第二节有机化合物结构的测定

1、gkxx精品课件黑发不知勤学早白首方悔读书迟元素组成有机化合物分子式官能团及碳骨架状况分子结构测定有机化合物的结构流程测定有机化合物的结构流程定性定量定性定量分析分析化学分析化学分析仪器分析仪器分析相对分子质量相对分子相对分子质量测定质量测定gkxx精品课件碳、氢元素碳、氢元素质量分数的测定质量分数的测定测二氧化碳和测二氧化碳和水的质量水的质量在氧气流中燃烧氮元素氮元素质量分数的测定质量分数的测定测氮气的测氮气的体积体积在二氧化碳流中燃烧卤素卤素质量分数的测定质量分数的测定测卤化银测卤化银的质量的质量与硝酸银溶液及浓硝酸混合加热一、有机化合物分子式的确定一、有机化合物分子式的确定1. 1. 测

2、定有机化合物的元素组成测定有机化合物的元素组成2 2、求出有机化合物的实验式、求出有机化合物的实验式 各元素原子的个数比，即得最简式，又叫实验式。实验式实验式( (最简式最简式) )和分子式的区别与联系 (1)最简式是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。不能确切表明分子中的原子个数。（2）分子式分子式( (最简式最简式)n)n，n值的求法需借助有机物的相对分子质量，由相对分子质量除以最简式的式量，即求出n值，也就求出了分子式。 （1）M = m/n（2）M1 = DM2 (D(D为相对密度为相对密度) )（3）M = 22.4 L/mol g/L=22.4 g/mol( (标

3、况下气体标况下气体) ) （4）质谱法）质谱法根据有机化合物的质谱图，可看出有机化合物根据有机化合物的质谱图，可看出有机化合物分子失去一个电子成为带正电荷的离子的质量大分子失去一个电子成为带正电荷的离子的质量大小，其中最大的离子质量就是有机化合物的相对小，其中最大的离子质量就是有机化合物的相对分子质量。分子质量。3. 3. 测定有机物的相对分子质量方法测定有机物的相对分子质量方法核磁共振仪核磁共振仪 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有机物分子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”确定确定结构结构碎片的质荷比碎片的质荷比质荷比：质荷比：碎片的相对质量（碎

4、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 1、质谱法作用：测定相对分子质量、质谱法作用：测定相对分子质量质谱法质谱法2、质谱图中的质荷比最大值、质谱图中的质荷比最大值就是未知物的相对分子质量就是未知物的相对分子质量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，因因此此质谱图中的质质谱图中的质荷比最大的就是荷比最大的就是未知

5、物的相对分未知物的相对分子质量子质量。质谱仪质谱仪例例2 220022002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了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（量的（10109 9g g）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分）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。如子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C C2 2H H6 6离离子化后可得到子化后可得到C C2 2H H6 6、C C2 2H H5 5、C C2 2H H4 4，然后测定其质，然后测定其质荷比。设

6、荷比。设H H的质荷比为的质荷比为，某有机物样品的质荷比如，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（该离子的多少有关），则该有机物可能是（ ）A A 甲醇甲醇 B B 甲烷甲烷 C C 丙烷丙烷 D D 乙烯乙烯B例例1 1 某烃含氢元素的质量分数为某烃含氢元素的质量分数为17.2%17.2%，求此烃的实验式。又测得该，求此烃的实验式。又测得该烃的相对分子质量是烃的相对分子质量是5858，求该烃的，求该烃的分子式。分子式。 C2H5是该烃的实验式，不是该烃的分子式 设该烃有n个C

7、2H5，则因此，烃的分子式为 C4H10。229/58n例例2 某有机物样品某有机物样品3.26g，燃，燃烧后得到烧后得到4.74gCO2和和 1.92gH2O，实验测得其相，实验测得其相对分子质量为对分子质量为60，求该有机，求该有机物的分子式。物的分子式。 解一解一：先求样品中各组成元素的质先求样品中各组成元素的质量，由样品与组成元素的物质的量量，由样品与组成元素的物质的量之比求分子式。之比求分子式。 由上述计算知：m(C)1.29g， m(H)0.213gm(O)3.26g1.29g0.213g1.75gn(样品) n(C) n(H) n(O) 1 2 4 2该有机物分子式为C2H4O2

8、。gkxx精品课件解二：根据燃烧反应方程式计算解二：根据燃烧反应方程式计算CxHyOz xCO2 H2O 60 44x 189y3.26g 4.74g 1.92g60 44x3.26g 4.74g x260 9y 3.26g 1.92gy4z(6012214)162分子式为C2H4O2分子式的确定途径分子式的确定途径练习(确定有机物分子式)确定实验式 燃烧30.6g医用胶的单体样品，实验测得：生成70.4g二氧化碳、19.8g水、2.24L氮气(换算为标准状况)，请通过计算确定其实验式。确定分子式 由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0，请确定其分子式。二二. 有机化合物结构式确定

9、有机化合物结构式确定 测定有机物的结构，关键步骤是判定有机物的不饱和判定有机物的不饱和度度及其典型化学性质典型化学性质，进而确定有机物所含的官能团及其所处的有机物所含的官能团及其所处的位置位置。学习目标推测化学键类型有机化合物分子式判断官能团种类及所处位置分子结构计算不计算不饱和度饱和度化学性质实验或化学性质实验或仪器分析图谱仪器分析图谱据分子式确定有机物结构式的流程据分子式确定有机物结构式的流程1、不饱和度的计算、不饱和度的计算 （1）概念：烷烃分子的通式为CnH2n+2，分子中每减少2个碳氢键，同时必然会增加一个碳碳键，该碳碳键可能是重键（双键或叁键），也可能连接成环状，这些都称为增加了一

10、个不饱和度，又叫缺缺氢指数氢指数，用字母 表示。不饱和度不饱和度=n(C)+1-n(H)/22、在时，应注意：、在时，应注意：若含有若含有O(氧原子氧原子)，可不予，可不予；若含有若含有N(氮原子氮原子)，就在氢原子总数中减去，就在氢原子总数中减去。 1、式中各字母表示什么意义？、式中各字母表示什么意义？若有机物中含有若有机物中含有X(卤素原子卤素原子)，可将其视为，可将其视为； H(氢原子氢原子)考虑考虑氮原子数氮原子数(2)分子不饱和度的计算公式如分子式为如分子式为C C6 6H H5 5NONO2 2的分子的不饱和度为：的分子的不饱和度为：6+1-（5-1）/2=5练习：求下列有机化合物

11、的不饱和度。（1）C4H8 （2）CH2=CH-CH=CH2 (4) 溴苯溴苯 C6H5Br （3）乙醇）乙醇 CH3CH2OH答案：答案：（1）1（2）2（3）0（4）4举例：几种官能团的不饱和度化学键化学键不饱和度不饱和度化学键化学键不饱和度不饱和度一个一个C=C双键双键一个一个C=C叁键叁键一个一个C=O双键双键一个苯环一个苯环一个脂环一个脂环一个氰基一个氰基112142 官能团官能团决定了有机物的性质，通过有机物决定了有机物的性质，通过有机物的化学反应和物理仪器，可断有机物可能具的化学反应和物理仪器，可断有机物可能具有的官能团。有的官能团。 2、确定有机化合物的官能团、确定有机化合物的

12、官能团请大家阅读教材请大家阅读教材P111P111表表3-2-2 3-2-2 ： 一些常见的官能团的检验方法一些常见的官能团的检验方法gkxx精品课件1）定性实验确定有机物的官能团确定有机物的官能团 gkxx精品课件2 2） 定量实验定量实验 根据乙醇的分子式C2H6O。乙醇分子可能有两种结构。如何用实验定量证明？如何用实验定量证明？随堂测试随堂测试某化合物某化合物A，是一种食品工业调味剂，化，是一种食品工业调味剂，化学分析，结果如下学分析，结果如下 ： （1）加入溴的四氯化碳溶液，褪色；）加入溴的四氯化碳溶液，褪色；（2）加入氯化铁溶液，有显色反应；）加入氯化铁溶液，有显色反应；（3）能与银

13、氨溶液反应；）能与银氨溶液反应； 化合物化合物A中可能含有哪些官能团？中可能含有哪些官能团？答案答案C=C C=C苯环苯环 酚羟基酚羟基 醛基醛基 光谱分析主要有哪些光谱分析主要有哪些种类种类？主要有主要有种：种：、。紫外光谱紫外光谱红外光谱红外光谱核磁共振谱核磁共振谱各种光谱分别有什么各种光谱分别有什么作用作用？紫外光谱紫外光谱可用于确定分子中有无可用于确定分子中有无 ；红外光谱红外光谱可用于确定分子中有哪些可用于确定分子中有哪些 ； 核磁共振谱核磁共振谱分为分为 和和 两类，比如氢谱可以测定两类，比如氢谱可以测定有机物分子中有机物分子中H原子在原子在C骨架上的骨架上的 和和 ，进而推断出，

14、进而推断出有机化合物的有机化合物的。C骨架结构骨架结构共轭双键共轭双键官能团官能团氢谱氢谱碳谱碳谱数目数目位置位置三三3 3） 仪器光谱分析仪器光谱分析核磁共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【笔记】【笔记】 作用：获得分子中含有何种作用：获得分子中含有何种化学键化学键或或官能团官能团的信息的信息【笔记】【笔记】作用：测定有机物分子中作用：测定有机物分子中等效氢等效氢原子的原子的类型类型和和数目数目 分子结构的鉴定分子结构的鉴定（波谱分析）（波谱分析） 当用红外线照射有机物时，分子中的化当用红外线照

15、射有机物时，分子中的化学健或官能团可发生振动吸收，不同的学健或官能团可发生振动吸收，不同的化学键化学键或官能团或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处吸收频率不同，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。学键或官能团的信息。红外光谱仪红外光谱仪1.1.红外光谱红外光谱(IR)(IR)红外光谱法确定有机物结构的原理是：红外光谱法确定有机物结构的原理是：由于有机物中组成由于有机物中组成化学键化学键、官能团官能团的的原子原子处于不处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相

16、当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学化学键、官能团键、官能团可发生震动吸收，可发生震动吸收，不同的化学键、官能团不同的化学键、官能团吸收频率不同吸收频率不同，在红外光谱图中将，在红外光谱图中将处于不同位置处于不同位置。因。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。些化学键、官能团，以确定有机物的结构。1.1.红外光谱红外光谱(IR)(IR)核磁共振仪核磁共振仪 例例3 3、下图是一种分子式为下图是一种分子式为C C4 4H H8 8O O2 2的有机

17、物的红的有机物的红外光谱谱图外光谱谱图, ,则该有机物的结构简式为：则该有机物的结构简式为：COCC=O不对称不对称CH3CH3CH2COOCH3或或CH3COOCH2CH3练习练习4 4：有一有机物的相对分子质量为：有一有机物的相对分子质量为7474，确定分子结构，请写出该分子的结构简式确定分子结构，请写出该分子的结构简式 COC对称对称CH3对称对称CH2CH3CH2OCH2CH3 核磁共振中的核指的是核磁共振中的核指的是氢原子核氢原子核。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。用核磁共振仪共振吸收

18、电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号，可以记录到有关信号，处于不同化学环境中的氢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原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出，在谱图上出现的现的位置也不同位置也不同。且。且吸收峰的面积与氢原子数成吸收峰的面积与氢原子数成正比正比。可以推知该有机物分子有几种不同类型的。可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子氢原子（等效氢）（等效氢）及它们的数目多少。及它们的数目多少。2.2.核磁共振氢谱核磁共振氢谱结构分析：结构分析：核磁共振法核磁共振法（HNMR）作用：测定有机物中作用：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数目和数目信号强度信号强度之比之比峰峰面面积积【笔记】【笔记】吸收峰数目吸收峰数目等效等效氢原子类型氢原子类型 不同吸收峰的面积之比（强度比）不同吸收峰的面积之比（强度比） 不同氢原子的个数之比不同氢原子的个数之比例例5 5、分子式为、分子式为C C2 2H H6 6O O的两种有机化合物的的两种有机化合物的1 1H H核磁共核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的振谱，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