三谱与有机物结构的确定

三谱与有机物结构的确定

河北省宣化县第一中学　栾春武

质谱、红外光谱、核磁共振氢谱，在有机物分子结构确定中称为“三谱”。

质谱法是一种快速、微量、准确测定相对分子质量的方法。当待测试样进入质谱仪之后，首先在离子源部分形成离子，如分子受高能电子流轰击变成离子，经过质谱仪中的分析仪器时，在磁场作用下，气态离子被加速，由于质量不同，具有不同质量的离子各自循着不同的路径到达检测器，根据它们到达的位置和强度，可以求出各自的质量和百分含量。

红外光谱是一种可以获得分子中含有何种化学键或官能团信息的一种方法。其作用原理是根据有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与相应红外光谱的振动频率相当。所以，当用红外线光谱图上将处于不同位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。

核磁共振氢谱的原理是根据氢原子核具有磁性，当用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收的频率不同，在核磁共振谱图上出现的位置也不同，且吸收峰的面积与氢原子数成正比。因此，从核磁共振氢谱图上可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目。

【例题1】对有机物分子进行质谱法分析，测定其质荷比.设H⁺的质荷比为β，某有机物样品的质荷比如图所示,则该有机物可能是                              

A. 甲醇    B. 甲烷   C. 丙烷    D. 乙烯

解析： 用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。

答案：B

答案：（1）5；2（2）3；2

【练习1】下列物质中其核磁共振氢谱中给出的峰值（信号）只有一个的是

A. CH₃CH₃       B. CH₃COOH       C. CH₃CH₂COOCH₃       D. CH₃OCH₃

解析：A选项CH₃CH₃中6个氢原子所处的环境完全相同；B选项CH₃COOH中有两种不同环境的氢原子；C选项CH₃CH₂COOCH₃中有三种不同环境的氢原子；D选项CH₃OCH₃中只有一种环境的氢原子，因此答案为：A、D。

答案：A、D。

【练习2】在核磁共振氢谱中出现两组峰，其氢原子数之比为3:2的化合物是

解析：“出现两组峰”说明该化合物有两种氢原子，A选项有两种氢原子，个数分别是6和2，B选项有三种氢原子，个数分别是6、2和2，C选项有3种氢原子，个数分别为6、2和8，D选项有两种氢原子，个数分别为6和4，符合条件，为正确答案。

答案： D。

【练习3】¹H核磁共振谱（¹H－NMR）是研究有机物结构的重要方法之一。有机化合物分子中所处环境完全相同的氢原子在¹H－NMR谱中出现同一种信号峰：如(CH₃)₂CHCH₂CH₃在¹H－NMR谱中有四种信号峰，再如CH₃CBr＝CHX存在如下的两种不同空间结构：

因此CH₃CBr＝CHX的¹H－NMR谱上会出现氢原子的四种不同信号峰。请填写下列空白：

（1）化学式为C₃H₆O₂的物质在¹H－NMR谱上观察到下列两种情况下氢原子给出的信号峰：第一种情况出现两个信号峰，第二种情况出现三个信号峰，由此可推断有机物对于这两种情况的结构简式为：_________________________________________________。

（2）测定CH₃CH＝CHCl时能得到氢原子给出的信号峰有六种，由此可推断该有机物一定存在________种不同的结构，其结构简式为：_______________________。

答案：见解析

跟踪作业：

1．某有机物由C、H、O三种元素组成，它的红外吸收光谱表明有羟基中O－H键和烃基中C－H键的红外吸收峰，且烃基与羟基上氢原子个数之比为2∶1，其相对分子质量为62，试写出该有机物的结构简式（提示：同一碳原子上不能连有两个－OH）。

_____________________________________________________________________          

2．某烃类化合物A的质谱图表明其相对分子质量为84，红外光谱表明分子中含有碳碳双键，核磁共振谱表明分子中只有一种类型的氢。    

(1) A的结构简式为_____________________________________________________；

(2 )A中的碳原子是否都处于同一平面？________(填“是”或“不是”)；

3. 化学上常用燃烧法确定有机物的组成。下图装置是用燃烧法确定有机物化学式常用的装置，这种方法是在电炉加热时用纯氧氧化管内样品。根据产物的质量确定有机物的组成。

回答下列问题：

(1) A装置中分液漏斗盛放的物质是______________，写出有关反应的化学方程式

______________________________________________________________        

(2) C装置(燃烧管)中CuO的作用是__________________________________  ____ 

(3) 写出E装置中所盛放试剂的名称__________，它的作用是______________   

(4) 若将B装置去掉会对实验造成什么影响？ __________________________

(5) 若准确称取1.20 g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)。经充分燃烧后，

E管质量增加1.76 g，D管质量增加0.72 g，则该有机物的最简式为______________

(6) 要确定该有机物的化学式，还需要测定________________________

     （1）若为，则红外光谱中应该有____个振动吸收；核磁共振氢谱中应该有____个峰。

（2）若为，则红外光谱中有____个振动吸收；核磁共振氢谱中应有____个峰。

5．某含氧有机化合物可以作为无铅汽油的抗爆震剂，它的相对分子质量为88.0，含C的质量分数为68.2％，含H的质量分数为13.6％，红外光谱和核磁共振氢谱显示该分子中有4个甲基。请写出其结构简式。

6．某有机化合物A，经李比希法测得其中含碳为72.0％、含氢为6.67％，其余为氧。现用下列方法测定该有机化合物的相对分子质量和分子结构。

方法一：用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。

方法二：核磁共振仪测出A的核磁共振氢谱有5个峰，面积之比为l∶2∶2∶2∶3，如图A所示。

方法三：利用红外光谱仪测得A分子的红外光谱如图B所示。

请填空：

（1）A的分子式为                 。

（2）A的分子中含一个甲基的依据是              

 a.  A的相对分子质量                     b．A的分子式

 c．A的核磁共振氢谱图                   d．A分子的红外光谱图

（3）A的结构简式为                            。

（4）A的芳香类同分异构体有多种，其中符合下列条件：

     ①分子结构中只含一个官能团； ②分子结构中含有一个甲基； ③苯环上只有一个取代基A的该类同分异构体共有     种。

 

 

2013-08-16  人教网