1.7　有机化学的一般研究方法

无论是天然存在的或者是人们用合成方法所获得的有机化合物，一般需经过以下步骤进行研究。有机化学研究手段的发展经历了从常量到超微量、从手工到自动化及计算机化的过程。

1.7.1　分离及提纯

从天然资源获得的有机物或是人工合成的有机物，都还会有杂质，必须经过精制得到纯净物，才能确定其结构，以便对其进行化学性质、物理性质以及生物学功能等的深入研究。分离提纯的方法有很多，可针对不同的对象采取合适的方法。例如，对固体有机物，常采用重结晶、升华、色谱分离等方法。对液体有机化合物常采用蒸馏、分馏、减压蒸馏、水蒸气蒸馏、色谱分离等方法。近年来，各种色谱分离技术以及离子交换法在有机化合物的分离提纯中得到了大量应用。熟悉和掌握现代提取分离纯化和分析技术十分重要。

1.7.2　纯度的检验

严格地讲，绝对纯的物质是没有的。这里讲的“纯净”只是一个相对的概念。那么，如何判断经过分离提纯后的有机物的纯度呢？一个纯净的有机物具有一定的物理常数。测定熔点、沸点、折射率、密度等物理常数是鉴定有机物纯度的重要方法。如果没有分解、液晶等现象的发生，纯净有机物表现出尖锐的熔点及沸点。色谱法也是判断有机物纯度的重要方法。

1.7.3　元素定性定量分析

获得纯净的有机物之后，就要确定其组成。过去，有机物中C、H的含量是根据A. Lavoisier （1743—1794）及J. Liebig （1803—1873）提出的方法来测定的，即将有机物在CuO作用下在氧气中充分燃烧，然后测定生成的CO₂和H₂O。这一方法的原理如下：

2CuO+C2Cu+CO₂

CO₂+Ba（OH）₂BaCO₃+H₂O

CuO+H₂Cu+H₂O

这种方法需要样品较多（0.25～0.50g），耗时长。后来，F. Pregl （1869—1930）在此基础上发展了微量分析技术，样品用量大量降低（约4mg），从而获得了1923年诺贝尔化学奖。

有机物中S、N、卤素等则通过钠熔法分别将其转变为S^2-、CN^-、X^-，然后进行常规分析。有机物中其他可能存在的元素如P、As及金属，则可将样品用发烟硝酸或KNO₃/Na₂CO₃（1∶2）彻底氧化破坏，转变为无机物，然后用水稀释，进行常规分析。

现在，有机化合物的元素分析一般通过元素自动分析仪进行，特别是C、H、N元素的含量，俗称CHN分析。

1.7.4　经验式及分子式的确定

经验式指化合物中各元素含量的最小整数比，一般由元素定量分析结果推算出。例如：

即各元素原子的比例为：C∶H∶N∶O=3.40∶8.63∶1.69∶1.68。分别除以最小的值1.68，则获得经验式为C∶H∶N∶O=2∶5∶1∶1，分子式为C₂H₅NO、C₄H₁₀N₂O₂、C₆H₁₅N₃O₃等，通式为C_2nH_5nN_nO_n （n=1、2、3、4等正整数）等均具有此经验式。为了确定具体的分子式，就要测定分子量。过去常用熔点降低法 （cryoscopy）、沸点升高法 （ebullioscopy）、渗透压法等确定分子量，现在采用高分辨质谱，只需几毫克样品即可测定出有机物的分子量。有了分子量，很容易就确定出分子式。

1.7.5　结构式的确定

有机化合物的同分异构现象非常普遍，确定有机物的结构是一项非常重要的工作。20世纪50年代以前，常采用化学方法，如降解、化学合成、制备衍生物等，再经过推理确定其结构。化学方法是经典方法，步骤非常冗长。吗啡从构造测定至完成全合成，经历了149年。近代有机物结构测定主要采用核磁共振、红外、质谱、紫外光谱等谱学方法。这些分析测试仪器成为现代有机化学实验室必不可少的常规装备，化学方法仅作为补充。测定有机化合物结构的谱学方法见第10章。

有机合成、分离分析、提纯、结构测定构成有机化学研究的主要内容。