第四节研究有机物的一般步骤和方法第2课时

1、第一章第一章 认识有机化合物认识有机化合物第第4 4节节 研究有机化合物的一般步骤和方研究有机化合物的一般步骤和方法法( (课时课时2)2)将下列各组混合物与对应的分离方法连线将下列各组混合物与对应的分离方法连线: : 汽油和柴油汽油和柴油 重结晶重结晶 溴溴 水水 分液分液硝酸钾和氯化钠的混合物硝酸钾和氯化钠的混合物 蒸馏蒸馏 四氯化碳和水四氯化碳和水 萃取萃取分离、提纯分离、提纯步骤步骤方法方法蒸馏、重结晶、萃取等蒸馏、重结晶、萃取等思考与交流思考与交流得到纯净的有机物后，如何确定它的得到纯净的有机物后，如何确定它的 分子式分子式 ？CO2H2O一定量一定量有机物有机物燃烧燃烧CO ?H元

2、素定性分析元素定性分析确定有机物的元素组成确定有机物的元素组成用化学方法鉴定有机物的元素组成。用化学方法鉴定有机物的元素组成。H2O CO2元素定量分析元素定量分析确定有机物的实验式确定有机物的实验式将一定量的有机物燃烧并将一定量的有机物燃烧并测定各产物的质量测定各产物的质量，从而推算出各组成元素的质量分数，然后计算从而推算出各组成元素的质量分数，然后计算该有机物分子中所含元素原子的最简整数比，该有机物分子中所含元素原子的最简整数比，即确定即确定实验式实验式。 某含某含C C、H H、O O三种元素的未知物三种元素的未知物A A，经燃烧分析实，经燃烧分析实验测定该未知物碳的质量分数为验测定该未

3、知物碳的质量分数为52.1652.16，氢的质量，氢的质量分数为分数为13.1413.14，试求该未知物，试求该未知物A A的的实验式实验式。【思路点拨思路点拨】 (1) (1) 先确定该有机物中各组成元素原子的质量分数先确定该有机物中各组成元素原子的质量分数(2) (2) 再求各元素原子的个数比再求各元素原子的个数比1、元素分析：、元素分析：李比希法李比希法现代元素分析法现代元素分析法三、元素分析与相对分子质量的确定三、元素分析与相对分子质量的确定元素分析仪元素分析仪德国化学家李比希（德国化学家李比希（1803180318731873）李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？李比希对有机化合

4、物结构的研究有什么贡献？ 李比希法：李比希法：定量测定有机物中碳和氢元素含量的一种分析方法定量测定有机物中碳和氢元素含量的一种分析方法。 将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增加的重量分别表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可计算样品中的碳和氢的含量。如果碳与氢的百分含量相加达不到100%，而又检测不出其他元素，则差数就是氧的百分含量。本法的特点是碳氢分析在同一样品中进行，且对仪器装置稍加改装后，即能连续

5、检测其他元素。“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 C、H H（O O）的有）的有机物机物加氧化铜加氧化铜 氧化氧化H2OCO2用无水用无水CaClCaCl2 2吸收吸收用用KOHKOH浓浓溶液吸收溶液吸收得前后得前后质量差质量差得前后得前后质量差质量差计算计算C C、H H含量含量计算计算O O含量含量得出得出实验式实验式 将将一定量一定量的有机物燃烧，的有机物燃烧，分解分解为简单的无机物，并作为简单的无机物，并作定量测定定量测定，通过无机物的质量通过无机物的质量推算推算出组成该有机物元素原子的出组成该有机物元素原子的质量分数质量分数，然后，然后计算出该有机

6、物分子所含元素计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比原子最简单的整数比，即确定其，即确定其实验实验式式（又称为（又称为最简式最简式）。）。例例1 1、5.8 g5.8 g某有机物完全燃烧，生成某有机物完全燃烧，生成COCO2 2 13.2 g , H 13.2 g , H2 2O O 5.4 g 5.4 g 。含有哪些元素。含有哪些元素? ?思考思考：能否直接确定该有机物的分子式能否直接确定该有机物的分子式? ? 实验式和分子式有何区别实验式和分子式有何区别? ?n(C) n(H) n(O)13.244 5.4218 1.616 0.3：0.6：0.13 6 1 实验式为实验式为 C3H

7、6O 某含某含C C、H H、O O三种元素组成的未知有机物三种元素组成的未知有机物A A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为52.16%52.16%，氢的质量分数为，氢的质量分数为13.14%13.14%。（1 1）试求该未知物）试求该未知物A A的实验式（分子中各原子的的实验式（分子中各原子的最简单的整数比）。最简单的整数比）。（2 2）若要确定它的分子式，还需要什么条件？）若要确定它的分子式，还需要什么条件？C C2 2H H6 6O O相对分子质量相对分子质量有哪些方法可以求相对分子质量？有哪些方法可以求相对分子质量？（1）M = m

8、/ n（2）根据有机蒸气的相对密度）根据有机蒸气的相对密度D: D =M1/M2（3）标况下有机蒸气的密度为）标况下有机蒸气的密度为g/L， M = 22.4L/mol g/L质谱法质谱法测定相对分子质量。测定相对分子质量。 2.2.相对分子质量的确定相对分子质量的确定质谱法质谱法有机物分子有机物分子高能电子束轰击高能电子束轰击带电的带电的 “碎片碎片”确定结确定结构构碎片的质荷比碎片的质荷比（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的长，因此谱图中的质荷比最大的质荷比最大的就是未知物的就是未知物的相对分子质相对分子质量量

9、） 测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快捷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。它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电的方法。它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。差异，其结果被记录为质谱图。质荷比：碎片的相对质量质荷比：碎片的相对质量(m)(m)和所带电荷和所带电荷(e(e- -) )的比值的比值质谱法作

10、用：质谱法作用：测定相对分子质量测定相对分子质量质谱仪质谱仪CH3CH2OH+质荷比质荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相对丰度相对丰度/%乙醇的质谱图乙醇的质谱图 最大分子、离最大分子、离子的质荷比越大子的质荷比越大，达到检测器需要达到检测器需要的时间越长的时间越长，因因此质谱图中的此质谱图中的质质荷比最大荷比最大的就是的就是未知物的未知物的相对分相对分子质量子质量。质谱仪质谱仪例例2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对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

11、有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少量的（的（109g）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子）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。如大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子离子化后可得到化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后测定其质，然后测定其质荷比。设荷比。设H的质荷比为的质荷比为，某有机物样品的质荷比如右，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（离子的多少有关），则该有机物可能是（ ）A 甲醇甲醇 B 甲烷甲烷

12、 C 丙烷丙烷 D 乙烯乙烯B确定有机化合物的分子式的方法：确定有机化合物的分子式的方法： 方法一方法一 由物质中各原子（元素）的由物质中各原子（元素）的质量分数质量分数 各原子的各原子的个数比个数比( (实验式实验式)由由相对分子质量相对分子质量和实验式和实验式 有机物有机物分子式分子式 方法二方法二 1 mol1 mol物质中各原子（元素）的物质中各原子（元素）的质量质量除除以原子的以原子的摩尔质量摩尔质量 1 mol 1 mol物质中的各种原子物质中的各种原子的的物质的量物质的量知道知道一个分子一个分子中各种原子的中各种原子的个数个数 有机物有机物分子式分子式 解法一解法一解法二解法二

13、n(C) n(H)8012 2011 3该化合物的实验式：该化合物的实验式：CH3设分子式为设分子式为 (CH3)n 则则 15n30 n2 分子式为分子式为 C2H61mol有机物中含有机物中含C原子原子122mol1mol有机物中含有机物中含H原子原子16mol则一个分子中含则一个分子中含2个个C原子原子6个个H原子原子 分子式为分子式为 二甲醚二甲醚 乙醇乙醇 写出写出C C2 2H H6 6O O可能的结构：可能的结构：有机物有机物A A的分子式为的分子式为C C2 2H H6 6O O，你怎样确定有机物，你怎样确定有机物A A是是乙醇乙醇，还是，还是二甲醚二甲醚？四、分子结构的鉴定四

14、、分子结构的鉴定 有机物的性质有机物的性质结构式结构式（确定有机物的官能团）（确定有机物的官能团）分子式分子式计算不饱和度计算不饱和度推测可能的推测可能的官能团官能团写出可能的写出可能的同分异构体同分异构体利用官能团的特利用官能团的特征性质，通过化征性质，通过化学实验确定。学实验确定。当化合物结构比当化合物结构比较复杂时，若用较复杂时，若用化学方法，时间化学方法，时间长、浪费试剂，长、浪费试剂，因此科学上常常因此科学上常常需要采取一些物需要采取一些物理方法。与鉴定理方法。与鉴定有机物结构有关有机物结构有关的物理方法有质的物理方法有质谱、红外光谱、谱、红外光谱、核磁共振谱等。核磁共振谱等。核磁共

15、振氢谱核磁共振氢谱氢原子种类不同（所氢原子种类不同（所处的化学环境不同）处的化学环境不同）特征峰也不同特征峰也不同红外光谱红外光谱作用：作用：获得分子中含有何种化学键或官能团的信息获得分子中含有何种化学键或官能团的信息作用：作用：测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目 四、分子结构的鉴定四、分子结构的鉴定 利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构2.2.物理方法：物理方法：1.1.化学方法：化学方法：P22第一自然段第一自然段红外光谱红外光谱作用：作用：确定官能团和确定官能团和 化学键的类型化学键的类型

16、四、分子结构的鉴定四、分子结构的鉴定波谱分析波谱分析红外光谱仪红外光谱仪未知物未知物A的红外光谱的红外光谱原理：原理：不同的官能团或化学不同的官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱键吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。图上将处于不同的位置。 核磁共振氢谱核磁共振氢谱核磁共振仪核磁共振仪作用：作用：测定有机物分子中测定有机物分子中氢原子的种类及数目氢原子的种类及数目阅读：阅读：P22-23P22-23从核磁共振氢谱图我们从核磁共振氢谱图我们可以知道哪些信息？可以知道哪些信息？原理：原理：处在不同化学环境中的氢原子因产生处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上

17、出共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，而且吸收峰的面积与氢原现的位置也不同，而且吸收峰的面积与氢原子数目成正比。子数目成正比。结构分析：结构分析：核磁共振法核磁共振法 （HNMR）作用作用：测定有机物中测定有机物中H 原子的原子的种类种类信信号号个个数数和和数目数目信号强度信号强度之比之比峰峰面面积积吸收峰数目氢原子类型吸收峰数目氢原子类型不同吸收峰的面积之比（强度之比）不同吸收峰的面积之比（强度之比）不同氢原子的个数之比不同氢原子的个数之比核磁共振氢谱核磁共振氢谱分子结构的鉴定分子结构的鉴定例例5 5、分子式为、分子式为C2H6O的两种有机化合物的的两种有机化合物的1 1H

18、 H核磁共振核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的1 1H-NMRH-NMR谱图吗谱图吗? ?分子式为分子式为C2H6O的两种有机物的的两种有机物的1H核磁共振谱图核磁共振谱图 下图是某有机物的下图是某有机物的1 1H H核磁共振谱图，则该有机物核磁共振谱图，则该有机物可能是可能是 ( )( )A. CH3CH2OH B. CH3CH2CH2OH C. CH3OCH3 D. CH3CHOC下列有机物在下列有机物在H-NMRH-NMR上只给出一组峰的是上只给出一组峰的是( ) ( ) A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3A分子结构的鉴定分

19、子结构的鉴定分离、提纯分离、提纯步骤步骤方法方法蒸馏、重结晶、萃取蒸馏、重结晶、萃取测定相对分子质量测定相对分子质量 确定分子式确定分子式 质谱质谱 波谱分析波谱分析确定结构式确定结构式 红外光谱红外光谱核磁共振氢谱核磁共振氢谱元素定量分析元素定量分析 确定实验式确定实验式李比希元素分析李比希元素分析 现代元素分析仪现代元素分析仪研究有机化合物的一般步骤和方法研究有机化合物的一般步骤和方法 1 1、某含、某含C C、H H、O O三种元素的有机物，经燃烧分三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是析实验测定其碳的质量分数是64.86%64.86%，氢的质，氢的质量分数是量分数是13.

20、51%, 13.51%, 则其实验式是则其实验式是_。 C C4 4H H1010O On n(C):(C):n n(H):(H):n n(O)=(O)=64.86%64.86%121213.51%13.51%1 121.63%21.63%1616: : := 4:10:1= 4:10:1下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为_，分，分子式为子式为 _质荷比质荷比相对丰度C C4 4H H1010O O7474 确定结构式：下图是有机物的红外光谱图，则有机物的结构确定结构式：下图是有机物的红外光谱图，则有机物的结构式：式：_COCCOC对称对称CH

21、CH2 2 对称CH3CHCH3 3CHCH2 2O OCHCH2 2CHCH3 32.2.下列有机物中有几种下列有机物中有几种H H原子以及个数之比？原子以及个数之比？种；种；种种种；种；种；种；CHCH3 3-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-C-CH-C-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-OH-OH3.3.分子式为分子式为C C3 3H H6 6O O2 2的二元混合物，分离后的二元混合物，分离后, ,在核磁共振在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两

22、种情况。第一种情氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为况峰给出的强度为1 11 1；第二种情况峰给出的强度为；第二种情况峰给出的强度为3 32 21 1。由此推断混合物的组成可能是（写结构简。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）式） 。CHCH3 3COOCHCOOCH3 3CHCH3 3CHCH2 2COOHCOOHHOCHHOCH2 2COCHCOCH3 3HCOOCHHCOOCH2 2CHCH3 33333321321诺贝尔诺贝尔化学奖与物质结构分析化学奖与物质结构分析(2002(2002年年) )引入了核磁共振光谱学观察到了引入了核磁共振光谱学观察到了DNADNA、蛋白质等大分子的真、蛋白质等大分子的真面目。面目。 美国美国