第一章-第四節(jié)-研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法

研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法,第一章,認(rèn)識有機(jī)化合物,4,研究有機(jī)化合物的一般步驟,粗品分離、提純,元素定量分析確定實(shí)驗式,測定相對分子質(zhì)量確定分子式,波譜分析確定結(jié)構(gòu)式(有哪些官能團(tuán)）,【思考與交流】1、下列物質(zhì)中的雜質(zhì)（括號中是雜質(zhì)）可以用什么方法除去?（1）酒精（水）（2）壬烷（己烷）（3）KNO3（NaCl)（4）乙酸乙酯（乙醇）（5）甲烷（乙烯）（6）NaCl（泥沙）（7）溴水（水）（8）CO2（HCl）,分離提純的基本方法：過濾法、結(jié)晶(重結(jié)晶)法、蒸餾(分餾)法、萃取分液法、洗氣法、加熱法、滲析法、鹽析法和離子交換法等。,3.分離提純的原則：（1）不增（不引入新的雜質(zhì)）。（2）不減（不減少被提純物）。（3）易分離（被提純物與雜質(zhì)易分離）。（4）易復(fù)原（被提純物易復(fù)原）。,2.常用的分離、提純物質(zhì)的方法有哪些？,一、分離、提純,物理方法：利用有機(jī)物與雜質(zhì)物理性質(zhì)的差異而將它們分開.,有機(jī)物分離的常用物理方法,蒸餾重結(jié)晶萃取分液,化學(xué)方法：一般是加入或通過某種試劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。,1、蒸餾：,（2）蒸餾提純的條件,液態(tài)混合物有機(jī)物熱穩(wěn)定性較強(qiáng)；與雜質(zhì)的沸點(diǎn)相差較大（一般約大于30）,（1）蒸餾的原理,利用混合物的沸點(diǎn)不同，除去難揮發(fā)或不揮發(fā)的雜質(zhì),（3）蒸餾的注意事項：溫度計水銀球的部位（蒸餾燒瓶支管處）燒瓶中放少量沸石或碎瓷片（防止暴沸）進(jìn)出水方向（下進(jìn)上出）燒瓶中所盛放液體不能超過1/3,實(shí)驗：含有雜質(zhì)的工業(yè)乙醇的蒸餾,例如:含有雜質(zhì)的工業(yè)乙醇的蒸餾(乙醇的沸點(diǎn)：78.5C水的沸點(diǎn)：100C）,蒸餾提純乙醇收集7779C的餾分,實(shí)驗步驟：（1）將50ml工業(yè)乙醇倒入250ml蒸餾燒瓶中（2）在燒瓶中投入2粒碎瓷片（3）裝好蒸餾裝置（從下往上、從左往右）（4）往冷凝管中通入冷卻水（5)加熱蒸餾，收集77-79C的餾分,乙醇和水的共沸點(diǎn)混合物:沸點(diǎn)78.15,乙醇95.6%,水4.4%,練習(xí),欲用95.6%的工業(yè)酒精制取無水乙醇時，可選用的方法是()A.加入無水CuSO4，再過濾B.加入生石灰，再蒸餾C.加入濃硫酸，再加熱，蒸出乙醇D.將96%的乙醇溶液直接加熱蒸餾,3.某工廠廢液經(jīng)測定得知主要含有乙醇，其中還溶有丙酮、乙酸和乙酸乙酯。根據(jù)各物質(zhì)的性質(zhì)（如下表），確定通過下列步驟回收乙醇和乙酸。物質(zhì)丙酮沸點(diǎn)56.2,乙酸乙酯沸點(diǎn)77.06乙醇沸點(diǎn)78乙酸沸點(diǎn)117.9向廢液中加入燒堿溶液，調(diào)整溶液的pH10將混和液放入蒸餾器中緩緩加熱,收集溫度在5560時的餾出物收集溫度在7085時的餾出物排出蒸餾器中的殘液。冷卻后向其中加濃硫酸（過量），然后再放入耐酸蒸餾器進(jìn)行蒸餾，回收餾出物請回答下列問題：（1）加入燒堿使溶液的pH10的目的是；（2）在7085時的餾出物的主要成份是；（3）在步驟中，加入過量濃硫酸的目的是（用化學(xué)方程式表示）（4）當(dāng)最后蒸餾的溫度控制在85125一段時間后，殘留液中溶質(zhì)的主要成份是。,將乙酸與堿反應(yīng)先分離,乙酸乙酯和乙醇,2CH3COONa+H2SO4=Na2SO4+2CH3COOH,硫酸鈉和硫酸,2、重結(jié)晶（固體有機(jī)物的提純）,重結(jié)晶時選擇溶劑的條件:,雜質(zhì)在此溶劑中溶解度很小或很大.被提純的有機(jī)物在此溶劑中的溶解度，受溫度的影響較大.,苯甲酸的重結(jié)晶,實(shí)驗步驟：（1）將1克粗苯甲酸于100ml燒杯中，再加入50ml蒸餾水（2）加熱至完全溶解，再加入10ml蒸餾水(為了減少趁熱過濾時損失苯甲酸，所以再加入蒸餾水少量.)(3)趁熱過濾到另一個100ml燒杯中（4）將盛有濾液的小燒杯放入裝有冷水的大燒杯中，冷卻結(jié)晶.,重結(jié)晶,觀察:(1)粗苯甲酸的狀態(tài)：白色固體混有黑色或灰色固體(2)濾液冷卻時的實(shí)驗現(xiàn)象：澄清渾濁析出晶體(3)重結(jié)晶后苯甲酸的狀態(tài)：白色片狀晶體,學(xué)與問,在苯甲酸重結(jié)晶的實(shí)驗中，濾液放置冷卻可以結(jié)晶出純凈的苯甲酸晶體。請你思考并與同學(xué)交流：溫度越低，苯甲酸的溶解度越小，為了得到更多的苯甲酸晶體，是不是結(jié)晶時的溫度越低越好？,歸納重結(jié)晶的步驟。,原因：若溫度越低，雜質(zhì)的溶解度也會降低而析出晶體,不純固體物質(zhì),殘渣(不溶性雜質(zhì)),濾液,母液(可溶性雜質(zhì)和部分被提純物),晶體(產(chǎn)品),溶于溶劑，制成飽和溶液，趁熱過濾,冷卻，結(jié)晶，過濾，洗滌,洗滌沉淀或晶體的方法：用膠頭滴管往晶體上加蒸餾水直至晶體被浸沒，待水完全流出后，重復(fù)操作兩至三次，直至晶體被洗凈。,檢驗洗滌效果：取最后一次的洗出液，再選擇適當(dāng)?shù)脑噭┻M(jìn)行檢驗。,3、萃取,萃取,固液萃取,液液萃取,用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一溶劑所組成的溶液中提取出來的方法.,利用混合物中一種溶質(zhì)在不同溶劑里的溶解度的不同，將有機(jī)物從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑中的過程.,（1）萃取,(2)萃取的原理,（3）萃取劑選擇的條件：,萃取劑和原溶劑互不相溶和不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度大于在原溶劑中的溶解度溶質(zhì)和萃取劑不反應(yīng)萃取劑易揮發(fā)，與溶質(zhì)易分離,（4）主要儀器：分液漏斗,練習(xí)1下列每組中各有三對物質(zhì)，它們都能用分液漏斗分離的是A乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水B四氯化碳和水，溴苯和水，苯和水C甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇D汽油和水,己烷和水練習(xí)2可以用分液漏斗分離的一組液體混和物是A溴和四氯化碳B苯和甲苯C汽油和苯D硝基苯和水,BD,D,二、元素分析與相對分子質(zhì)量的測定,1.元素分析：（1）定性分析：主要分析有機(jī)物的組成元素,方法：燃燒法,C-CO2,N-N2,O-H2O,H-H2O,如:產(chǎn)物中只有CO2和H2O,可能2：含C、H、O三種元素,可能1：只含C、H兩種元素,（2）定量分析：測定有機(jī)物分子各元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù),元素定量分析的原理：,將一定量的有機(jī)物燃燒，分解為簡單的無機(jī)物，并作定量測定，通過無機(jī)物的質(zhì)量推算出組成該有機(jī)物元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后計算出該有機(jī)物分子所含元素原子的最簡整數(shù)比，確定其實(shí)驗式（又稱為最簡式）,李比希分析方法：,有機(jī)物,CuO,H2O,CO2,濃KOH,固體CaCl2,計算增重,計算增重,CO2H2O,C,O?,H,H2OCO2,李比希分析方法：,可以直接測出有機(jī)物中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù).,現(xiàn)代元素分析儀-元素定量分析,【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗測定該未知物碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.16，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.14，試求該未知物A的實(shí)驗式。,【思路點(diǎn)撥】(1)先確定該有機(jī)物中各組成元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù),(2)再求各元素原子的個數(shù)比,若要確定它的分子式，還需要什么條件？,實(shí)驗式:C2H6O,【知識回顧】有哪些方法可以求相對分子質(zhì)量？,（1）M=m/n（2）根據(jù)有機(jī)蒸氣的相對密度D，D=M1/M2（3）標(biāo)況下有機(jī)蒸氣的密度為g/L，M=22.4L/molg/L,質(zhì)譜法測定相對分子質(zhì)量。,它是用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。這些不同離子具有不同的相對質(zhì)量，相對質(zhì)量不同的離子在磁場作用下達(dá)到檢測器的時間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。,2.相對分子質(zhì)量的測定質(zhì)譜法,（1）原理：,（2）質(zhì)荷比：,質(zhì)荷比=,電荷,相對質(zhì)量,質(zhì)譜儀,用途：確定相對分子質(zhì)量,(3)質(zhì)譜圖,未知物A的質(zhì)譜圖,質(zhì)譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量.,最右邊離子峰就是未知物A的相對分子質(zhì)量:46,【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗測定該未知物碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.16，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.14，試求該未知物A的實(shí)驗式。,【思路點(diǎn)撥】(1)先確定該有機(jī)物中各組成元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù),(2)再求各元素原子的個數(shù)比,實(shí)驗式:C2H6O,C2H6O,未知物A的相對分子質(zhì)量:46,確定它的分子式為:,列式計算下列有機(jī)物的相對分子質(zhì)量：(1)某有機(jī)物A的蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的14倍；(2)某有機(jī)物在相同狀況下對空氣的相對密度為2；(3)標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.56g某氣態(tài)烴的體積為44.8ml;(4)3.2g某飽和一元醇與足量金屬鈉反應(yīng)得到1.12L(標(biāo)況)氫氣。,試歸納求有機(jī)物相對分子質(zhì)量的方法。,練習(xí),列式計算下列有機(jī)物的相對分子質(zhì)量：(1)某有機(jī)物A的蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的14倍；(2)某有機(jī)物在相同狀況下對空氣的相對密度為2；(3)標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.56g某氣態(tài)烴的體積為44.8ml;(4)3.2g某飽和一元醇與足量金屬鈉反應(yīng)得到1.12L(標(biāo)況)氫氣。,總結(jié)：求有機(jī)物相對分子質(zhì)量的方法,1、利用有機(jī)物蒸氣的相對密度2、利用標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣態(tài)烴的密度3、利用各類有機(jī)物的分子通式及相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式4、質(zhì)譜法能快速、微量、精確測定相對分子質(zhì)量的方法,例:2002年諾貝爾化學(xué)獎獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對有機(jī)物分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量的（10-9g）化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后測定其質(zhì)荷比。某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如右圖所示（假設(shè)離子均帶一個單位正電荷，信號強(qiáng)度與該離子的多少有關(guān)），則該有機(jī)物可能是,A甲醇B甲烷C丙烷D乙烯,B,確定某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)：測定實(shí)驗式：某含C、H、O三種元素的有機(jī)物，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗測定其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是13.51%,則其實(shí)驗式是（）。確定分子式：下圖是該有機(jī)物的質(zhì)譜圖，則其相對分子質(zhì)量為（），分子式為（）。,C4H10O,74,C4H10O,練習(xí),【討論】：,C2H6O的可能結(jié)構(gòu)？,CH3-O-CH3,CH3-CH2-OH,測定方法,化學(xué)方法：看是否與Na反應(yīng),現(xiàn)代物理實(shí)驗方法：紅外光譜法,當(dāng)化合物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時，若用化學(xué)方法，時間長、浪費(fèi)試劑，因此科學(xué)上常常采用現(xiàn)代物理實(shí)驗方法,如:紅外光譜、核磁共振氫譜等來確定有機(jī)化合物分子的結(jié)構(gòu)。,三、分子結(jié)構(gòu)的鑒定,1.紅外光譜,紅外光譜儀,原理:當(dāng)紅外光照射有機(jī)物分子時,有機(jī)物分子發(fā)生振動吸收,不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)振動頻率不同,因而吸收不同頻率的紅外光,用紅外光譜儀能記錄相應(yīng)信息,得到紅外光譜圖.,1.紅外光譜,用途：通過紅外光譜圖可以推知有機(jī)物含有哪些化學(xué)鍵、官能團(tuán).,例.下圖是分子式為C2H6O的有機(jī)物的紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式為：,O-H2.743.22微米,C-H3.384.49微米,C-O10001200cm-1,C,C2H6O的結(jié)構(gòu)中,含:,H,C,O,O,H,CH3-O-CH3,CH3-CH2-OH,C2H6O的結(jié)構(gòu)可能是哪一種呢？,例1下圖是一種分子式為C4H8O2的有機(jī)物的紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式為：,COC,C=O,不對稱CH3,CH3COOCH2CH3,原理:有機(jī)物分子中,處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子共振頻率不同,因而吸收不同頻率的電磁波,在譜圖中出現(xiàn)的位置不同,各種氫原子的這種差異被稱為化學(xué)位移.氫原子數(shù)越多,吸收能量越大,吸收峰面積越大,用核磁共振儀能記錄相應(yīng)信息.,2、核磁共振氫譜,用途：通過核磁共振氫譜可知道有機(jī)物分子里含有多少種類型的氫原子，不同類型的氫原子的數(shù)目之比。,吸收峰數(shù)目氫原子類型數(shù),不同吸收峰的面積之比（強(qiáng)度之比）,不同類型氫原子的個數(shù)之比,核磁共振氫譜,核磁共振儀,用途：確定氫原子的類型及數(shù)目比,CH3-O-CH3,CH3-CH2-OH,C2H6O的核磁共振氫譜圖,（3）、分析方法,a.氫原子類型吸收峰數(shù)目=3,b峰的面積之比=不同類型的H的數(shù)目比=3:2:1,C2H6O的結(jié)構(gòu)可能是哪一種呢？,CH3OCH3,的核磁共振氫譜,練習(xí)12002年諾貝爾化學(xué)獎表彰了兩項成果，其中一項是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼鼐S特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”。在化學(xué)上經(jīng)常使用的是氫核磁共振譜，它是根據(jù)不同化學(xué)環(huán)境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號不同來確定有機(jī)物分子中的不同的氫原子。下列有機(jī)物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號的是AHCHOBCH3OHCHCOOHDCH3COOCH3,A,練習(xí)2分子式為C3H6O2的二元混合物，如果在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰有兩種情況。第一種情況峰給出的強(qiáng)度為11；第二種情況峰給出的強(qiáng)度為321。由此推斷混合物的組成可能是（寫結(jié)構(gòu)簡式）。,CH3COOCH3和CH3CH2COOH,【小結(jié)】,研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法,分離、提純,元素定量分析:確定實(shí)驗式,測定相對分子質(zhì)量:確定分子式,確定結(jié)構(gòu)式(有哪些官能團(tuán)，化學(xué)鍵）,1.蒸餾,2.重結(jié)晶,3.萃取,有幾種不同類型的H，及不同類型的H的數(shù)目。,質(zhì)譜法,紅外光譜法,分子結(jié)構(gòu),核磁共振氫譜:,現(xiàn)代元素分析儀,確定結(jié)構(gòu)式：下圖是有機(jī)物C4H10O的紅外光譜圖，則有機(jī)物的結(jié)構(gòu)式：_,COC,對稱CH2,對稱CH3,CH3CH2OCH2CH3,補(bǔ)充:有機(jī)物分子式的其它推算方法,例：已知某烴,W(H)=20%,W(C)=80%,Mr=30,N(C)：N(H)=1：3,實(shí)驗式：CH3,化學(xué)式(分子式)：C2H6,1.實(shí)驗式法：,2.利用分子通式法：,例1：已知某烷烴的相對分子質(zhì)量為142。求分子式。,例2：已知某飽和二元醇6.2g，與足量的Na反應(yīng)，產(chǎn)生2.24L的H2（標(biāo)況下），求分子式。,CnH2n+2O2H2M22.4L6.2g2.24L,M=62CnH2n+2O2=62n=2C2H6O2,3.利用規(guī)律法：,例1：某氣態(tài)烴CxHy在120時完全燃燒（密閉容器中）反應(yīng)前后，壓強(qiáng)相等。,1+x+y/4=x+y/2,【練習(xí)】,兩種氣態(tài)烴以任意比混合，在105時，1L該混合氣體與9LO2混合，充分燃燒，（密閉容器中）恢復(fù)到原來的狀況，所得氣體的體積仍是10L.下列組合不符合此條件的是,A.CH4C2H4,C.C3H4C2H4,D.C2H6CH4,B.CH4C3H4,D,例2：,C2H2,C6H6,燃燒后n(CO2)n(H2O)=21,例3：,CnH2n,燃燒后n(CO2)n(H2O)=11,4.燃燒通式法：,例：某含C、H、O的有機(jī)物相對于H2的密度為29。5.8g該有機(jī)物完全燃燒，得CO213.2g,H2O5.4g。求分子式？,CxHyOz+(x+y/4-z/2)O2,xCO2+y/2H2O,1,x,相對分子質(zhì)量Mr=292=58,n(有機(jī)物)=0.1mol,n(CO2)=0.3mol,n(H2O)=0.3mol,0.1,0.