有机分析实验讲义.docx

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有机分析实验讲义

实验一芳香族化合物的紫外吸收光谱及溶剂效应

[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．了解溶剂对吸收光谱的影响及原理。

[实验原理]

有机物的紫外吸收光谱谱图解析：

1．如果化合物在200-400nm内无吸收带，可推断未知物可能是饱和直链烃、脂环烃或只含一个双键的烯烃。

2．如果化合物只在270-350nm内有弱吸收带（=10-100L.mol-1.cm-1）这是R带吸收的特征，则可推断未知物可能是一个简单的、非共轭的含有杂原子的双键化合物，如：

羰基、硝基等，此谱带是n跃迁产生的吸收带。

3．如果化合物在210-250nm内有强吸收带（≥104L.mol-1.cm-1）这是K带吸收的特征，则可推断未知物可能是含有共轭双键的化合物。

如果在260-300nm内有强吸收带，则表明该化合物中含有三个或三个以上共轭双键。

如果吸收带进入可见区，则该化合物可能是含有长共轭发色基团或是稠环化合物。

4．如果化合物在250-300nm内有中强吸收带（=103-104L.mol-1.cm-1）这是苯环B吸收带的特征，则可推断未知物往往含有苯环。

芳香族化合物都具有环状的共轭体系，其紫外吸收光谱特征是具有跃迁产生的三个特征吸收带，当苯环上有取代基时能影响苯原有的三个吸收带，使B带简单化，向长波移动同时吸收强度增大。

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。

[仪器与试剂]

仪器：

GBC916型紫外－可见分光光度计1cm石英吸收池

10ml具塞比色管（13支）1ml刻度移液管（6支）

试剂：

苯、环己烷、正己烷、乙醇、丙酮。

溶液：

苯:

环己烷（1:

250）、、甲苯:

环己烷（1:

250）、苯酚:

环己烷（0.25g.L-1）、苯甲醛:

环己烷（1:

250）、苯甲酸:

环己烷（0.8g.L-1）、水杨酸：

乙醇（0.1g.L-1）、HCl（0.1mol.L-1）、NaOH（0.1mol.L-1）

[实验内容]

1．苯及其衍生物的吸收光谱

在5个10ml具塞比色管中分别加入1ml苯、甲苯、苯酚、苯甲醛、苯甲酸的环己烷溶液，用环己烷稀释至刻度，摇匀。

用1cm石英吸收池，以环己烷作参比溶液，在紫外区进行波长扫描，得5种物质的紫外吸收光谱。

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。

2．溶剂极性对紫外吸收光谱

（1）溶剂极性对n跃迁、跃迁的影响

在3个10ml具塞比色管中分别加入0.04ml丙酮，各用环己烷、乙醇、水稀释至刻度，摇匀。

用1cm石英吸收池，分别以各溶剂作参比溶液，在紫外区进行波长扫描，得丙酮在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对n跃迁的影响。

讨论原因。

（2）溶剂对吸收光谱精细结构的影响

用滴管取2滴苯加入1cm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，在紫外区进行波长扫描，得苯蒸气的吸收光谱。

在2个10ml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，分别以各溶剂作参比溶液，在紫外区进行波长扫描，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。

（3）溶液的酸碱性对苯酚吸收光谱的影响

在2个10ml具塞比色管中分别加入1ml苯酚水溶液，各用0.1mol.L-1HCl和NaOH溶液稀释至刻度，摇匀。

用1cm石英吸收池，以水作参比，在紫外区进行波长扫描，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。

3、K带最大吸收波长实测值与经验计算值的比较

在10ml的比色管中，取1ml水杨酸乙醇溶液，用乙醇稀释至刻度，摇匀。

用1cm的石英比色皿，以乙醇溶剂作参比，在200nm~350nm波长范围内进行扫描。

绘制其吸收光谱，找出K吸收带λmax的位置，并与经验计算值相比较。

五[思考与讨论]

1．讨论取代基对苯原有的吸收带的影响。

2．为什么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？

3．溶剂的极性对吸收光谱的精细结构有何影响？

4．苯酚在酸性条件下的吸收光谱和碱性时不同，为什么？

5、绘制水杨酸的紫外吸收光谱图，确定其吸收峰波长及吸收带类型。

并用紫外光谱的经验公式计算水杨酸的λmax，把计算值与实验值相比较。

附录：

GBC916型紫外－可见分光光度计的使用步骤：

①启动计算机，按下紫外－可见分光光度计的主机开关，启动UV程序，进入界面，选择“GENERAL”，再选择“ManualλScan”；

②设置参数：

设置扫描范围，扫描速度及波长；

③基线扫描：

将两个比色皿加入参比溶液，分别放入光路，即暗箱比色皿槽内，然后按F9-Basline；

④样品谱图扫描：

将靠外的比色皿加入待测溶液，然后放入光路，按F10-Scan得吸收光谱图；

⑤谱图分析：

按F3-Graphics，将谱图放大，按F7-Closshair出现标尺线后找到特征吸收峰的波长及其对应的吸光度值；

⑥测定结束后退出UV程序，先关紫外－可见分光光度计的主机开关，再关计算机。

实验二紫外分光光度法测定维生素C的含量

一实验目的

1、学习759S紫外可见分光光度计的使用方法。

2、学习紫外光谱区测定有机化合物组分含量。

二实验原理

维生素C又称抗坏血酸,是一种含不饱和烯酯结构的酸性多羟基化合物；分子式为C6H8O6；分子量为176.13；结构式为

维生素C具有不饱和共轭结构，在紫外-可见光区有吸收，紫外吸收最大波长在245nm附近。

维生素C呈无色无臭的片状晶体,易溶于水,不溶于脂溶剂.在酸性环境中稳定,遇空气中氧、热、光、碱性物质,特别是有氧化酶及痕量铜、铁等金属离子存在时,具有抗氧化作用,是知名度最高的营养素。

三仪器试剂

1仪器：

紫外分光光度计（型号759S）,石英比色皿2只；100ml容量瓶1只；50ml容量瓶7只；25ml容量瓶或具比色管1只；10ml吸量管1只；10ml移液管1支。

2试剂：

维生素C（抗坏血酸）；10%的盐酸

四实验步骤:

1标准溶液的配制用分析天平准确称取0.0010g的抗坏血酸，用少量水溶解后，加2ml10%的盐酸，在用蒸馏水定容至100ml，配成浓度为100ug/ml的标准溶液。

再分别吸取0、2、4、6、8、10ml维生素C标准溶液（100ug/ml）于6个50ml的容量瓶中，用水稀释成一系列不同浓度的标准溶液（0~20ug/ml）。

2样品的制备将果蔬样品洗净、擦干、切碎。

称取5.00g于50ml的小烧杯中，加入1滴10%的盐酸，匀浆。

转于到25ml的容量瓶（具比色管）中，用水稀释到刻度。

若提取液澄清，可直接取样测定，若浑浊，用离心机来消除。

取0.5ml提取液于50ml的容量瓶中，加入2ml10%的盐酸，用水稀释到刻度。

3吸收曲线的绘制用某一中间浓度的标准溶液，用蒸馏水作参比，于210~300nm范围内测定吸光度，制作吸收曲线，从曲线上查得最大吸收波长（245nm附近）。

波长间隔在210nm~300nm范围内每隔5nm测定一个数值，在最大吸收波长

5nm范围内每隔1nm测定一个数值。

4标准曲线的绘制于最大吸收波长处分别测定标准溶液的吸光度，然后以浓度为横坐标，相应的吸光度为纵坐标绘制标准曲线。

5样品的测定于最大吸收波长处测定试样的吸光度，从标准曲线上查出试样的浓度，平行测定两次。

实验数据记录表格

一吸收曲线的绘制

标准溶液的浓度：

_______________

λ/nm

A

λ/nm

A

λ/nm

A

最大吸收波长λmax=___________nm

二试样的含量测定

1标准曲线的绘制：

测量波长：

________；标准溶液的原始浓度：

___________

溶液代号

0

1

2

3

4

5

吸取体积/ml

浓度/ug/ml

A

2未知物含量测定

平行测定次数

1

2

吸光度，A

试样浓度，ug/ml

五数据处理

1.绘制抗坏血酸的吸收光谱图，确定最大吸收波长

2绘制抗坏血酸在最大吸收波长的标准曲线

3计算未知液中抗坏血酸的浓度

六注意事项

抗坏血酸会缓慢氧化成脱氧抗坏血酸，所以每次使用是必须新配置

附录759型紫外分光光度计的使用方法

该实验仅用光度测量功能。

①光度测量

a）光度测量主菜单

仪器初始化后，在主菜单中选中[光度测量]项，按[1]键即可进入此功能块。

PRT

波长：

500.0nm

数据：

100.0%

F1：

T/A转换，F3：

位移Cell=R

屏幕显示：

屏幕说明：

波长：

500.0nm：

波长显示

按[GOTOWL]键设置波长：

用数字键输入所需测定的波长值，再按[ENTER]键确认（本例波长为500.0nm）。

屏幕提示：

请稍等…。

仪器自动将波长移动到你所需测定的波长值。

如输入波长超出可选波长（190nm～1100nm）。

屏幕提示：

error,此时只需输入正确波长值即可。

数据：

100.0%：

透光率显示

按[AUTOZERO]键，屏幕提示请稍等…，仪器自动调零、调满度。

Cell=R:

当前处于光路中比色皿架孔位为R。

PRT:

允许打印。

按[PRINT]键，将屏幕的图文拷贝在你的绘图仪中。

F1:

T（透光率）与Abs（吸光度）转换键。

按[F1]键，可进行T/A转换。

F3：

比色架孔位移动选择键。

b）比色架移位

按[F3]键，进入比色架孔位移动选择。

屏幕显示：

1-R2-S13-S24-S3

5-S46-S57-S68-S7

按1～8键选择，MODE退出Cell=R

屏幕说明：

1-R2-S13-S24-S35-S46-S57-S68-S7：

比色架孔位的代码。

按1～8键，可选择相应的比色架孔的位置处于光路中，然后屏幕自动返回。

MODE:

屏幕退出键，按[MODE]键可使屏幕返回。

Cell=R:

当前处于光路中的比色架孔位为R。

c）光度测量实例

测量波长为500nm氧化鈥溶液的T或Abs值。

当所需参数输入结束后，用配对石英比色皿分别倒入参比溶液（本例参比为空气）和待测溶液（本例为氧化鈥溶液）。

打开样品室，将它们分别放置比色皿架R、S1，盖好样品室门，然后按下[AUTOZERO]键。

屏幕提示：

请稍等…。

仪器自动置0%（暗电流）及100%（满度），屏幕提示消失后，按[F3]键，然后将比色皿架孔位移至S1，此时就可得到待测样品数据。

屏幕显示：

PRT

波长：

500.0nm

数据：

0.0368A

F1:

T/A转换，F3:

移位Cell=S1

实验三核磁共振氢谱实验（仿真）

[实验目的]

1、了解核磁共振的基本概念。

2、了解实现核磁共振的基本条件。

3、熟悉核磁共振氢谱的实验方法，核磁共振氢谱的主要参数。

4、学会简单核磁共振氢谱的分析方法（包括N+1规律及积分面积的在1HNMR分析中的意义）

[基本原理]

1、核磁共振的概念

具有磁性的原子核，处在某个外加静磁场中，受到特定频率的电磁波的作用，在它的磁能级之间发生的共振跃迁现象，叫核磁共振现象。

2、化学位移的概念及产生

由核磁共振的概念可知：

同一种类型的原子核的共振频率是相同的，这里是指裸露的原子核，没有考虑原子核所处的化学环境，实际上当原子核处在不同的基团中时（既不同化学环境），其所感受到的磁场是不相同的。

核磁共振的条件为：

hυ=

H0

原子核的实际共振频率为：

υ=

（1-σ）H0

对于同一种元素的原子核，如果处于不同的基团中（既化学环境不同），原子核周围的电子云密度是不相同的，因而共振频率υ不同，因此产生了化学位移。

化学位移（δ）定义为：

[实验仪器及试剂]

仪器型号：

AV-500，（AVANCE），厂商：

BRUKER公司。

试剂：

CDCL3，CIL公司（进口）。

乙基苯，国产。

样品管：

核磁共振的样品管是专用样品管。

直径5mm，长度大于150mm。

[实验步骤]

1、样品管的要求

核磁共振的样品管是专用样品管，由质量好的耐温玻璃做成，也有采用石英或聚四氟乙烯（PTFE）材料制成的。

要求样品管无磁性，管壁平直、厚度均匀。

样品管形状是圆筒型的，样品管的直径取决于谱仪探头的类型，外径可小到1mm，大到25mm。

常见的样品管直径有5mm，10mm，2.5mm三种。

长度要求大于150mm。

本仪器使用的样品管是5mm的。

2、配制样品及要求

由于核磁共振是一种定性分析的方法，所以样品的取样漂量没有严格的要求，取样原则是：

在能达到分析要求的情况下，样品量少一些为好，样品浓度太大，谱图的旋转边带或卫星峰太大，而且，谱图分辨率变差，不利于谱图的分析。

固体样品取5mg左右，液体样品取0.05ml左右。

将样品小心的放入样品管中，用注射器取0.5mlCDCL3（氘代氯仿）注入样品管，使样品充分溶解。

要求样品与试剂充分混合，溶液澄清、透明、无悬浮物或其他杂质。

3、开机

①：

打开计算机电源，输入相应开机密码。

②：

运行CCU监控程序。

③：

开机柜电源，④：

进入NMR程序：

双击：

桌面TOPSPIN3.1。

⑤：

初始化：

键入：

CF↙，仪器进行自检和初始状态设置。

4、标准样品放入磁场

①：

将标准样品放入磁铁中（参考步骤6中①②③④步）。

②：

调入以前做过的谱图，键入：

ii↙。

初始化采样参数。

5、仪器状态调整

①：

打开采样向导：

点击菜单：

Spectrometer/DATAAcquisitionGuide。

出现下图2.1：

图2.1：

NMR数据采集向导图

②：

新实验设置

点击：

（or键入指令NEW↙）设计新实验。

出现下图2.2：

图2.2：

新实验设置对话框

③：

通道设置

点击：

（or键入指令↙）观察采样通道和氘锁通道，出现下图2.3：

图2.3观察采样通道和氘锁通道

④：

锁场

点击：

（or键入指令LOCK↙）锁定磁场，出现下图2.4：

图2.4溶剂选取对话框。

选取CDCL3（氘代氯仿）点击OK。

仪谱进行自动匀场。

⑤：

探头调谐

点击：

（or键入指令atma↙）,在当前样品状态下对探头进行调谐。

⑥：

梯度匀场

按小键盘上的

，让样品旋转，此时

上指示灯闪烁，等待直到指示灯稳定。

然后点击：

（or键入指令shim↙）进入梯度匀场对话框，出现下图2.5：

图2.5:

梯度匀场对话框

点击：

，仪器进行自动梯度匀场，大约需要3分钟时间，可看到锁信号线上下跳动。

匀场完毕，锁信号线重新锁上。

并出现匀场结果（result）对话框，点击：

OK，完成梯度匀场。

此时观察锁信号线，应比梯度匀场前细。

⑦：

采样参数设置

点击：

，调入采样参数表，见图2.6

可根据要求进行参数修改，如：

NS为采样次数，可根据样品浓度情况设置NS=4or8or32次等等。

其他主要参数介绍如下：

TD：

采样数据点；DS：

空扫描次数；SWH：

氢谱的宽度；AQ：

一次采样所花的时间；RG：

信号的接受增益（相当于放大倍数）；D1：

谱图累加时，两次采样之间的时间间隔。

点击：

，自动设置90度脉冲。

图2.6采样参数表

⑧：

接受增益调整

点击：

（or键入指令rga↙）可手动/自动设置采样的接受增益。

⑨：

标准样品采样

点击：

（or键入指令GO↙），开始标准样品的采样。

⑩：

评价采样结果，如认为达到分析要求，说明仪器一正常，可进行下一步未知样品的实验。

6、未知（欲分析）样品的采集

①：

将未知样品放入样品管，用注射器加入0.5ml氘代氯仿。

使样品充分溶解。

②：

将样品管套上旋转器。

用量规量取高度。

高度在120mm左右。

③：

按小键盘上LEFT键，弹出磁铁中原来的标准样品，。

将本样品放入磁铁中。

再按LEFT键，使样品进入磁铁中。

④：

观察小键盘上DOWN指示灯（绿灯），直到等亮。

⑤：

开始新实验：

步骤参考4中②新实验设置→③通道设置→④锁场→⑤探头调谐→⑥梯度匀场→⑦采样参数设置→⑧接受增益调整→⑨采样。

采样开始后，在右下脚工具条中可看到采样基本信息，包括：

当前扫描次数/实验设定次数（Scan），剩余时间（residualtime），实验数（experiments）。

采样结束后，左下脚显示：

“acquisitionfinished）。

7、数据处理

①：

设置窗函数键入：

LB=0.3②：

傅立叶变换键入：

EFPorFP↙。

③：

相位自动校正：

键入：

APK↙。

④：

基线自动校正键入：

ABS↙。

⑤：

标记峰的化学位移键入：

PP↙⑥：

标记积分面积键入：

INT↙

谱图调整满意后，可进行谱图绘制。

8、NMR谱图的输出

键入PLOT↙进入绘图模式，在此模式中可完成谱图的伸缩、放大，线条的粗细、数字的大小，谱图颜色，坐标轴设计，标题设计等功能调整，最后，按个人的喜好、要求画出满意的谱图。

[实验结果分析]

1、乙基苯的1HNMR谱：

图2.8乙基苯的1HNMR谱：

[思考题]

1、乙基苯的1HNMR谱中化学位移2.65×10-6处的峰为什么分裂成四重峰？

化学位移1.25×10-6处的峰为什么分裂成三重峰？

其峰裂分的宽度由什么特点？