收光谱来确定有机化合物分子中存在的原子基团及其在分子结构中的相对位置。波谱解析：1、烷烃：C-H伸缩振动（3000-2850cm-1）；C-H弯曲振动（1465-1340cm-1） 一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm-1以下，接近3000cm-1的频率吸收。2、烯烃：烯烃C-H伸缩（3100-3010cm-1）；C=C伸缩(1675-1640 cm-1)；烯烃C-H面外弯曲振动（1000-675cm-1）。3、芳烃：3100-3000cm-1芳环上C-H伸缩振动；1600-1450cm-1 C=C 骨架振动；880-680cm-1 C-H面外弯曲振动)

42、；芳香化合物重要特征：一般在1600，1580，1500和1450cm-1可能出现强度不等的个峰。880-680cm-1，C-H面外弯曲振动吸收,依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化，在芳香化合物红外谱图分析中，常常用此频区的吸收判别异构体。4、醇和酚：主要特征吸收是O-H和C-O的伸缩振动吸收。 自由羟基O-H的伸缩振动：3650-3600cm-1,为尖锐的吸收峰。 分子间氢键O-H伸缩振动：3500-3200cm-1,为宽的吸收峰；C-O 伸缩振动：1300-1000cm-1；O-H 面外弯曲：769-659cm-1红外光谱的结构及工作原理压片机模

43、型根据实验所测绘的红外光谱图的吸收峰位置、强度和形状，利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收带的归属，确认分子中所含的基团或键，并推断分子的结构，鉴定的步骤如下：(1)对样品做初步了解，如样品的纯度、外观、来源及元素分析结果，及物理性质(分子量、沸点、熔点)(2)确定未知物不饱和度，以推测化合物可能的结构；(3)图谱解析。理论上，每个振动自由度在红外光谱区均产生一个吸收峰，但实际的红外图谱中峰的数目少于自由度，原因：1）只有偶极矩变化的振动才会产生红外吸收；2）频率完全相同的振动导致峰重叠彼此简并； 3）强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的吸收峰；4）某些振动吸收强度极弱或者

44、超出记录范围；决定峰强的因素：分子振动对称性：对称性增大，偶极矩变化减小，强度 降低；基团极性：极性增大，偶极矩变化增大，强度上升；分子振动能级跃迁几率：跃迁几率升高，强度增大；样品浓度：浓度增加，强度增大； 影响频率位移：内部因素：诱导效应：取代基电负性越大诱导效应显著，谱带向高频位移；共轭效应：稳定性增强，谱带向低频位移，吸收强度增 加键应力影响：振动频率随环的原子个数减少而增加；氢键效应：伸缩振动：氢键越强，谱带越宽，吸收强度 越大，低频位移。弯曲振动：氢键越强，谱带越窄，吸收强度 越小，高频位移。  偶合效应：频率相同或相近的基团结合，分裂成两峰费米共振：一个基团倍

45、频和合频与另一个基团基频相近， 对称性同，产生共振和使谱带分外部因素：由外界物理因素，三态、溶液、折射率、粒度影响。 三、仪器与试剂仪器：FITR-8400型傅立叶变换红外光谱仪(日本岛津公司)、压片机、玛瑙研钵、快速红外干燥箱。试剂：溴化钾、正己烷、正己烷、环己烯、乙醇、苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、苯甲醛、苯甲酸、苯乙酮、苯胺、苯甲醚四、实验步骤1、开启空调机，使室内的温度为1820，相对湿度65%。2、固体样品测定1）参比溴化钾粉末100-200mg，在玛瑙研钵中充分磨细(颗粒约2m)，取出约80mg均匀铺洒在干净的压模内，于压片机上在29.4Mpa压力下，压1min

46、，制成直径为13mm、厚度为1mm的透明薄片。将此片装于固体样品架上，样品架插入红外光谱仪的样品池处，从4000-650cm-1进行波数扫描，作为参比，进行测定并记录谱图。2）测样：取0.5-2mg无水固体样品，加干燥溴化钾粉末100-200mg，在玛瑙研钵中充分磨细(颗粒约2m)，使之混合均匀，并将其在红外灯下烘10min左右。取出约80mg混合物均匀铺洒在干净的压模内，于压片机上在29.4Mpa压力下，压1min，制成直径为13mm、厚度为1mm的透明薄片。将此片装于固体样品架上，样品架插入红外光谱仪的样品池处，从4000-650cm-1进行波数扫描，得到吸收光谱。另外准备一个纯的KBr片

47、作为参比，进行测定并记录谱图。3、液体样品测定液膜法：将一滴样品放在两块盐片之间以形成薄膜再进行测定。戴上指套，取两片氯化钠盐片，用四氯化碳清洗其表面，并放入红外灯下烘干备用。在可拆式液体池的金属池板上垫上橡胶圈，在孔中央位置放一盐片，然后滴半滴液体试样于盐片上，将另一盐片平压在上面(注意不能有气泡)，垫上橡胶圈，将另一金属片盖上，对角方向旋紧螺丝(螺丝不宜拧得过紧，否则会压碎盐片)。将盐片夹紧在其中，然后将此液体池插入IR-408型红外光谱仪的样品池处，从4000-650cm-1进行波数扫描，得到吸收光谱。4、 未知有机物的结构分析：从教师处领取两个未知有机物样品。五、结果处理1、解析苯胺、

48、苯甲酸、对羟基苯甲酸等的红外吸收光谱图。结合课堂所学知识，指出各谱图上主要吸收峰的归属。2、观察羟基的伸缩振动在乙醇及苯甲酸中有何不同。3、根据教师给定的未知有机物的化学式计算不饱和度，并根据红外吸收光谱图上的吸收峰位置，推断未知有机物可能存在的官能团及其结构式。六、注意事项1、氯化钠盐片易吸水，取盐片时需戴上指套。扫描完毕，应用四氯化碳清洗盐片，并立即将盐片放回干燥器内保存。2、固体试样研磨过程中会吸水。由于吸水的试样压片时，易粘附在模具上不易取下，及水分的存在会产生光谱干扰，所以研磨后的粉末应烘干一段时间。思考题1、红外分光光度计与紫外可见分光光度计在光路设计上有何不同？为什么？2、红外光

49、谱对试样有何要求？3、压片法对KBr有哪些要求？为什么研磨后的粉末颗粒直径不能大于2µm？4、羟基的伸缩振动在丙醇及苯甲酸中为何不同？实验六 硅胶柱色谱分离丁香油中丁香酚及高效液相色谱测定一、实验目的1、学习硅胶柱色谱纯化丁香酚的方法2、了解液相色谱的仪器组成、工作原理以及数据采集、数据分析的基本操作。3、外标法测定丁香酚的含量。二、实验原理1、丁香酚简介丁香中主要成分为挥发油，丁香酚占总挥发油的78-98%，其他还有丁香酚乙酸酯，石竹烯，甲基戊基甲酮等，丁香中另几类化学成分为色原酮、黄酮和三萜。丁香酚异名丁香油酚。分子式C10H12O2，分子量164.20.无色或苍黄色液体，沸点2

50、25，熔点-9.2.几乎不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚及油可混溶。1mL溶于 2mL70%乙醇，溶于冰醋酸。2、液相色谱基本原理 液体为流动相的色谱法称液相色谱法，由经典液相色谱(柱层析、纸层析、 薄层层析)和气相色谱发展起来，采用高压液体作流动相并采用了新型固定相和连续自动检测系统，从而大大提高了理论塔板数，具有快速、高效等特点。因此人们称这种新型的液相色谱为高速、高压或高性能液相色谱(High Performance Liquid Chromatography) 高效液相色谱法克服了气相色谱法要求样品挥发性大、热稳定性好的局限，特别适用于大分子量的高分子化合物及离子型化合物的分离与分析。流动

51、相可选 择范围广泛，而GC 则只有有限的几种气体可供选择。HPLC 按分离原理可分为 吸附色谱、键合相色谱、离子交换色谱和凝胶排组色谱。 吸附色谱法是当组分分子流经固定相(吸附剂，如硅胶或氧化铝)时，不同组分分子、流动相分子就要对吸附剂表面的活性中心展开竞争。这种竞争能力的 大小，决定了保留值大小，即被活性中心吸附得越牢得分子，保留值越大。 键合相色谱类似与气相色谱中的固定液的液体，通过化学反应键合到硅胶表 面，从而形成固定相。采用化学键合相的色谱法称为键合相色谱。若采用极性键合相、非极性键合相，则称为正相色谱；采用非极性键合相，极性流动相，则称 为反相色谱。保留值的大小取决于组分分子与键合固

52、定液分子间作用力的大小。 离子交换色谱法是流动相中的被分离离子，与作为固定相的离子交换剂上的 平衡离子进行可逆交换时，它们对交换剂的基体离子亲和力大小的不同而达到分 离的。组分离子对交换剂基体离子亲和力越大，保留时间就越长。 凝胶排阻色谱法的固定相是一类孔径大小有一定范围的多孔材料。被分离的分子大小不同，它们扩散渗入多孔材料的容易程度不同，小分子最易扩散进入细 孔中，保留时间最长；大分子完全排斥在孔外，随流动相很快流出，保留时间最短。 在以上四种分离方式中，反相键合相色谱应用最广，因为它采用醇-水或晴- 水系作流动相。纯水易得廉价，它的紫外吸收极小。在纯水中添加各种物质可改 变流动相的选择性。

53、使用最广泛的反相键合相是十八烷基键合相，即让十八烷基 (C18H37-)键合到硅胶表面。这种键合相又称ODS(Octadecylsily) 键合相,如国外的Partisil5-ODS、Zorbax-ODS、ShimpackCLC-ODS，国产的YWG-C18等。 高效液相色谱仪的流程示意图：1、流动相 贮液器用来存放流动相，流动相从高压的色谱柱内流出时，会释放其中 溶解的气体，这些气体进入检测器后会使噪音剧增，甚至由于产生巨大的吸收或 吸收读数波动很大使信号不能检测，因此，流动相在使用之前必须经过脱气处理。 贮液器应带有脱气装置，通常，有的仪器本身附有反压脱气装置，将他与配套检 测器使用，就可

54、避免吸收池内产生气泡。 为延长色谱柱的寿命，流动相在使用前用微孔滤膜(0.45m )进行过滤，除去颗粒物质。低沸点和高黏度的溶剂不合适作为流动相。含有KCl、NaCl等卤素离子的溶液，pH 小于4 或大于 8 的溶液，由于会腐蚀不锈钢管道或使硅胶的性能受到破坏，也不宜做流动相。 2、输液系统 输液系统通常有输液泵、单相阀、流量控制器、混合器、脉动缓冲器、压力 传感器等部件组成。输液泵分为单柱塞往复泵和双柱塞往复泵，用来输送流动相。 由于高效液相色谱固定相颗粒极细，色谱柱阻力很大，因此泵的输液压力最高可 达40Mpa，准确性达±2%。 为了改进分离效果，往往采用多元溶剂，而且在分离过程

55、中按一定程序连续 改变流动相组成，因次泵系统还需具备梯度淋洗装置。 3、进样器 在高压液相色谱仪中，采用六通高压微量进样阀进样，它能在不停流的情况下将样品进样分析，进样阀上可装不同容积的定量管有5L、10L等。 4、色谱柱 高效液相色谱仪的色谱柱通常都采用不锈钢，内填颗粒直径为3m、5m、 10m 等规格的固定相，柱长一般不超过30cm。分析柱内径通常为0.4-0.6cm，制备柱可达2.5cm。虽然液相色谱的分离操作可在室温下操作，但多数都配置恒 温柱厢。为保护分析柱，通常可在分析柱前再装一跟短的前置柱。前置柱内填料与分析柱完全一样。 5、检测器 HPLC常用检测器有紫外吸收检测器、荧光检测器、示差折光检测器和电导检测器。紫外检测器灵敏度较高，通用性较好。荧光检测器是选择性强的检测器， 仅适合对有荧光物质的检测，其灵敏度比紫外检测器高出2-3 个数量级。示差折光率检测