有机化合物结构的研究.ppt

第二单元 科学家怎样研究有机物 有机化合物结构的研究 德国化学家李比希（18031873） 1832年和维勒合作提出“ 基团论”：有机化合物由“基” 组成，这类稳定的“基”是有 机化合物的基础。 1838年李比希还提出了“ 基”的定义 有机化合物结构的研究结构分析 阅读：课本78页化学史话 思考 李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？ 例题： 有机化合物中不含有 的基团是 ( ) A.醛基 B.羧基 C.羟基 D.烃基 D 羟基、 醛基、 羧基、 2氨基、 烃基、 3甲基、 23乙基、65苯基、2硝基等 不同的基团具有不同的结构和性质特点。那如何确 定有机化合物的结构呢？用什么方法呢？ “基”与“根”的区别 1、基团应是中性基团，不带电荷，必有某原 子含有未成对电子，不可以独立存在。 2、“根”带有电荷的原子团，可以在溶液中独立存在。 练习： OH，OH 的电子式。 有机物中的“基”包括两类，一类是烃基，另一类是 官能团。烃分子失去一个或几个氢原子所剩余的部分 叫做烃基（如甲基、乙基），一般用 R 表示， 官能团决定着有机化合物的主要化学性质，是有机 化学重要的分类依据。 核磁共振氢谱 氢原子种类不同（所处的化 学环境不同） 特征峰也不同 红外光谱 作用：获得分子中含有何种化学键或官能 团的信息 作用：测定有机物分子中等效氢原子的类 型和数目 二、现代化学测定有机物结构的方法 质谱法等 核磁共振仪 1、核磁共振仪的应用原理 核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子 核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能 通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁 共振仪可以记录到有关信号，处于不同化学环 境中的氢原子因产生共振时吸收的频率不同， 在谱图上出现的位置也不同。且吸收峰的面积与氢 原子数成正比。可以推知该有机物分子有几种不同类 型的氢原子及它们的数目多少。 、结构分析 核磁共振法 （HNMR） 作用：测定有机物中H 原子的种类 信 号 个 数 信号强度之比 峰 面 积 和数目 P8观察与思考 分子式为C2H6o的两种有机化合物的1H核磁共振谱 图，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR谱图吗?请 与同学交流你作出判断的理由。 分子式为C2H6O的两种有机物的1H核磁共振谱图 核磁共振氢谱 H HC CO OC CH HH HC CC CO OH H H HH H H HH H H H H H H H H H 例1、下图是某有机物的1H核磁共振谱图，则 该有机物可能是 ( ) A. CH3CH2OH B. CH3CH2CH2OH C. CH3OCH3 D. CH3CHO C 课本P14.5 练习.下列有机物在H-NMR上只给出一组峰的是 ( ) A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3 A 问题探究：下列有机物中有几种H原子以 及个数之比？ 种；：种 种；： 种；： CH3-CH-CH3 CH3 CH3-C-CH3 CH3 CH3 CH3-CH2-CH-CH3 CH3 CH3-CH2-OH 2、红外光谱的应用原理 当用红外线照射有机物时，分子中的化学 健或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或 官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于 不同位置，从而可以获得分子中含有何种化学 键或官能团的信息。 红外光谱仪 例1下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图,则 该有机物的结构简式为： COC C=O 不对称CH3 CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3 练习1有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请 写出该分子的结构简式 COC 对称CH3 对称CH2 CH3CH2OCH2CH3 测定相对分子质量的方法很多， 质谱法是最精确、最快捷的方法。 3、相对分子质量的确定质谱法 有机物 分子 高能电子束轰击 带电的 ”碎片” 确定 结构 碎片的 质荷比 荷质比：碎片的相对质量（m）和所带电荷（e）的比值 质谱仪 100 80 60 40 20 0 20304050 27 29 31 45 46 CH3CH2 + CH2=OH + CH3CH=OH + CH3CH2OH + 质荷比 相对丰度/% 某有机物A的质谱图: 乙醇的质谱图 最大分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱 图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。 例2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明 了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让 极少量的（109g）化合物通过质谱仪的离子化室使 样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。 如C2H6离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4 ，然后测定其质荷比。设H的质荷比为，某有机物 样品的质荷比如右图所示（假设离子均带一个单位正 电荷，信号强度与该离子的多少有关），则该有机物 可能是（ ） A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯 B 诺贝尔化学奖与物质结构分析(2002年) 引入了核磁共振光谱学观察到了DNA、蛋白 质等大分子的真面目。 美国 芬恩 日本 田中耕一 瑞士 维特里希 拓展视野 历史上许多科学家因在物质结构分析方面的突出贡献而获得诺贝 尔化学奖。2002年诺贝尔化学奖授予了美国科学家芬恩(JBFenn) 、日本科学家田中耕一(Koichi Tanaka)和瑞士科学家维特里希(K Wuthrich)，以表彰他们发明对生物大分子进行识别和结构分析方法 所作出的巨大成就。 “看清”DNA、蛋白质等生物大分子的真面目曾经是科学家们的梦 想，如今这一梦想已成为现实。芬恩和田中耕一发明了“对生物大分 子的质谱分析法”；维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中 生物大分子三维结构的方法”。前一项成果解决了“看清”生物大分 子是“谁”的问题，后一项成果则解决了“看清”生物大分子是“什么样 子”的问题。这些分析方法可对溶液中的蛋白质进行分析，因而能对 活细胞中的蛋白质进行分析，获得“活”蛋白质的结构。1985年，科 学家利用这种方法第一次绘制出蛋白质的结构图。 自人类基因组图、水稻基因组草图以及其他一些生物基因组图成功 绘制后，生命科学和生物技术已进入后基因组时代。这一时代的重点 课题是研究蛋白质的结构和功能，破译基因怎样控制和合成蛋白质， 蛋白质又是如何发挥生理作用等。在这些课题中，判定生物大分子的 “身份”，“看清”它们的结构非常重要。因此，三位诺贝尔化学奖得 主发明的分析方法，对生物化学的发展将发挥重要作用。 对映异构 认识有机物的立体异构 分子不能与其镜像重叠者，称为手性分子(chiralmolecule)； 两个互为镜像且不能重叠的异构体称为对映异构体(enantiomer)； 是否存在两种分子，它们犹如一个人的左右手，其中一只手 只有在镜像中才能与另一只手完全重叠? 手性分子 手性分子的两 种异构体呈镜 像对称，像人 的左右手一样 HH 手性分子丙氨酸的结构模型 丙氨酸分子 CH3-CH-COOH NH2 手性碳原子 1下列化合物中含有手性碳原子的是( ) A.CCl2F2 B.CH3CHCOOH C.CH3CH2OH D.CHOH CH2OH CH2OH OH B 课堂练习 A.OHCCHCH2OH B. OHCCHCCl C.HOOCCHCCCl D.CH3CHCCH3 H ClOH Br OHClH BrBr CH3 CH3 2下列化合物中含有2个“手性”碳原子的是( ) B L-丙氨酸可使偏振光向右旋转，D-丙氨酸 则可使偏振光向左旋转。镜像，不仅仅是 你熟悉的一个生活现象。 用于测手性化合物旋光性的偏振计及其原理 例题 具有手性碳原子的物质往往具有旋光 性，存在对映异构体，如 等，下列化合物中存在对 映异构体的是 ( ) A B CH3CH3 C甲烷 DC6H5CH(CH3)OCH3 D 具有手性碳原子的物质往往具有旋光 性，存在对映异构体，下列化合物中存 在对映异构体的是 ( ) ACH3CHCH2CH3 B CH3CH3 C甲烷 DCH3COOH A 练习： Cl 1、某有机物中含碳的质量分数为64.86%，氢的质量分数 为13.5%，该有机物的实验式是 ，结合该有机 物的质谱图该有机物的相对分子质量为： 分子 式为： 。 74 C4H10O C4H10O 2、化合物A、B的分子式都 C2H4Br2。A的1HNMR谱上只 有一个峰，则A的结构简式为 。B的1HNMR谱上有 个 峰，强度比为 。 BrCH2CH2Br 2 3:1 3、分子式为C3H6O2的有机物，若在 1H-NMR谱上观察到氢原子峰的强度 为3:3，则结构简式可能为_ , 若 给出峰的强度为3:2:1，则可能为 _ CH3COOCH3 ； CH3CH2COOH、HCOOCH2CH3 4、分子式为C3H6O2的二元混合物，若在1H-NMR 谱上观察到氢原子峰的有两种情况,一种情况的 强度为3:3，另一种情况给出峰的强度为3:2:1, 由此推断混合物