主题：【第二届网络原创大赛作品】《原创》未知物剖析

2. 剖析过程
2.1外观及初步试验
1. 基本资料
拿到样品的第一步就是要了解未知样的基本资料，如该物质来自哪儿？干什么用？
2. 初步审察
室温下的物理状态（固、液、气态）。若样品是固体，注意它是无定形还是结晶形，在显微镜下观察是否有两个或两个以上不同形状的晶体存在。若样品是液体，注意观察其中是否有固体悬浮状或有互补混溶的其它液相存在。
（1）颜色审察
由于大多数有机物在日光下都是无色的，因此遇到有色化合物，往往能对它的本性了解获取一些启示。分子结构中存在生色基团、助色集团（如硝基、亚硝基、偶氮基、氨基等）的会使化合物呈现颜色。同时，醌、邻二酮、多元共轭烯、三苯甲烷基盐类等化合物往往带有颜色。有些有机金属化合物，特别是络合盐往往也有颜色。要注意这些颜色与水、有机液体、酸、碱等接触时的变化。注意未知物在日光下是否有荧光。
审察颜色时，必须考虑到：有些化合物本身是无色的，而只是因为其中含有一些有色杂质而显现颜色，通常有些化合物在空气中被氧化后就显出颜色，如纯苯酚是无色的，但在空气中搁置久了就会呈现淡红色。
（2）气味审察
表1为列举了具有特征气味的化合物的类型。注意：闻气味时必须按照化学上的要求，用手扇动样品，鼻子在侧面感知。
表1  有机化合物气味的分类

（3）灼烧试验
取少量样品进行灼烧，注意灼烧时的现象。如果为固样，注意观察在加热初期阶段是否熔化、升华、发生“噼噼啪啪”的爆裂声、发生爆炸或放出气体。由燃烧时的火焰初步识别化合物属于哪种类型。
火焰带烟——芳香族化合物
火焰几乎无烟——低级脂肪族化合物
火焰带蓝色——含氧化合物
火焰带有烟——卤代物
一般情况下不燃烧，当将加热火焰直接与试样接触进行灼烧时，试样使加热火焰冒烟——多元卤代物
燃烧时发出特别焦味——糖和蛋白质
灼烧后有残渣——含有金属元素的有机物、金属有机共价键化合物、硅化合物等

2.2物理常数
1. 熔点
熔点是有机化合物纯度的标志。在有机物的鉴定中，所制备的衍生物的熔点是作为判断时的重要依据之一。大多数有机化合物在纯粹状态时，有着敏锐的固定熔点。如果样品中混有杂质，样品熔点将降低，如果两个样品是同一物，则它的混合熔点将不降低，这是判断两个样品同为一物的有力证据。以离子晶格单位的无机盐类、有机盐类或能形成内盐的氨基酸等都有特别高的熔点。极性分子都比相近分子量的非极性化合物具有较高的熔点与沸点。在苯的二元取代物中，熔点与沸点由高到低的次序是：对位>间位>邻位。
2. 沸点
由于沸点随压力的改变而改变，测定沸点时，必须将所测得的沸点进行压力校正。在异构开链化合物中，直链异构体比枝链异构体沸点高，链分枝越厉害，沸点越降低。在异构的醇类、卤化物、硝基化合物中，伯异构体沸点最高，仲异构体次之，叔异构体最低。在异构双环化合物中，凡其中环用桥联的化合物均比稠环具有较低的沸点。顺式化合物比反式化合物有较高的沸点。在羟基化合物中，取代基越大，沸点越低。含有多个双键的异构体中，具有共轭双键的化合物有较高的沸点。
3. 折光率
折光率也是有机化合物的重要物理常数之一。作为液体纯度的标志来说，它比沸点更为可靠。一般能测出5为有效数字。如果化合物是纯粹的话，则根据折光率（以及沸点）可以判断样品不可能是哪种化合物，大大缩小了探索的范围，还可以观察样品的纯度。在进行分馏时，根据各个馏分的折光率可以判断原来样品是混合物还是单纯化合物。在分馏一个二元或多元混合物时，若混合物组分的沸点互相靠得很近，则借折光率的测量可以决定各馏分的组成。由折光率和密度的结果能够计算出该物质的摩尔折光度，可以从样品分子折光度的计算值和实验值是否相符来验证未知样品的结构。
4. 比重
该指标对于鉴定那些不能形成良好衍生物的化合物是很有用的。例如，液态脂肪烃类的鉴定往往借助于其沸点、比重、折光率来进行。通过比重的测定也能大致估计试样分子结构的复杂程度，凡比重小于1的化合物通常不会含有1个以上的官能团，而含多元官能团的化合物比重总是大于1的。物质分子量越大，比重也越大。分子中引入形成氢键的官能团后比重增大。在不饱和烃类中，比重炔烃大于烯烃，烯烃大于烷烃。在烯烃中，双键越向中央集中，比重越大。
5. 分子量
在质谱仪器应用不太普遍的情况下，人们在实验室多用熔点降低法、沸点升高法，并通过公式计算来达到分子量。现在有了质谱仪器就方便多了。
6. 比旋光度
当有机化合物存在不对称的分子结构时，便可以使通过平面偏振光偏转一定角度，这就是“旋光”，具有这种性质的化合物称为旋光活性物质。通常用在鉴定糖、氨基酸、植物碱及其他天然产物时用。旋光谱是用在紫外及可见光范围内各波长所测出的各比旋光度与波长坐标画成的谱线图，对于某些类型（如甾族）化合物，可利用这种旋光谱图来确定分子结构、分子构象甚至官能团的位置。

2.3分离与提纯
通过初步试验知道未知物是混合物时，就要进行分离与提纯。为以后的纯物质的鉴定奠定基础。
分离与提纯的技术主要有重结晶、蒸馏、升华、萃取、（薄板、纸、柱）层析等，在层析法基础上发展起来的气相色谱法、液相色谱法已成为分离与提纯的强有力的工具，有专门的制备色谱可以按照色谱的分离条件制备出纯粹化合物供进一步剖析使用。目前分离与提纯的技术也有了突飞猛进地发展，象电泳分离技术、膜分离技术、固相微萃取技术等大大推动了分离与提纯技术的发展。
由于有时提供剖析的样品很少，需要从微量的样品中分离提纯就成为一项技巧性很强的工作。一般说来，固体样品在0.1g以上，液体样品在10mL以上成为常量，固体样品在0.1～0.01g以上，液体样品在10～0.5mL以上成为半微量，固体样品在10～0. 1mg以上，液体样品在500～20μL以上成为微量, 固体样品在100～0. 1μg以上，液体样品在20～0.2μL以上成为超微量。
2.4元素分析
利用元素分析仪测定化合物中的碳、氢、氮、卤素、硫、磷、砷、汞、硅、硼和金属元素等，在元素分析中，涉及到半微量分析天平、过滤漏斗、坩埚等辅助设备的使用。对于样品中的氧元素一般是采用差减法计算而得的。这方面近代的仪器分析已比早年的实验室化学分析有了很大的提升。
元素分析的结果能够确定待测化合物中元素各自所占的比例，得出经验式。再配上分子量的数据，便可写出待测化合物分子式来。
例：一个含C、H、N、O的有机化合物的元素分析结果如下：C64.9％，H8.1％，N12.6％，利用差减法可知O的量应为1－（64.9％+8.1％+12.6％）＝14.4％
则各元素的比例为C：H： N：O＝64.9/12：8.1/1：12.6/14：14.4/16＝5.4：8.1：0.9：0.9＝6：9：1：1，其经验式就是C6H9NO
2.5官能团分析
有机化合物的官能团是指化合物分子中具有一定结构特征，并反映了该化合物的某些物理特性或化学特征的原子或原子团。官能团定量分析就是根据这些物理特征或化学特征进行的，多用于成分分析。借助近代的分析仪器，使经典的物理及化学分析官能团的方法更为简洁方便。

2.6波谱鉴定
这就是人们常说的四大谱的联用技术，这四大谱包括紫外可见分光光度法（UV-VIS）、红外光谱法（IR）、核磁共振法（NMR）、质谱法（MS）。单独凭借一种仪器难以阐明有机化合物的结构，必须将它们分别提供的结构信息综合起来使用，才能有效地解决结构分析问题。
紫外可见分光光度法最重要的作用在于提供有关未知物分子中的发色系统和估计共轭程度的信息。红外光谱法依据分子的振动产生的吸收，从特征的吸收峰位置和强度来判断有机化合物的结构，傅立叶转化技术的出现更为红外光谱的应用开拓了新的天地。核磁共振法可以直接提供样品中某一特定原子的各种化学状态和物理状态，化学位移和耦合常数是核磁共振图谱的两个重要参数，以峰面积进行定量，往往为结构的判断提供了重要的信息。质谱中富于能量的离子的裂解反应与一般热能单分子分解的化学反应类似，可以应用解释分子活性的有机结构理论来阐明质谱分析的结果，质谱还是获取有机化合物分子量信息的最好手段。有关这四种仪器的原理及应用有众多书籍及资料介绍，下节仅将对四大谱在其在未知物剖析中的应用作一介绍。
2.7现代分析仪器在剖析工作中的作用
现代分析仪器已成为未知物剖析不可缺少的工具，诸如紫外可见分光光度计、红外光谱仪、核磁共振仪、质谱仪、气相色谱、液相色谱、原子吸收、原子荧光、X－衍射仪、电泳仪、元素分析仪等都为未知物剖析提供了十分重要的结构信息，另外，分离提纯的前处理设备，如微波消解、索氏提取、层析分离制备、膜分离、固相微萃取等，为进一步的仪器分析奠定了良好的基础。有了众多的仪器设备，才使得分析人员提高了工作效率，提高了分析的广度和深度。

3. 未知物剖析范例
3.1范例1
剖析过程及信息：
自药用植物广藿香中分离纯化得到一种抗真菌成份广藿香酮（Pogostone），元素分析结果为C64.3％，H7.1％，除O外无其他元素。熔点32.5～33.0℃，稍溶于水，易溶于一般有机溶剂，可溶于碱性水溶液，酸化后又析出。三氯化铁试验显橙黄色，羟肟酸铁反应显紫红色，与2，4-二硝基苯肼反应生成相应的腙，熔点148.5～149.5℃。
光谱数据：
紫外光谱——λmaxMeOH228.310nm
红外光谱——νmaxKBr(cm－1) :993（窄，中等），1560（宽，很强），1610（强），1642（强），1740（宽，很强），1380（双峰）
质谱——（70eV）m/e（相对丰度）：168（100），153（73），43（41），181(37),55(21),85(17),41(16),69（14），224（11，M+）,209(4)
核磁共振（250MHz）——化学位移δ,ppm（TMS，CCl4）：0.96（二重峰，6H），1.50（多重峰，2H），1.65（多重峰，1H），2.27（二重峰，3H），2.96（三重峰，2H），5.83（四重峰，1H），17.02（单峰，1H，经D2O交换后消失）。
解析：
1. 根据元素分析结果，可知C：H：O＝64.3/12：7.1/1：28.6/16＝5.4：7.1：1.8＝3：4：1，故该化合物的经验式为C3H4O，由MS结果可知，其分子量为224，故可确定该化合物的分子式为C12H16O4，其不饱和度Ω＝（12×2+2－16）/2＝5
2. 由溶解度试验，官能团定性反应和衍生物制备结果表明分子中含有羰基（＝C＝O）及烯醇基（-CH＝CHOH）。
3. 由IR，在C＝O及C=C伸展振动吸收区显示有4条特征吸收谱带：1740 cm－1、1642 cm－1、1610 cm－1、1560 cm－1，此外，尚有中等强度的993 cm－1窄吸收带，与3-酰基-3，4-二氢-6-烷基-1，2-吡喃-2，4-二酮（Ⅰ）类化合物的IR光谱相似（查阅Sadtler标准红外谱图），其在1560 cm－1宽而很强的吸收带是β-二酮处于烯醇式结构。

1380 cm－1双峰表明直链中含有偕二甲基（）的结构。

4. UV-VIS具有两条吸收带，核对标准图谱也与上述的（Ⅰ）类化合物的紫外可见光谱特征相吻合。
5.MS图显示m/e85碎片峰，可以认为是按下列形式断裂的结果：

MS图中其余各主要峰可解析为：m/e168为（M-C4H8）+，m/e153为（M-C5H11）+，m/e43为C5H17+，m/e181为（M-C3H7）+，m/e55为C4H7+，m/e41为（C3H5）+，m/e69为C5H9+，m/e224为（M+）, m/e209为（M-CH3）+。
至此，可以推定未知样品的结构式为（Ⅰ）式所示，其中R1为CH3或H，R2为H或CH3，R3为C5H11。这种结构式符合上述的分子式、不饱和度、定性反应和UV-VIS、IR、MS的数据。

6. 再通过MNR来判断取代基。MNR谱显示出，偏于低场的δ5.83ppm四重峰（1H）应属于吡喃环5位C上的H，因受邻侧羰基的去屏蔽效应而移向低场，同时受6位C上邻CH3的耦合裂分为4重峰。于是可以确定（Ⅰ）式中的R2为H，R1为CH3。从而根据MNR的其他数据能够判断支链的结构。故广藿香酮的结构为（Ⅱ）式所示。

3.2范例2
信息素是生物体之间起化学通讯作用的化合物的统称, 是昆虫交流的化学分子语言。在自然界中，害虫雌成虫在性成熟后，会释放一种叫性信息素的化合物， 它释放至空气中后随气流扩散，刺激雄虫触角中的化学感觉器官，引起雄性个体性冲动及引诱雄虫向释放源定向飞行，并与释放雌成虫交配以繁衍后代。
上世纪有科学家组织了昆虫信息素的研究的系统工程，现有昆虫学家大量繁殖昆虫，然后从昆虫体内提取昆虫信息素，按照未知物剖析的程序分离制备，定性定量地分析其结构组成，再根据结构的信息人工合成这种昆虫信息素，结果用这样的人工合成昆虫信息素在野外进行试验，结果引来了大量的昆虫，集中捕杀。
因此，昆虫性诱剂产品是仿生高科技产品，通过诱芯释放人工合成的性信息素化合物，并缓释至田间，引诱雄蛾至诱捕器，并用物理法杀死雄蛾，从而， 破坏其交配，最终达到防治的目的。这将比采用人工合成的农药杀灭害虫会大大减少二次污染。经过剖析已经知道，昆虫信息素主要由烷烃、烯烃，多数为l0～l8碳的直链不饱和乙酸酯及其醇或醛组成，少数含有环氧结构等。昆虫信息素是利用个体昆虫对化学物质产生反应而被杀，不产生抗药性，不会产生后代，故无抗性发生。昆虫信息素具有种特异性，即专一性、对益虫、天敌不会造成危害。可与其它管理方法组合，是昆虫综合管理方法之一。可发现少量昆虫，早期发现害虫，预测预报。

“犹如一位有经验的主持大夫可以通过一系列的化验结果（如体温、血压、脉搏、尿分析、血分析、心电图、B超、X照影、核磁共振等）判断疑难杂症，找出治疗的最佳方案来”
——是的，是的。补充一点：能够让病人自己通过查看种种检测结果对自己的身体状况心中有数也是很好的呢～～

未知物剖析范例的两个例子很精彩。未知物系统剖析，特别是复杂混合物的剖析难度很大。