质谱和核磁共振氢谱

专题10 有机化学基础考点一 烃及烃的衍生物的结构与性质1．（2024·浙江6月卷）有机物A 经元素分析仪测得只含碳、氢、氧3种元素，红外光谱显示A 分子中没有醚键，质谱和核磁共振氢谱示意图如下。

下列关于A 的说法正确的是A ．能发生水解反应B ．能与3NaHCO 溶液反应生成2COC ．能与2O 反应生成丙酮D ．能与Na 反应生成2H【答案】D 【分析】由质谱图可知，有机物A 相对分子质量为60，A 只含C 、H 、O 三种元素，因此A 的分子式为C 3H 8O或C 2H 4O 2，由核磁共振氢谱可知，A 有4种等效氢，个数比等于峰面积之比为3：2：2：1，因此A 为CH 3CH 2CH 2OH 。

【解析】A ．A 为CH 3CH 2CH 2OH ，不能发生水解反应，故A 错误；B ．A 中官能团为羟基，不能与3NaHCO 溶液反应生成2CO ，故B 错误；C ．CH 3CH 2CH 2OH 的羟基位于末端C 上，与2O 反应生成丙醛，无法生成丙酮，故C 错误；D ．CH 3CH 2CH 2OH 中含有羟基，能与Na 反应生成H 2，故D 正确；故选D 。

2．（2024·湖北卷）鹰爪甲素(如图)可从治疗疟疾的有效药物鹰爪根中分离得到。

下列说法错误的是A ．有5个手性碳B ．在120℃条件下干燥样品C ．同分异构体的结构中不可能含有苯环D ．红外光谱中出现了-13000cm 以上的吸收峰【解析】A ．连4个不同原子或原子团的碳原子称为手性碳原子，分子中有5个手性碳原子，如图中用星号标记的碳原子：，故A 正确；B ．由鹰爪甲素的结构简式可知，其分子中有过氧键，过氧键热稳定性差，所以不能在120℃条件下干燥样品，故B 错误；C ．鹰爪甲素的分子式为C 15H 26O 4，如果有苯环，则分子中最多含2n -6=15×2-6=24个氢原子，则其同分异构体的结构中不可能含有苯环，故C 正确；D ．由鹰爪甲素的结构简式可知，其分子中含羟基，即有氧氢键，所以其红外光谱图中会出现3000cm -1以上的吸收峰，故D 正确；故答案为：B 。

红外光谱解析方法1、分子式不饱和度的计算:Ω不饱和度就是分子结构中达到饱和所缺的一价原子的“对”数，N4、N3、N1分别为分子式中四价、三价及一价元素的数目 2、例4：计算黄酮化合物（C16H10O2）的不饱和度分子结构因为双键为9个。

环数为3，所以不饱和度为12。

例1 某无色或淡黄色液体，具有刺激味，沸点为145.5℃，分子式为C8H8，其红外光谱如图14-29，试判断其结构解：（1）Ω=（2+2×8-8）/2=5，可能有苯环（2）特征区第一强峰1500cm-1粗查：1500~1675cm-1，为νC=C振动区1500cm-1可能为苯环的骨架振动特征峰。

细找：按基团查附录、芳香烃类栏，根据该表所提供的数据找到未知的光谱上取代苯的五种相关峰。

①νФ-H3090、3060及3030cm-1②泛频峰2000-1667cm-1的峰形为单取代峰形③νC=C苯环骨架振动1600、1575、1500及1450cm-1共振环④δф-H1250-1000cm-1出现弱峰⑤γф-H 780及690cm-1（双峰）单取代苯（3）特征区第二强峰1630cm-1粗查：该峰可能起源于νC=C，因苯环已确定，故初步指认为烯烃。

细查：查附录一：（二）烯烃类栏，同样找到烯烃的四种相关峰。

①ν=CH3090、3060及3030cm-1②νC=C1630m-1③δ=CH1430-1290cm-1，出现中强峰④γ=CH990及905cm-1（双峰）落在单取代范围内第二强峰归属：乙烯基单取代。

未知物可能结构，苯乙烯。

4、查标准光谱与Sadtler光谱的81K苯乙烯的光谱完全一致。

结论：未知物为苯乙烯。

核磁共振氢谱的解析核磁共振谱能提供的参数主要是化学位移,原子核的裂分峰数,偶合常数以及各组峰的峰面积积分高度等.一、峰面积与氢核数目的关系（一）峰面积1.概念：在1H-NMR，各吸收峰覆盖的面积。

2.决定因素：峰面积与引起该吸收的氢核数目成正比。

1.2 研究有机化合物的一般方法基本步骤：分离和提纯→元素定量分析确定实验式→测定相对分子质量确定分子式→波谱分析确定结构式一、分离和提纯1、蒸馏：利用有机物与杂质沸点的差异（一般温度差大于30℃），将有机物以蒸汽的形式蒸出，然后冷凝得到产品（1）适用条件：①分离提纯互溶的液体混合物，也可用于分离液体和可溶性固体②被提纯的有机物的稳定性较强③有机物与杂质的沸点相差较大（一般大于30℃）（2）仪器：铁架台、酒精灯、温度计、蒸馏烧瓶、冷凝管、尾接管、锥形瓶、石棉网（3）装置：（4）注意事项：①蒸馏烧瓶中所盛液体体积：1/3≤V≤2/3②蒸馏烧瓶加热时要垫上石棉网③蒸馏烧瓶中加入沸石，防止暴沸④温度计的水银球应位于蒸馏烧瓶的支管口处⑤冷水从下口进，上口出⑥检查装置气密性：用酒精灯对蒸馏烧瓶微热，伸入到水槽的牛角管有连续均匀的气泡冒出，且停止加热后，牛角管口形成一段水柱，说明不漏气⑦操作顺序：实验前：先通水，再加热；实验后：先停止加热，再停水2、萃取：（1）分类：①液液萃取：利用待分离组分在两种不互溶的溶剂中的溶解性不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。

②固液萃取：用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程。

例：用水浸取甜菜中的糖类；用酒精浸取黄豆中的豆油以提高产量（2）萃取剂：萃取用的溶剂称为萃取剂。

萃取剂的选择原则：①萃取剂与原溶剂互不相溶，且密度相差较大，易于静置分层②萃取剂与原溶剂、原溶质均不发生反应③被萃取物质在萃取剂中的的溶解度要比在原溶剂中的溶解度大得多常见与水互不相溶的有机溶剂：乙醚、石油醚、二氯甲烷、苯（密度小于水）、四氯化碳（密度大于水）3、分液：把两种互不相溶的液体分开的操作（1）仪器：分液漏斗（2）步骤：验漏→装液→振荡（排气）→静置分层→分液（上上，下下）（3）注意事项：①通过打开其上方的玻璃塞和下方的活塞可将两层液体分离②下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出③萃取和分液是两个不同的概念，分液可以单独进行，但萃取之后一定要进行分液④萃取或分液之前必须检查分液漏斗是否漏液。

核磁共振谱在有机化学结构的测定中，核磁共振（NMR）谱有着广泛的应用。

核磁共振谱是由具有磁距的原子核，受辐射而发生跃迁所形成的吸收光谱。

在有机化学中，研究的最多，应用最广的是氢原子核（即质子）的核磁共振谱。

这种核磁共振谱又叫做质子磁共振（PMR）谱。

质子像电子一样，可以自旋而产生磁距。

在磁场中，质子自旋所产生的磁距可以有两种取向，或者与磁场方向一致（↑），或者相反（↓）。

质子磁距的两种取向相当于两个能级。

磁距的方向与外界磁场方向相同的质子的能量较低，不相同的则能量较高。

用电磁波照射磁场中的质子，当电磁波的能量等于两个能级的能量差时，处于低能级的质子就能吸收能量，跃迁到高能级（辐射能吸收的量子化）。

这种现象叫做核磁共振。

（与电子的跃迁相似）用来测定核磁共振的仪器叫做核磁共振仪。

理论上讲，可以把物质放在恒定的磁场中，由逐渐改变辐射频率来进行测定。

当辐射频率恰好等于能级差时，即可发生共振吸收。

此时核磁共振仪就能接收到信号。

但实际上，因磁感应强度与能引起核磁共振的辐射频率具有一定的比例关系，为了操作方便，采用的是保持辐射频率不变，而逐渐改变磁感应强度的方法。

当磁场达到一定强度时，即可发生共振吸收。

核磁共振仪收到信号时，就以吸收能量的强度为纵坐标，磁感应强度为横坐标绘出一个吸收峰。

由此得到波谱图，就是核磁共振谱。

质子的能级差时一定的，因此有机分子中的所有质子，似乎都应该在同一磁感应强度下吸收能量。

这样，在核磁共振图谱中，就应该只有一个吸收峰。

但有机化合物分子中的质子，其周围都是有电子的。

在外加磁场的作用下，电子的运动能产生感应磁场。

因此质子所感应的磁感应强度，并非就是外加磁场的磁感应强度。

一般来说，质子周围的电子使质子所感应到的磁感应强度要比外加磁感应强度弱些。

也就是说，电子对外加磁场有屏蔽作用。

屏蔽作用的大小与质子周围电子云密度的高低有关。

电子云密度越高，屏蔽作用越大，该质子的信号就要在越高的磁感应强度下才能获得。

质谱法、红外光谱法、核磁共振、氢谱区别简单来说，质谱，就是测质量的，只不过测定出来的质量数高中只需要看最大值。

最大值就是分子质量。

核磁共振，这个分氢谱和碳谱，碳谱不常用，我大学用的也少，好像不是很好看。

氢谱比较常用，看氢化学环境的，同时还能分析出相邻的氢的情况，这个比较好用。

不过高中好像是只需要看氢数量。

红外，这个是分析官能团用的。

紫外，这个分析未知物质基本没用，不过可以测定已知的物质的含量。

【红外】利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。

将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。

每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。

红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。

当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。

分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。

分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。

但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。

所以分子的红外光谱属带状光谱。

分子越大，红外谱带也越多。

【紫外】分子振动能级的能级差为0.05～1 eV，转动能级的能差小于0.05eV，都远远低于电子能级的能差，因此当电子能级改变时，振动能级和转动能级也不可避免地会有变化，即电子光谱中不但包括电子跃迁产生的谱线，也有振动谱线和转动谱线，分辨率不高的仪器测出的谱图，由于各种谱线密集在一起，往往只看到一个较宽的吸收带。

若紫外光谱在惰性溶剂的稀溶液或气态中测定，则图谱的吸收峰上因振动吸收而会表现出锯齿状精细结构。

降低温度可以减少振动和转动对吸收带的贡献，因此有时降温可以使吸收带呈现某种单峰式的电子跃迁。