選修5 第一章 第四節(jié) 研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法

第四節(jié)研究有機(jī)化合的一般步驟和方法新課標(biāo)人教版選修五《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》第一章

認(rèn)識有機(jī)化合物第一課時：有機(jī)物的分離、提純（蒸餾、重結(jié)晶）一、研究有機(jī)化合物的基本步驟

①分離提純→②元素定量分析以確定實驗式→③測定相對分子質(zhì)量以確定分子式→④波譜分析確定結(jié)構(gòu)。二、分離和提純1.蒸餾2.重結(jié)晶3.萃取4.色譜法三、元素分析與相對原子質(zhì)量的測定1.元素分析：李比希法2.相對原子質(zhì)量的測定—質(zhì)譜法四、有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的確定1.化學(xué)方法：利用特征反應(yīng)鑒定出官能團(tuán)，再進(jìn)一步確認(rèn)分子結(jié)構(gòu)2.物理方法：①紅外光譜－確定化學(xué)鍵、官能團(tuán)；

②核磁共振氫譜－確定等效氫原子的類型和數(shù)目第四節(jié)研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法有機(jī)物（不純）有機(jī)物（純凈）分離提純研究有機(jī)化合物的一般步驟確定實驗式元素定量分析確定化學(xué)式測定相對分子質(zhì)量確定結(jié)構(gòu)式化學(xué)性質(zhì)波譜分析1、重結(jié)晶2、蒸餾3、萃取一、分離、提純思考：常用分離、提純物質(zhì)的方法有哪些？分離、提純物質(zhì)的總的原則是什么？不引入新雜質(zhì);不減少提純物質(zhì)的量一、分離、提純

1、蒸餾：（1）定義：利用混合物中各種成分的沸點(diǎn)不同而使其分離的方法。如石油的分餾。

常用于分離提純液態(tài)有機(jī)物。

（2）條件：①有機(jī)物熱穩(wěn)定性較強(qiáng)、②含少量雜質(zhì)、③與雜質(zhì)沸點(diǎn)相差較大（30℃左右）

實驗1-1工業(yè)乙醇的蒸餾含雜工業(yè)乙醇工業(yè)乙醇(95.6%)無水乙醇(99.5%以上)蒸餾加CaO蒸餾思考：(1)實驗室進(jìn)行蒸餾時，用到的儀器有哪些？實驗過程中要注意哪些問題？(2)這樣得到的酒精是否就是無水酒精？怎樣才能得到無水酒精？（3）操作步驟是什么？二、分離、提純核磁共振儀

質(zhì)譜儀蒸餾燒瓶冷凝管溫度計尾接管冷水熱水使用前要檢查裝置的氣密性！錐形瓶（3）操作步驟①組裝儀器②檢查氣密性③加瓷片、加工業(yè)乙醇

④通冷卻水⑤加熱蒸餾，收集餾分。（流出速度以每秒3-4滴為宜）觀看視頻核磁共振儀

2、重結(jié)晶：

（1）定義：利用被提純物質(zhì)與雜質(zhì)在同一溶劑中的溶解度不同而將其雜質(zhì)除去的方法。

關(guān)鍵：選擇適當(dāng)?shù)娜軇?)溶劑的條件：①雜質(zhì)在溶劑中的溶解度很小或很大；②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。③該有機(jī)物在熱溶液中的溶解度較大，冷溶液中的溶解度較小

，冷卻后易于結(jié)晶析出。例如：苯甲酸的重結(jié)晶粗產(chǎn)品熱溶解熱過濾冷卻結(jié)晶提純產(chǎn)品(3)實驗儀器與操作步驟儀器：燒杯、玻璃棒、石棉網(wǎng)、三腳架、酒精燈、鐵架臺等例如：苯甲酸的重結(jié)晶P18實驗1-2實驗步驟：1、加熱溶解：往裝有粗苯甲酸的燒杯中加入40mL蒸餾水，在石棉網(wǎng)上攪拌加熱，至粗甲苯溶解。全溶后在加入少量蒸餾水。2、趁熱過濾：用玻璃漏斗趁熱將溶液過濾到另一100mL燒杯中。(注意：一貼，二低，三靠)3、冷卻結(jié)晶：將濾液靜置，使其緩慢冷卻結(jié)晶。4、濾出晶體。注：苯甲酸在水中的溶解度：0.17g（25℃），

6.8g（95℃）觀看視頻(3)實驗步驟：①、加熱溶解②、趁熱過濾③、冷卻結(jié)晶（4）注意事項：

①為了減少趁熱過濾過程中苯甲酸的損失，一般在加熱溶解固體后再加少量蒸餾水；②冷卻結(jié)晶時，并不是溫度越低越好。因為溫度過低，雜質(zhì)的溶解度也會降低，部分雜質(zhì)也會析出，打不到提純的目的。閱讀P19的內(nèi)容回答下列問題：1、液—液萃取的原理？及主要儀器？2、液—液萃取對萃取劑有何要求？3、固—液萃取。3、萃?。?、萃?。?/p>

（1）原理：利用混合物中一種溶質(zhì)在互不相溶的兩種溶劑中的溶解性不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來的方法

（2）主要儀器：

分液漏斗、燒杯、鐵架臺①與原溶劑互不相容；

②溶質(zhì)在萃取劑中溶解度較大；

③萃取劑不與溶液中任一成分反應(yīng)。注意：①要檢查分液漏斗的活塞和瓶塞是否漏水；②萃取后必須有分液操作。（3）萃取劑選擇條件：（4）操作過程：

加入原溶液后再加入萃取劑，充分

，

靜置分層后，打開分液漏斗活塞，從下口將

放出，并及時關(guān)閉活塞，

從上口倒出。振蕩下層液體上層液體(5)分類：

①液—液萃?。菏抢糜袡C(jī)物在兩種互不相溶的溶劑中的溶解性不同，將有機(jī)物從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑的過程。

②固—液萃?。菏怯糜袡C(jī)溶劑從固體物質(zhì)中溶解出有機(jī)物的過程。（專用儀器設(shè)備）[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，硝基苯和水C甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇D汽油和水，苯和水，己烷和水BD

[練習(xí)2]

．現(xiàn)有三組混合液：①乙酸乙酯和乙酸鈉溶液；②乙醇和丁醇；③溴化鈉和單質(zhì)溴的水溶液，分離以上各混合液的正確方法依次是(

)

A．分液、萃取、蒸餾B．萃取、蒸餾、分液C．分液、蒸餾、萃取 D．蒸餾、萃取、分液答案：

C[練習(xí)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、乙酸乙酯、乙醇、乙酸沸點(diǎn)（℃）56.277.0678117.9①向廢液中加入燒堿溶液，調(diào)整溶液的pH＝10②將混和液放入蒸餾器中緩緩加熱③收集溫度在70～85℃時的餾出物④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）加入燒使溶液的pH＝10的目的是

；（2）在70～85℃時的餾出物的主要成份是

；（3）在步驟④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85～125℃一段時間后，殘留液中溶質(zhì)的主要成份是

。使乙酸轉(zhuǎn)變成鈉鹽、便于乙酸乙酯水解乙醇2CH3COONa+H2SO4=2CH3COOH+Na2SO4Na2SO4H2SO44、色譜法俄國植物學(xué)家茨衛(wèi)特

1906年，茨衛(wèi)特在一根玻璃管的細(xì)端塞上一小團(tuán)綿花，在管中充填碳酸鈣粉末，讓溶有綠色植物葉子色素的石油醚溶液自上而下地通過。結(jié)果植物色素便被碳酸鈣吸附，分成三段不同顏色：綠色、黃色、黃綠色。再將碳酸鈣吸附柱取出，并用乙醇洗脫，即得色素的溶液：葉綠素、葉黃素、胡蘿卜素。4、色譜法：二、分離、提純核磁共振儀

質(zhì)譜儀葉黃素色譜法德國化學(xué)家?guī)於?/p>

茨衛(wèi)特的色譜實驗當(dāng)時并未引起人們的注意。直到25年后的1931年，德國化學(xué)家?guī)於髟诜蛛x、提純、確定胡蘿卜素異構(gòu)體和維生素的結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用了色譜法，并獲得1938年諾貝爾化學(xué)獎。（3）分類：根據(jù)物質(zhì)在兩相(氣—液、液—液等)間溶解性或吸附能力不同，分為紙上色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法、液相色譜法等。（2）常用的吸附劑：碳酸鈣、硅膠、氧化鋁、活性炭等。

色譜法是化學(xué)家分離、提純有機(jī)物不可缺少的方法。德國化學(xué)家?guī)於饕虼硕@得1938年諾貝爾化學(xué)獎。

（1）定義：

利用吸附劑對不同有機(jī)物吸附作用的不同，進(jìn)行分離、提純有機(jī)物的方法叫色譜法。氣相色譜儀高效液相色譜儀離子色譜儀三聚氰胺分析儀(色譜法)用粉筆分離植物葉子中的色素實踐活動

取5g新鮮的菠菜葉(或其他綠色植物的葉子)，用剪刀剪碎后放入研缽中，加入10mL無水乙醇或丙酮研磨成漿狀，過濾除去渣子，將濾液放入50mL燒杯中，再在燒杯中心垂直放置一根白粉筆。約10min后觀察并記錄實驗現(xiàn)象。觀看視頻有機(jī)物（純凈）確定分子式？首先要確定有機(jī)物中含有哪些元素如何利用實驗的方法確定有機(jī)物中C、H、O各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？李比希法現(xiàn)代元素分析法研究有機(jī)物的一般步驟和方法1.元素分析：李比希法→現(xiàn)代元素分析法二、元素分析與相對分子質(zhì)量的確定“李比希元素分析法”的原理：取一定量含C、H（O）的有機(jī)物加氧化銅加熱氧化H2OCO2用無水CaCl2吸收用KOH濃溶液吸收得前后質(zhì)量差得前后質(zhì)量差計算C、H含量計算O含量得出實驗式過程：

將一定量的有機(jī)物燃燒（氧化），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最簡單的整數(shù)比，即確定其實驗式（又稱為最簡式）。德國化學(xué)家李比希（1803～1873）化學(xué)史話李比希對有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的研究有什么貢獻(xiàn)？定量測定有機(jī)物中碳和氫元素含量的一種分析方法

將準(zhǔn)確稱量的樣品置于一燃燒管中，再將其徹底燃燒成二氧化碳和水，用純的氧氣流把它們分別趕入燒堿石棉劑（附在石棉上粉碎的氫氧化鈉）及高氯酸鎂的吸收管內(nèi)，前者將排出的二氧化碳變?yōu)樘妓徕c，后者吸收水變?yōu)楹薪Y(jié)晶水的高氯酸鎂，這兩個吸收管增重量分別表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可計算樣品中的碳和氫的含量。如果碳與氫的百分含量相加達(dá)不到100%，而又檢測不出其他元素，則差數(shù)就是氧的百分含量。本法的特點(diǎn)是碳?xì)浞治鲈谕粯悠分羞M(jìn)行，且對儀器裝置稍加改裝后，即能連續(xù)檢測其他元素。1.元素分析：李比希法→現(xiàn)代元素分析法元素分析儀例1、5.8g某有機(jī)物完全燃燒，生成CO213.2g,H2O5.4g。含有哪些元素?思考：能否直接確定該有機(jī)物的分子式?

實驗式和分子式有何區(qū)別?實驗式和分子式的區(qū)別;實驗式：表示化合物分子中所含元素的原子數(shù)目最簡整數(shù)比的式子。分子式：表示化合物所含元素的原子種類及數(shù)目的式子,表示物質(zhì)的真實組成。n(C)∶n(H)∶n(O)＝13.2／44∶5.4×2／18∶1.6／16＝0.3：0.6：0.1＝3∶6∶1

∴實驗式為

C3H6O[練習(xí)1]某含C、H、O三種元素組成的未知有機(jī)物A，經(jīng)燃燒分析實驗測定該未知物中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.16%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.14%。（1）試求該未知物A的實驗式（分子中各原子的最簡單的整數(shù)比）。（2）若要確定它的分子式，還需要什么條件？相對分子質(zhì)量n(C)∶n(H)∶n(O)＝52.16／12∶13.14／1∶34.7／16＝2∶6∶1

∴實驗式為

C2H6O練習(xí)2、實驗測得某碳?xì)浠衔顰中，含碳80%、含氫20%，求該化合物的實驗式。又測得該化合物的相對分子質(zhì)量是30，求該化合物的分子式。答案：實驗式是CH3，分子式是C2H6解法一解法二∵n(C)∶n(H)＝80／12∶20／1＝1∶3∴該化合物的實驗式：CH3設(shè)分子式為

(CH3)n則15n＝30∴n＝2分子式為

C2H6∵1mol有機(jī)物中含C原子30×80%／12＝2mol1mol有機(jī)物中含H原子30×20%／1＝6mol則一個分子中含2個C原子6個H原子∴分子式為

C2H6練習(xí)：某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實驗測定該未知物中碳的質(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的實驗式。若要確定它的分子式，還需要什么條件？C2H6O不需條件C2H6O2、相對分子質(zhì)量的求法：思路：求1摩爾物質(zhì)的質(zhì)量（摩爾質(zhì)量）⑴、已知標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的密度，求分子量密度的單位是：克/升（g/L）摩爾質(zhì)量=22.4L/molg/L

分子量=22.4

⑵、已知相對密度（D），求分子量

相同條件下，氣體的分子量之比=密度之比=相對密度。M1M2=12=D如：某氣體對氫氣的相對密度是17，則該氣體的分子量為又如：某氣體對空氣的相對密度是1.5，則該氣體的分子量為3444確定相對分子質(zhì)量的方法有①M(fèi)=m/n②M1=DM2③M=22.4?ρ3.相對分子質(zhì)量的確定——質(zhì)譜法測定相對分子質(zhì)量的方法很多，質(zhì)譜法是最精確、最快捷的方法。[例2]某同學(xué)為測定維生素C（可能含C、H或C、H、O）中碳、氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取維生素C樣品研碎，稱取該樣品0.352g，置于鉑舟并放入燃燒管中，不斷通入氧氣流。用酒精噴燈持續(xù)加熱樣品，將生成物先后通過無水硫酸銅和堿石灰，兩者分別增重0.144g和0.528g，生成物完全被吸收。試回答以下問題：（1）維生素C中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

。（2）維生素C中是否含有氧元素？為什么？（3）試求維生素C的實驗式：

（3）若維生素C的相對分子質(zhì)量為176，請寫出它的分子式C3H4O3

41％4.55％肯定含有氧C6H8O6

核磁共振儀

——相對分子質(zhì)量的確定有機(jī)物分子高能電子束轟擊帶電的“碎片”確定結(jié)構(gòu)碎片的質(zhì)荷比質(zhì)譜圖中的質(zhì)荷比：碎片的相對質(zhì)量（m）和所帶電荷（e-）的比值（分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測器需要的時間最長，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量）質(zhì)譜法作用：測定相對分子質(zhì)量

測定相對分子質(zhì)量的方法很多，質(zhì)譜法是最精確、最快捷的方法。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質(zhì)量，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.質(zhì)譜法（由于分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測器需要的時間最長，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量）質(zhì)譜儀有什么作用？其原理是什么？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質(zhì)量，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。1、質(zhì)荷比是什么？2、如何確定有機(jī)物的相對分子質(zhì)量？分子離子與碎片離子的相對質(zhì)量與其電荷的比值小結(jié)：CH3CH2OH+質(zhì)荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相對豐度/%乙醇的質(zhì)譜圖

分子、離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測器需要的時間越長，因此質(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。2、相對分子質(zhì)量的確定質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀例3．2002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。設(shè)H＋的質(zhì)荷比為β，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質(zhì)譜儀[練習(xí)3]某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)確定：①測定實驗式：某含C、H、O三種元素的有機(jī)物，經(jīng)燃燒分析實驗測定其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是13.51%,則其實驗式是（）。

②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（）。C4H10O74C4H10O74n(C)∶n(H)∶n(O)＝64.86％／12∶13.51％／1∶21.63％／16＝4∶10∶1∴實驗式為：

C4H10O

設(shè)分子式為；(C4H10O)n則74n＝74

∴n＝1分子式為

C4H10O[練習(xí)4]嗎啡和海洛因都是嚴(yán)格查禁的毒品。嗎啡分子含C71.58%、H6.67%、N4.91%、其余為O。已知其分子量不超過300。試求：⑴嗎啡的分子量；⑵嗎啡的分子式。分析：可先假設(shè)分子中只含1個氮原子，可通過N的百分含量和N的原子量，計算出嗎啡的最小分子量。解：⑴嗎啡最小分子量

，而又知嗎啡分子量不超過300，故可知嗎啡分子量即為285。⑵一個嗎啡分子中碳原子數(shù)為

氫原子數(shù)為

氮原子數(shù)為1氧原子數(shù)為

故嗎啡的分子式為

2/6/20232:22AM三、分子結(jié)構(gòu)的測定

有機(jī)物的性質(zhì)結(jié)構(gòu)式（確定有機(jī)物的官能團(tuán)）分子式計算不飽和度推測可能的官能團(tuán)寫出可能的同分異構(gòu)體利用官能團(tuán)的特征性質(zhì)，通過化學(xué)實驗確定。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)上常常需要采取一些物理方法。與鑒定有機(jī)物結(jié)構(gòu)有關(guān)的物理方法有質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振譜等。②核磁共振氫譜氫原子種類不同（所處的化學(xué)環(huán)境不同）特征峰也不同①紅外光譜作用：獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息作用：測定有機(jī)物分子中等效氫原子的類型和數(shù)目

三、分子結(jié)構(gòu)的確定利用特征反應(yīng)鑒定出官能團(tuán)，再進(jìn)一步確認(rèn)分子結(jié)構(gòu)2.物理方法：1.化學(xué)方法：由于有機(jī)物中組成化學(xué)鍵、官能團(tuán)的原子處于不斷振動狀態(tài)，且振動頻率與紅外光的振動頻譜相當(dāng)。所以，當(dāng)用紅外線照射有機(jī)物分子時，分子中的化學(xué)鍵、官能團(tuán)可發(fā)生震動吸收，不同的化學(xué)鍵、官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機(jī)物含有哪些化學(xué)鍵、官能團(tuán)，以確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。紅外光譜法確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的原理是：1.紅外光譜(IR)三、分子結(jié)構(gòu)的確定2、紅外光譜的應(yīng)用原理①紅外光譜例4、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：C―O―CC=O不對稱CH3CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3練習(xí)5：有一有機(jī)物的相對分子質(zhì)量為74，確定分子結(jié)構(gòu)，請寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡式

C―O―C對稱CH3對稱CH2CH3CH2OCH2CH3核磁共振儀

核磁共振中的核指的是氫原子核。氫原子核具有磁性，如用電磁波照射氫原子核，它能通過共振吸收電磁波能量，發(fā)生躍遷。用核磁共振儀可以記錄到有關(guān)信號，處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時吸收的頻率不同，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同。且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比?？梢酝浦撚袡C(jī)物分子有幾種不同類型的氫原子及它們的數(shù)目多少。2.核磁共振氫譜四、分子結(jié)構(gòu)的確定結(jié)構(gòu)分析：核磁共振法（H’—NMR）作用：測定有機(jī)物中H原子的種類信號個數(shù)和數(shù)目信號強(qiáng)度之比峰面積吸收峰數(shù)目＝氫原子類型不同吸收峰的面積之比（強(qiáng)度之比）＝不同氫原子的個數(shù)之比例5、分子式為C2H6