第四節(jié)研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法(第二課時(shí))

1、第二課時(shí) 有機(jī)物分子式與結(jié)構(gòu)式的確定有機(jī)物分子式與結(jié)構(gòu)式的確定有 機(jī) 物有 機(jī) 物（純凈）（純凈）確定確定 分子式分子式？有機(jī)物中含有的元素如何利用實(shí)驗(yàn)的方法確定有機(jī)物中C、H、O等元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？“李比希元素分析法李比希元素分析法”的原理：的原理：取定量含取定量含C、H（O）的有機(jī)物的有機(jī)物加氧化加氧化銅氧化銅氧化H2OCO2用無(wú)水用無(wú)水CaCl2吸收吸收用用KOH濃濃溶液吸收溶液吸收得前得前后質(zhì)后質(zhì)量差量差得前后得前后質(zhì)量差質(zhì)量差計(jì)算計(jì)算C、H含量含量計(jì)算計(jì)算O含量含量得出實(shí)驗(yàn)式得出實(shí)驗(yàn)式（最簡(jiǎn)式）（最簡(jiǎn)式）一、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的確定一、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的確定例例1某含某含C、

2、H、O三種元素的未知物三種元素的未知物A，經(jīng)燃，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定該未知物中燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定該未知物中碳碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.16%，氫氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.14%。（。（P20）（1）試求該未知物）試求該未知物A的實(shí)驗(yàn)式（分子中各原子的實(shí)驗(yàn)式（分子中各原子的最簡(jiǎn)單的整數(shù)比）。的最簡(jiǎn)單的整數(shù)比）。（2）若要確定它的分子式，還需要什么條件？）若要確定它的分子式，還需要什么條件？1 1、歸納確定有機(jī)物分子式的步驟是什么？、歸納確定有機(jī)物分子式的步驟是什么？有機(jī)物的分子式有機(jī)物的分子式 有機(jī)物的有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量C2H6O元素分析元素分析:練習(xí)練習(xí)測(cè)定維生素測(cè)定維生素C（可能含（

3、可能含C、H或或C、H、O）中碳、氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取維生素中碳、氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取維生素C樣品研碎，稱(chēng)取樣品研碎，稱(chēng)取該樣品該樣品0.352 g，置于鉑舟并放入燃燒管中，不斷，置于鉑舟并放入燃燒管中，不斷通入氧氣。用酒精噴燈持續(xù)加熱樣品，將生成物通入氧氣。用酒精噴燈持續(xù)加熱樣品，將生成物先后通過(guò)先后通過(guò)無(wú)水硫酸銅無(wú)水硫酸銅和和堿石灰堿石灰，兩者分別，兩者分別增重增重0.144g和和0.528g，生成物完全被吸收?；卮鹨韵拢晌锿耆晃??；卮鹨韵聠?wèn)題：?jiǎn)栴}：（1）維生素）維生素C中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 ，氫的質(zhì)，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是量分?jǐn)?shù)是 。（2）維生素）維生素C中是否含有氧元素？為什么？

4、中是否含有氧元素？為什么？（3）試求維生素）試求維生素C的實(shí)驗(yàn)式：的實(shí)驗(yàn)式： （3）若維生素）若維生素C的相對(duì)分子質(zhì)量為的相對(duì)分子質(zhì)量為176，請(qǐng)寫(xiě)出，請(qǐng)寫(xiě)出它的分子式它的分子式C3H4O3 40.94.55肯定含有氧肯定含有氧C6H8O6 2、求有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的常用方法、求有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的常用方法（1）M = m / n （適用于所有物質(zhì)）（適用于所有物質(zhì)）（2）根據(jù)有機(jī)蒸氣的相對(duì)密度）根據(jù)有機(jī)蒸氣的相對(duì)密度D， M1 = DM2（注意空氣平均相對(duì)分子質(zhì)量為（注意空氣平均相對(duì)分子質(zhì)量為29）（3）標(biāo)況下有機(jī)蒸氣的密度為）標(biāo)況下有機(jī)蒸氣的密度為g/L， M = 22.4L/mol g/

5、L質(zhì)譜儀有什么作用？其原理是什么？質(zhì)譜儀有什么作用？其原理是什么？用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電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質(zhì)量，質(zhì)量不同的離子在磁場(chǎng)同離子具有不同的質(zhì)量，質(zhì)量不同的離子在磁場(chǎng)作用下達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間有差異，其結(jié)果被記錄作用下達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。為質(zhì)譜圖。1、質(zhì)荷比是什么？、質(zhì)荷比是什么？2、如何確定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量？、如何確定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量？分子離子與碎片離子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷的比值分子離子與碎片離子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷

6、的比值3、相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定：、相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定：質(zhì)譜法質(zhì)譜法（MS）測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的方法很多，測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的方法很多，質(zhì)譜法是最精是最精確、最快捷的方法。確、最快捷的方法。確定分子式：下圖是例確定分子式：下圖是例1中有機(jī)物中有機(jī)物A的質(zhì)譜圖，的質(zhì)譜圖，則其相對(duì)分子質(zhì)量為則其相對(duì)分子質(zhì)量為 46由于相對(duì)質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要由于相對(duì)質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此譜圖中的的時(shí)間越長(zhǎng)，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的的就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量例例2、2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的貢獻(xiàn)之年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對(duì)有機(jī)物

7、分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)一是發(fā)明了對(duì)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（譜法。其方法是讓極少量的（109g）化）化合物通過(guò)質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大量合物通過(guò)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。如離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到離子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后測(cè)定其質(zhì)荷比。某有機(jī)物樣品，然后測(cè)定其質(zhì)荷比。某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如下圖所示的質(zhì)荷比如下圖所示則該有機(jī)物可能是則該有機(jī)物可能是A 甲醇甲醇 B 甲烷甲烷 C 丙烷丙烷 D 乙烯乙烯有機(jī)物分子式的三種一般常用求法1、先根據(jù)元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求實(shí)驗(yàn)、先根據(jù)元素

8、原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求實(shí)驗(yàn)式，再根據(jù)分子量求分子式式，再根據(jù)分子量求分子式2、直接根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量和元素的質(zhì)、直接根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量和元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求分子式量分?jǐn)?shù)求分子式3、對(duì)只知道相對(duì)分子質(zhì)量的范圍的有、對(duì)只知道相對(duì)分子質(zhì)量的范圍的有機(jī)物，要通過(guò)估算求分子量，再求分子機(jī)物，要通過(guò)估算求分子量，再求分子式式課本例課本例1（二）分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定（二）分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定 有機(jī)物的性質(zhì)有機(jī)物的性質(zhì)結(jié)構(gòu)式（確定有機(jī)物的官能團(tuán)）分子式分子式計(jì)算不飽和度計(jì)算不飽和度推測(cè)可能的推測(cè)可能的官能團(tuán)官能團(tuán)寫(xiě)出可能的寫(xiě)出可能的同分異構(gòu)體同分異構(gòu)體利用官能團(tuán)的特利用官能團(tuán)的特征性質(zhì)，通過(guò)化征性質(zhì)，通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)確定。學(xué)實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)化

9、合物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜當(dāng)化合物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，若用化學(xué)方法，時(shí)時(shí)，若用化學(xué)方法，時(shí)間長(zhǎng)、浪費(fèi)試劑，因此間長(zhǎng)、浪費(fèi)試劑，因此科學(xué)上常常需要采取一科學(xué)上常常需要采取一些物理方法。與鑒定有些物理方法。與鑒定有機(jī)物結(jié)構(gòu)有關(guān)的物理方機(jī)物結(jié)構(gòu)有關(guān)的物理方法有質(zhì)譜、紅外光譜、法有質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振譜等。核磁共振譜等。有機(jī)物分子不飽和度的計(jì)算有機(jī)物分子不飽和度的計(jì)算（重點(diǎn)掌握）（重點(diǎn)掌握）1、意義：不飽和度可以為測(cè)定有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)提供是否含、意義：不飽和度可以為測(cè)定有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)提供是否含有雙鍵、三鍵或碳環(huán)等結(jié)構(gòu)信息。有雙鍵、三鍵或碳環(huán)等結(jié)構(gòu)信息。2、計(jì)算、計(jì)算 【說(shuō)明：計(jì)算時(shí)若含有鹵素原子，則將其視為氫原子

10、；若說(shuō)明：計(jì)算時(shí)若含有鹵素原子，則將其視為氫原子；若含氧原子則不予考慮；若含氮原子則從氫原子總數(shù)中減含氧原子則不予考慮；若含氮原子則從氫原子總數(shù)中減去氮原子數(shù)去氮原子數(shù)】3、幾種常見(jiàn)官能團(tuán)的不飽和度、幾種常見(jiàn)官能團(tuán)的不飽和度 不飽和度不飽和度 1 說(shuō)明含有一個(gè)環(huán)或一個(gè)雙鍵（包括羰基）說(shuō)明含有一個(gè)環(huán)或一個(gè)雙鍵（包括羰基） 不飽和度不飽和度 2 說(shuō)明含有一個(gè)叁鍵或兩個(gè)雙鍵說(shuō)明含有一個(gè)叁鍵或兩個(gè)雙鍵/環(huán)環(huán) 不飽和度不飽和度 4（及以上）（及以上） 說(shuō)明含有一個(gè)苯環(huán)說(shuō)明含有一個(gè)苯環(huán)紅外光譜法確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的原理是：紅外光譜法確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的原理是： 由于有機(jī)物中組成由于有機(jī)物中組成化學(xué)鍵化學(xué)鍵、官能團(tuán)

11、官能團(tuán)的的原子原子處于不處于不斷振動(dòng)狀態(tài)，且振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻率相當(dāng)。斷振動(dòng)狀態(tài)，且振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻率相當(dāng)。所以，當(dāng)用所以，當(dāng)用紅外線(xiàn)照射有機(jī)物分子紅外線(xiàn)照射有機(jī)物分子時(shí)，分子中的時(shí)，分子中的化學(xué)化學(xué)鍵、官能團(tuán)鍵、官能團(tuán)可發(fā)生震動(dòng)吸收，可發(fā)生震動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵、官能團(tuán)不同的化學(xué)鍵、官能團(tuán)吸收頻率不同吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將，在紅外光譜圖中將處于不同位置處于不同位置。因。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機(jī)物含有哪此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機(jī)物含有哪些些化學(xué)鍵、官能團(tuán)，以確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。，以確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。1、紅外光譜（、紅外光譜（IR）例例3 3、下圖

12、是一種分子式、下圖是一種分子式C3H6O2的有機(jī)物的的有機(jī)物的紅外光譜譜圖紅外光譜譜圖, ,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：COCC=O不對(duì)稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)CH3練習(xí)練習(xí)3 3、有一有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為、有一有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為7474，確，確定分子結(jié)構(gòu)，請(qǐng)寫(xiě)出該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式定分子結(jié)構(gòu)，請(qǐng)寫(xiě)出該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式 COC對(duì)稱(chēng)對(duì)稱(chēng)CH3對(duì)稱(chēng)對(duì)稱(chēng)CH2如何根據(jù)核磁共振氫譜確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)？如何根據(jù)核磁共振氫譜確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)？ 對(duì)于對(duì)于CH3CH2OH、CH3OCH3這兩種物這兩種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，碳原子、質(zhì)來(lái)說(shuō)，碳原子、氫原子氫原子的連接方式不同、所處的連接方式不同、所處的環(huán)境不同，即等效碳、

13、的環(huán)境不同，即等效碳、等效氫的種數(shù)不同。 不同化學(xué)環(huán)境的氫原子（等效氫原子）因產(chǎn)不同化學(xué)環(huán)境的氫原子（等效氫原子）因產(chǎn)生共振時(shí)吸收的頻率不同，被核磁共振儀記錄下生共振時(shí)吸收的頻率不同，被核磁共振儀記錄下來(lái)的來(lái)的吸收峰的面積吸收峰的面積不同。所以，可以從核磁共振不同。所以，可以從核磁共振譜圖上推知?dú)湓拥淖V圖上推知?dú)湓拥念?lèi)型類(lèi)型及及數(shù)目數(shù)目。吸收峰數(shù)目 氫原子類(lèi)型（等效氫）峰面積之比(強(qiáng)度之比)不同氫原子的個(gè)數(shù)之比2、核磁共振氫譜（、核磁共振氫譜（HNMR）練習(xí)練習(xí)4、2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰了兩項(xiàng)成果，年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰了兩項(xiàng)成果，其中一項(xiàng)是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼仄渲幸豁?xiàng)是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼鼐S特里

14、希發(fā)明了維特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中生物大分子三維利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法結(jié)構(gòu)的方法”。在化學(xué)上經(jīng)常使用的是氫核磁共。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(hào)不同來(lái)確定有機(jī)物分子中的共振譜中給出的信號(hào)不同來(lái)確定有機(jī)物分子中的不同的氫原子。下列有機(jī)物分子在不同的氫原子。下列有機(jī)物分子在核磁共振氫譜核磁共振氫譜中只給出中只給出一種一種信號(hào)的是信號(hào)的是A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3練習(xí)練習(xí)5、分子式為、分子式為C3H6O2的二元混合物，如果在的二元混合物，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)度為況。第一種情況峰給出的強(qiáng)度為11；第二種情；第二種情況峰給出的強(qiáng)度為況峰給出的強(qiáng)度為321。由此推斷混合物的組。由此推斷混合物的組成可能是（寫(xiě)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）成可能是（寫(xiě)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式） 。第一種情況：第一種情況：CH3COOCH3第二種情況：第二種情況：CH3CH2COOH 或或 HCOOCH2CH3圖譜題解題建議圖譜題解題建議：1、首先應(yīng)