专题9第2讲研究有机化合物的方法.ppt

第2讲研究有机化合物的方法一 有机物的分离与提纯自我诊断1 现有三组混合液 乙酸乙酯和乙酸钠溶液 乙醇和丁醇 溴化钠和单质溴的水溶液 分离以上各混合液的正确方法依次是 A 分液 萃取 蒸馏B 萃取 蒸馏 分液C 分液 蒸馏 萃取D 蒸馏 萃取 分液 C 基础盘点 基础回归研究有机化合物一般要经过的几个基本步骤 分离 提纯 元素定量分析 测定相对分子质量 波谱分析确定 确定 确定 分离提纯有机物常用的方法 1 蒸馏是分离 提纯态有机物的常用方法适用条件 该有机物性较强 有机物与杂质的 2 重结晶是提纯态有机物的常用方法适用条件 在所选溶剂中 杂质在此溶剂中 实验式 分子式 结构式 液 热稳定 沸点相差大 固 溶解度 很大或很小 被提纯的有机物在该溶剂中 3 萃取包括萃取和萃取液 液萃取原理是利用有机物 常用玻璃仪器是 固 液萃取原理是用溶剂的过程 溶解度受温度影 响大 液 液 固 液 在两种互不相溶的溶 剂中溶解度不同 有机 从固体物质中溶解出 有机物 分液漏斗 二 有机物组成和结构的研究自我诊断2 质子核磁共振谱 PMR 是研究有机化合物结构的有力手段之一 在所研究化合物的分子中 每一结构中的等性氢原子 在PMR谱中都给出了相应的峰 信号 谱中峰的强度与结构中的氢原子数成正比 例如 乙醛的结构式为其PMR谱中有两个信号 其强度之比为3 1 1 化学式为C3H6O2的二元混合物 如果在PMR谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况 第一种情况峰的给出强度为3 3 第二种情况峰的给出强度为3 2 1 由此可推断该混合物的组成可能是 写结构简式 2 在测得有机化合物的PMR谱上可观察到三种峰 而测定化合物CH3CHCHCl时 却得到氢原子给出的信号峰6个 从原子在空间排列方式不同的角度上 试写出CH3CHCHCl分子的空间异构体 解析 1 当C3H6O2峰强度为3 3时 我们可以知道有两种类型的氢 而且两种类型氢的数目相等 因此该物质应是CH3COOCH3 第二种情况峰强度为3 2 1 可知共有三种类型的氢 氢个数比为3 2 1 由此我们写出了CH3CH2COOH的化学式 2 表面上看CH3CHCHCl应有三种峰 但实际测得六种峰 说明顺式 反式结构中的氢信号峰是不同的 因为基团间的相互影响 顺式中的甲基与反式中的甲基并不相同 给出的氢信号是不同的 顺式中的两个H不同 反式中的两个H也不同 故共给出6种H信号 答案 1 第一种情况CH3COOCH3 第二种情况CH3CH2COOH 基础回归1 元素分析与相对分子质量的测定 1 对纯净的有机物进行元素分析 可确定 2 可用测定相对分子质量 进而确定 实验式 质谱法 分子式 2 分子结构的鉴定 1 结构鉴定的常用方法 化学方法 利用特征反应鉴定出官能团 再制备它的衍生物进一步确认 物理方法 质谱 紫外光谱 等 红外光谱 核磁共 振氢谱 2 红外光谱 IR 当用红外线照射有机物分子时 不同或吸收频率不同 在红外光谱图中处于不同的位置 3 核磁共振氢谱 处在不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的位置不同 吸收峰的面积与氢原子数成 官能团 化学 键 正比 要点一有机物的分离和提纯 要点精讲 典例导析1 下列除去杂质的方法正确的是 除去乙烷中少量的乙烯 光照条件下通入Cl2 气液分离 除去乙酸乙酯中少量的乙酸 用饱和碳酸钠溶液洗涤 分液 干燥 蒸馏 除去CO2中少量的SO2 气体通过盛饱和碳酸钠溶液的洗气瓶 除去乙醇中少量的乙酸 加足量生石灰 蒸馏A B C D 解析 光照条件下 乙烷可与Cl2发生取代反应 该法不合适 乙酸与Na2CO3溶液反应 乙酸乙酯与Na2CO3溶液不反应 且溶解度很小 故可用饱和Na2CO3溶液除去乙酸乙酯中的乙酸 CO2和SO2均可与Na2CO3溶液反应 不合适 乙酸可与生石灰生成盐 蒸馏即可得到乙醇 B 迁移应用1将煤焦油中的苯 甲苯和苯酚进行分离 可采取如下图所示方法和操作 写出物质a和c的化学式 a c 写出分离方法 和 的名称 混合物加入溶液 a 反应的化学方程式为 下层液体b通入气体c反应的化学方程式为 分离出的苯酚含在中 解析苯酚的分离提纯应利用其弱酸性 苯酚与NaOH反应 生成溶液 通入足量CO2 分液即可 答案NaOHCO2蒸馏分液 NaOH NaHCO3下层物质e 要点二有机物分子式 结构式的确定1 有机物分子式的确定 1 元素分析 定性分析用化学方法鉴定有机物分子的元素组成 如燃烧后CCO2 HH2O SSO2 NN2 定量分析将一定量有机物燃烧后分解为简单无机物 并测定各产物的量从而推算出有机物分子中所含元素原子最简单的整数比 即实验式 李比希氧化产物吸收法用CuO将仅含C H O元素的有机物氧化后 产物H2O用无水CaCl2吸收 CO2用KOH浓溶液吸收 计算出分子中碳 氢原子的含量 其余的为氧原子的含量 2 相对分子质量的测定 质谱法 原理 样品分子分子离子和碎片离子到达检测器的时间因质量不同而先后有别质谱图 质荷比 分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值 3 相对分子质量的求算方法 M A 2M B M A m B 4 有机物分子式的确定 5 确定有机物分子式的规律 最简式规律最简式相同的有机物 无论多少种 以何种比例混合 混合物中元素质量比例相同 要注意的是 a 含有n个碳原子的饱和一元醛与含有2n个碳原子的饱和一元羧酸和酯具有相同的最简式 b 含有n个碳原子的炔烃与含有3n个碳原子的苯及其同系物具有相同的最简式 相对分子质量相同的有机物a 含有n个碳原子的醇与含 n 1 个碳原子的同类型羧酸和酯 b 含有n个碳原子的烷烃与含 n 1 个碳原子的饱和一元醛 商余法 推断有机物的分子式 设烃的相对分子质量为M a 得整数商和余数 商为可能的最大碳原子数 余数为最小的氢原子数 b 的余数为0或碳原子数大于或等于氢原子数时 将碳原子数依次减少一个 每减少一个碳原子即增加12个氢原子 直到饱和为止 2 确定结构式的一般步骤 典例导析2 有机物A和B无论以何种比例混合 组成中所含原子核外电子总数均不变 1 若A是分子中含8个氢原子的烃 B是分子中含3个碳原子的烃的含氧衍生物 写出两组符合下述条件的有机物的分子式 相对分子质量之差为2 A B 相对分子质量相等 A B 2 若A是分子中含有4个碳原子的烃 B是饱和链烃的一元含氮衍生物 则A的分子式为 B的分子式为 符合B的分子式的同分异构体有种 解析解答此题可采用等量代换法 常见相对原子质量的等量关系有 4C 3O CH4 O N CH2等 常见电子数的等量关系有 N CH 4C 3O O CH2等 若能充分利用这些等量关系 进行等量替换 可以优化思路 简化过程 有助于推理求解 本题是一道开放性试题 解题时要紧紧抓住A与B电子数相等这一主线 灵活运用等量代换思想 由A变式过渡到B 1 设A的分子式为CxH8 B的分子式为C3HyOz A与B电子数相等 相对分子质量相差2 注意观察C和O的电子数之差和相对原子质量之差 如图所示 若A为C4H8 则B为C3H6O 用O替换CH2 既是等电子代换又是相对分子质量之差为2 若A为C8H8 则B可以用3个氧原子代替4个碳原子 等电 等质代换 再用1个氧原子替换1个亚甲基 CH2 那么B的分子式为C3H6O4 若选定A为C7H8 根据电子总数相等 相对分子质量相等 即4个碳原子换为3个氧原子 即B为C3H8O3 2 设A为C4Hx 将A分子中的CH用N替换 等电子代换 可得B 由于B是饱和链烃的一元含氮衍生物 可推知相应的A为C4H10 B为C3H9N B的同分异构体有4种 答案 1 C4H8C3H6O 或C8H8C3H6O4 C7H8C3H8O3 2 C4H10C3H9N4 迁移应用2碳 氢 氧3种元素组成的有机物A 相对分子质量为102 含氢的质量分数为9 8 分子中氢原子个数为氧的5倍 1 A的分子式是 2 A有2个不同的 位于碳链两端的含氧官能团 其名称是 3 一定条件下 A与氢气反应生成B B分子的结构可视为1个碳原子上连接2个甲基和另外2个结构相同的基团 A的结构简式是 A不能发生的反应是 填写序号字母 a 取代反应b 消去反应c 酯化反应d 还原反应 4 写出两个与A具有相同官能团 并带有支链的同分异构体的结构简式 5 A还有另一种酯类同分异构体 该异构体在酸性条件下水解 生成两种相对分子质量相同的化合物 其中一种的分子中有2个甲基 此反应的化学方程式是 6 已知环氧氯丙烷可与乙二醇发生如下聚合反应 nH2C CH CH2Cl nHO CH2 CH2 OH B也能与环氧氯丙烷发生类似反应 生成高聚物 该高聚物的结构简式是 解析N H 10 由题意可知N O 2 N C 5 A的分子式为C5H10O2 又因为A中有2个氧原子 有2个不同的含氧官能团 只能是羟基和醛基 A与氢气反应生成B 故B为 答案 1 C5H10O2 2 羟基醛基 题组一有机物的分离与提纯1 去掉苯酚中混有的少量苯甲酸 应选用的最好方法是 A 在混合物中加入盐酸 充分振荡 再用分液漏斗分离B 在混合物中加入NaOH溶液 充分振荡 再通入过量CO2气体 待完全反应后 用分液漏斗分离C 将混合物用蒸馏方法分离D 在混合物中加入乙醚 充分振荡 萃取苯酚 然后再用分液漏斗分离 B 对点训练 2 除去下列物质中含有的少量杂质 请填写应加入的试剂及操作方法 解析根据表中各物质的化学性质的差异进行除杂 将混合气体通入溴水中即可除去乙烷中的乙烯气体 用NaOH溶液可除去溴苯中的溴 用水可洗去硝基苯中的酸液 用KMnO4酸性溶液可除去苯中的二甲苯 用饱和NaHCO3溶液可除去CO2中的HCl气体 答案 题组二有机物组成与结构的研究3 下列化学用语表达正确的是 A 丙烷的球棍模型 B CS2的电子式 C S2 的结构示意图 D 乙醛的结构简式为 CH3COH A 4 某化合物的结构式 键线式 及球棍模型如下 下列关于该有机物的叙述正确的是 A 该有机物不同化学环境的氢原子有7种B 该有机物属于芳香族化合物C 键线式中的Et代表的基团为 CH3D 该有机物在一定条件下能够发生消去反应 解析对照键线式结构和球棍模型 不难发现 Et代表乙基 该有机物分子中共有8种化学环境的氢原子 分子中没有苯环 不属于芳香族化合物 答案D 5 1L 标况下 某烃 完全燃烧生成的CO2和水蒸气在273 1 01 105Pa下 混合气体体积为yL 当冷却至标准状况时气体体积为xL 下列用x y表示该烃的化学式正确的是 A CxHyB CxHy xC CxH2y 2xD CxHy 2x解析273 1 01 105Pa下体积yL相当于标准状况下y 2L 则V CO2 xL V H2O x L 该烃分子组成为CxH x 2 即CxHy 2x D 6 2008 海南 18 在核磁共振氢谱中出现两组峰 其氢原子数之比为3 2的化合物是 解析核磁共振氢谱能够测定有机化合物分子结构中氢原子的类型及数目 A中两个甲基的六个氢原子是相同的 而亚甲基中两个氢原子不同于甲基氢原子 两种氢原子的比例为6 2 3 1 B中有三种氢原子 比例为6 2 2 3 1 1 C中有三种氢原子 比例为8 6 2 4 3 1 D中有两种氢原子 比例为6 4 3 2 答案D 7 1mol某烃在足量的氧气中完全燃烧 生成水和二氧化碳各6mol 则该烃的分子式为 若该烃不能使溴水褪色 但一定条件下能跟纯溴发生取代反应 其一溴取代物只有一种 则该烃的结构简式为 名称为 若该烃能使溴水褪色 在催化剂作用下 与H2发生加成反应 生成2 2 二甲基丁烷 则该烃的结构简式为 名称为 写出该烃在催化剂作用下发生加聚反应的化学方程式 答案 8 化合物A经李比希法测得其中含C72 0 H6 67 其余为氧 质谱法分析得知A的相对分子质量为150 现代仪器分析有机化合物的分子结构有以下两种方法 方法一 核磁共振仪可以测定有机物分子里不同化学环境的氢原子及其相对数量 如乙醇 CH3CH2OH 的核磁共振氢谱有3个峰 其面积之比为3 2 1 如图1所示 现测出A的核磁共振氢谱有5个峰 其面积之比为1 2 2 2 3 方法二 利用红外光谱仪可初步检测有机化合物中的某些基团 现测得A分子的红外光谱如图2所示 已知 A分子中只含一个苯环 且苯环上只有一个取代基 试回答下列问题 1 A的分子式为 2 A的结构简式为 3 A的芳香类同分异构体有多种 请按要求写出其中两种结构简式 分子中不含甲基的芳香酸 遇FeCl3显紫色且苯环上只有两个取代基的芳香醛 解析C H O的个数之比为 4 5 5 1 9 10 2 根据相对分子质量为150 可求得其分子式为C9H10O2 通过红外光谱图可知 A分子中除含一个苯环外 还含有和 C C 所以A的结构简式为C6H5COOCH2CH3 A的芳香类同分异构体中不含甲基的芳香酸是C6H5CH2CH2COOH 遇FeCl3显紫色 说明含酚羟基 又因为含醛基 且只有两个取代基 所以遇FeCl3显紫色且苯环上只有两个取代基的芳香醛是HOC6H4CH2CH2CHO 答案 1 C9H10O2 2 C6H5COOCH2CH3 3 C6H5CH2CH2COOH HOC6H4CH2CH2CHO 定时检测 一 选择题 本题包括10小题 每小题5分 共50分 1 2009 宁夏理综 8 3 甲基戊烷的一氯代产物有 不考虑立体异构 A 3种B 4种C 5种D 6种解析3 甲基戊烷的一氯代产物有四种 B 2 2009 安徽理综 8 北京奥运会期间对大量盆栽鲜花施用了S 诱抗素制剂 以保持鲜花盛开 S 诱抗素的分子结构如图 下列关于该分子说法正确的是 A 含有碳碳双键 羟基 羰基 羧基B 含有苯环 羟基 羰基 羧基C 含有羟基 羰基 羧基 酯基D 含有碳碳双键 苯环 羟基 羰基解析从图示可以分析 该有机物的结构中存在3个碳碳双键 1个羰基 1个醇羟基 1个羧基 A选项正确 A 3 2008 上海 7 下列各化合物的命名正确的是 解析A的正确命名为1 3 丁二烯 B应从离羟基最近的一端开始编号 即B的正确命名为2 丁醇 C为邻甲基苯酚 因此只有D正确 D 4 2008 广东卷改编 从有机化合物的分类来看 下列反应中的X属于 A 醇B 烷烃C 烯烃D 酯解析该反应为两种单体的加聚反应 由生成物的结构简式可推知反应物X的结构简式为 所以X属于酯类化合物 D 5 2008 宁夏理综 8 在 丙烯 氯乙烯 苯 甲苯四种有机化合物中 分子内所有原子均在同一平面的是 A B C D 解析乙烯 苯均为平面结构 甲烷为正四面体结构 因此丙烯 CH2 CH CH3 中 CH3中的C与其他的原子形成的是四面体结构 氯乙烯 CH2 CHCl 中的Cl取代了乙烯中H的位置 因此氯乙烯所有原子均在同一平面上 甲苯 中 CH3中的C原子与其他的原子形成四面体结构 B 6 2008 全国理综 8 下列各组物质不属于同分异构体的是 A 2 2 二甲基丙醇和2 甲基丁醇B 邻氯甲苯和对氯甲苯C 2 甲基丁烷和戊烷D 甲基丙烯酸和甲酸丙酯解析甲基丙烯酸的结构简式为 分子式为C4H6O2 甲酸丙酯的结构简式为HCOOCH2CH2CH3 其分子式为C4H8O2 因此二者不是同分异构体 D 7 已知乙烯分子是平面结构 因此1 2 二氯乙烯可以形成两种不同的空间异构体 下列各物质中 能形成类似上述两种空间异构体的是 A 1 丁烯B 丙烯C 2 甲基 2 丁烯D 2 氯 2 丁烯解析由题意可知 只要双键的碳原子上连接两个不同的取代基 就存在空间异构体 显然 只有2 氯 2 丁烯存在空间异构体 选D D 8 一种有机物的化学式为C4H4 分子结构如右图所示 将该有机物与适量氯气混合后光照 生成的卤代烃的种类共有 A 2B 4C 5D 6解析图示结构为正四面体结构 一卤代物 二卤代物 三卤代物 四卤代物各有一种 B 9 下列8种有机物 CH2 CH2 CH3OH CH3Cl CCl4 HCOOCH3 CH3COOCH2CH3 CH3COOH按官能团的不同可分为 A 4类B 5类C 6类D 8类 C 10 2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机分子进行结构分析的质谱法 其方法是让极少量的 10 9g 化合物通过质谱仪的离子化室 样品分子大量离子化 少量分子碎裂成更小的离子 如C2H6离子化可得到C2H C2H C2H 然后测定其质荷比 设H 的质荷比为 其有机物样品的质荷比如下图所示 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 CH3OH B 甲烷C 丙烷D 乙烯 解析C4H10有两种同分异构体 CH3 CH2 CH2 CH3和 它们均有2种一氯代物 A项错 B项分子中最多有4个碳原子在一条直线上 故错误 2 乙基 1 丁烯对应的结构简式为C项正确 乙烯和HBr加成的产物为 而不是1 2 二溴乙烷 D项错 答案C 二 非选择题 本题包括4小题 共50分 11 12分 麻黄素又称黄碱 是我国特定的中药材麻黄中所含有的一种生物碱 经我国科学家研究发现其结构如下 1 麻黄素中含氧官能团的名称是 属于 填 醇 或 酚 类 2 下列各物质与麻黄素互为同分异构体的是 填字母 下同 与麻黄素互为同系物的是 解析 1 通过观察麻黄素的结构简式可知其中含有羟基 亚氨基 苯环等官能团 但只有羟基官能团含有氧元素 2 麻黄素的分子式为C10H15ON 而选项中的A B C D E的分子式分别为 C9H13NO C11H17NO C9H13NO C10H15NO C10H15NO 因此麻黄素与D E互为同分异构体 麻黄素结构中含有一个苯环 一个亚氨基 一个醇羟基 与麻黄素官能团不同的A B D可以排除 与麻黄素互为同系物的是C 答案 1 羟基醇 2 DEC 12 12分 如果将碳 氢元素符号省略 只表示分子中键的连接情况 每个拐点或终点均表示有一个碳原子 称为键线式 如CH3CH2CH2CH3的键线式可表示为 有人设想合成具有以下结构的烃分子 1 结构D显然是不可能合成的 原因是 2 在结构A的每两个碳原子之间插入一个CH2原子团 可以形成金刚烷的结构 写出金刚烷的分子式 3 B的一种同分异构体是最简单的芳香烃 能证明该芳香烃中的化学键不是单双键交替排列的事实是 填字母序号 a 它的对位二元取代物只有一种b 它的邻位二元取代物只有一种c 分子中所有碳碳键的键长均相等d 能发生取代反应和加成反应 4 C的一种属于芳香烃的同分异构体是生产某塑料的单体 写出合成该塑料的化学方程式 答案 1 C原子不能形成5个共价键 2 C10H16 3 bc 13