第四节研究有机化合物的一般步骤和方法

1、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第四节第四节思考：思考：如何分离下列混合物？如何分离下列混合物？1. NaCl和和KCl3.4. Br2和和H2ONO2和和2. CCl4和和H2O重结晶、过滤重结晶、过滤分液分液蒸馏蒸馏萃取萃取一、研究有机化合物的基本步骤一、研究有机化合物的基本步骤: :粗粗产产品品分离分离提纯提纯定性定性分析分析定量分析定量分析除除杂杂质质确定确定组成组成元素元素质质量量分分析析测测定定分分子子量量结结构构分分析析实验式或最简式实验式或最简式分子式分子式结构结构式式每一个操作步骤每一个操作步骤是怎样完成的呢是怎样完成的呢?分离提纯分离提纯的方法有

2、的方法有哪些？哪些？除杂的原则除杂的原则是什么？是什么？除杂的方法除杂的方法是什么？是什么？核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪二、分离、提纯二、分离、提纯1、蒸馏：、蒸馏：利用混合物中各种成分的沸点不利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分离的方法。如同而使其分离的方法。如石油的分馏石油的分馏。常用于分离提纯液态有机物。常用于分离提纯液态有机物。条件：有机物热稳定性较强、含少量杂条件：有机物热稳定性较强、含少量杂质、与杂质沸点相差较大（质、与杂质沸点相差较大（3030左右）左右）课本课本P.17P.17实验实验1-11-1工业乙醇的蒸馏工业乙醇的蒸馏含杂含杂工业工业乙醇乙醇工业乙醇工业乙醇(95

3、.6%)无水乙醇无水乙醇（99.5%99.5%以上）以上）蒸馏蒸馏加加CaO蒸馏蒸馏蒸馏装置图蒸馏装置图使用前要检查装置的气密性！核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪2 2、重结晶：、重结晶： 利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同而将其杂质除去的方法。度不同而将其杂质除去的方法。 关键：选择适当的溶剂关键：选择适当的溶剂溶剂的条件：溶剂的条件：（1 1）杂质在溶剂中的溶解度很小或很大；）杂质在溶剂中的溶解度很小或很大；（2 2）被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度）被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大。受温度的影响较大。例如：苯甲酸的重结晶例

4、如：苯甲酸的重结晶粗产品粗产品热溶解热溶解热过滤热过滤冷却冷却结晶结晶提纯提纯产品产品核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪3 3、萃取：、萃取： 原理：原理：利用混合物中一种溶质在互不相溶利用混合物中一种溶质在互不相溶的两种溶剂中的溶解性不同，用一种溶剂的两种溶剂中的溶解性不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液中提把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来的方法。取出来的方法。 主要仪器：主要仪器：分液漏斗分液漏斗 操作过程操作过程：萃取分液装置图萃取分液装置图质谱仪质谱仪萃取包括：萃取包括： (1)(1)液液液萃取液萃取：是利用：是利用有机物在两种互不相溶的有机物在两种互不相溶的溶剂

5、中的溶解性不同，将溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。另一种溶剂的过程。 (2)(2)固固液萃取液萃取：是用有：是用有机溶剂从固体物质中溶解机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。（专用出有机物的过程。（专用仪器设备）仪器设备）质谱仪质谱仪BDBD质谱仪质谱仪核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪叶黄素叶黄素质谱仪质谱仪4 4、色谱法：阅读、色谱法：阅读P.19P.19 利用吸附剂对不同有机物利用吸附剂对不同有机物吸附作用吸附作用的不同，的不同，分离、提纯有机物的方法叫分离、提纯有机物的方法叫色谱法色谱法。俄国植物学家茨卫特俄国植物学家茨卫特1906年

6、，年，茨卫特在一根茨卫特在一根玻璃管的细端塞上一小团玻璃管的细端塞上一小团绵花，在管中充填碳酸钙绵花，在管中充填碳酸钙粉末，让溶有绿色植物叶粉末，让溶有绿色植物叶子色素的石油醚溶液自上子色素的石油醚溶液自上而下地通过。结果植物色而下地通过。结果植物色素便被碳酸钙吸附，分成素便被碳酸钙吸附，分成三段不同颜色：绿色、黄三段不同颜色：绿色、黄色、黄绿色。再将碳酸钙色、黄绿色。再将碳酸钙吸附柱取出，并用乙醇洗吸附柱取出，并用乙醇洗脱，即得色素的溶液：叶脱，即得色素的溶液：叶绿素、叶黄素、胡萝卜素。绿素、叶黄素、胡萝卜素。德国化学家库恩德国化学家库恩茨卫特的色谱茨卫特的色谱实验当时并未引起实验当时并未引

7、起人们的注意。直到人们的注意。直到2525年后的年后的19311931年，年，德国化学家库恩在德国化学家库恩在分离、提纯、确定分离、提纯、确定胡萝卜素异构体和胡萝卜素异构体和维生素的结构中，维生素的结构中，应用了色谱法，并应用了色谱法，并获得获得19381938年诺贝尔年诺贝尔化学奖。化学奖。 根据物质在两相根据物质在两相(气气液、液液、液液等液等)间间溶解性或吸附能力不同，分为溶解性或吸附能力不同，分为纸上色谱法纸上色谱法、薄层色谱法薄层色谱法、气相色谱法气相色谱法、液相色谱法液相色谱法等。等。常用的吸附剂：常用的吸附剂：碳酸钙、硅胶、氧化碳酸钙、硅胶、氧化铝、活性炭等。铝、活性炭等。色谱法

8、是化学家分离、提纯有机物不色谱法是化学家分离、提纯有机物不可缺少的方法。可缺少的方法。用粉笔分离植物叶子中的色素用粉笔分离植物叶子中的色素实践活动实践活动 取取5 g5 g新鲜的菠菜叶新鲜的菠菜叶( (或其他绿色植或其他绿色植物的叶子物的叶子) )，用剪刀剪碎后放入研钵中，用剪刀剪碎后放入研钵中，加入加入10 10 mLmL无水乙醇或丙酮研磨成浆状，无水乙醇或丙酮研磨成浆状，过滤除去渣子，将滤液放入过滤除去渣子，将滤液放入50 50 mLmL烧杯烧杯中，再在烧杯中心垂直放置一根白粉中，再在烧杯中心垂直放置一根白粉笔。约笔。约10 min10 min后观察并记录实验现象。后观察并记录实验现象。分

9、散系分散系所用试剂所用试剂分离方法分离方法乙酸乙酯（乙酸）乙酸乙酯（乙酸）溴乙烷（乙醇）溴乙烷（乙醇）乙烷（乙烯）乙烷（乙烯）乙醇（乙醇（NaClNaCl）苯（苯酚）苯（苯酚）溴苯（溴）溴苯（溴）乙醇（水）乙醇（水）甲苯（乙醛）甲苯（乙醛）饱和饱和NaNa2 2COCO3 3 或或NaHCONaHCO3 3分液分液 蒸馏水蒸馏水 分液分液 NaOHNaOH溶液溶液 生石灰生石灰( (CaOCaO) ) 蒸馏蒸馏 分液分液 蒸馏水蒸馏水 分液分液 NaOHNaOH溶液溶液 蒸馏蒸馏 分液分液 洗气洗气 溴水溴水 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元素分析仪元素分

10、析仪三、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“李比希元素分析法李比希元素分析法”的原理：的原理：取取定量含定量含C C、H H（O O）的有的有机物机物加加氧化铜氧化铜 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得前后前后质量差质量差得得前后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含量含量得出实验式得出实验式 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，通过无机物的质量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

11、机物元素原子的质量分数质量分数，然后计算出该有机物分，然后计算出该有机物分子所含元素子所含元素原子最简单的整数比原子最简单的整数比，即，即确定其确定其实验式实验式（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? ?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

12、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 mol1 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 练习练习22吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含子含C 71.58%C 71.58%、

13、H 6.67%H 6.67%、N 4.91%N 4.91%、其余为其余为O O。已知已知其分子量不超过其分子量不超过300300。试求：试求： 吗啡的分子量；吗啡的分子量； 吗啡的分子式。吗啡的分子式。练习练习3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经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为数为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

14、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？C2H6O相对分子质量相对分子质量思考：思考：确定相对分子质量的方法有哪些？确定相对分子质量的方法有哪些？（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( (标况下气体标况下气体) )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（碎片的相对质量（m m）和所带电

15、荷（）和所带电荷（e e- -）的比值）的比值（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）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 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。这些不同离子具电子变成带正电荷的分子离子和碎片离

16、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差异，其结果被记录为质谱图。时间有差异，其结果被记录为质谱图。2.2.质谱法质谱法核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪核磁共振仪核磁共振仪 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，因因此此质谱图中的质质谱图中的质荷比

17、最大的就是荷比最大的就是未知物的相对分未知物的相对分子质量子质量。核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪例例3 320022002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 2

18、H H4 4，然后测定其质然后测定其质荷比。设荷比。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核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪 练习练习44某有机物的结构确定：某有机物的结构确定：测定实验式：某含测定实验式：某含C C、H H、O O三种元素的有机物，经燃烧分析三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是实验

19、测定其碳的质量分数是64.86%64.86%，氢的质量分数是，氢的质量分数是13.51%, 13.51%, 则其实验式是（则其实验式是（ ）。）。 确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（为（ ），分子式为），分子式为（ ）。）。C4H10O74C4H10O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作用：作用：获得分子中含有何种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作用：作用：测定有机物分子中测定有机物分子中等效氢

20、原子等效氢原子的类型和数目的类型和数目 四、分子结构的鉴定四、分子结构的鉴定 核磁共振仪核磁共振仪 当用红外线照射有机物时，分子中的化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)核磁共振仪核磁共振仪 2、红外光谱的应用原理、红外光谱的应用原理核磁共振仪核磁共振仪 红外光

21、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

22、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4 4、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的有机物的红外光的有机物的红外光谱谱图谱谱图, ,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CH3COOCH2CH3CH3O CH2CCH3O核磁共振仪核磁共振仪 练习练习5 5：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，确定分子结构，请写出该分子的结构简式构，请写出该分子

23、的结构简式 COC对称对称CH3对称对称CH2CH3CH2OCH2CH3核磁共振仪核磁共振仪 核磁共振仪核磁共振仪 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

24、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及它们的数目多少。氢原子及它们的数目多少。2.2.核磁共振氢谱核磁共振氢谱核磁共振仪核磁共振仪 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仪核磁共振仪 例例5 5、分子式为、分子式为C C2 2H H6 6O O

25、的两种有机化合物的的两种有机化合物的1 1H 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 核磁共振氢谱核磁共振氢谱核磁共振仪核磁共振仪 C7.7.下列有机物在下列有机物在H-NMR上只给出一组峰的是上只给出一组峰的是( ) ( ) A A、HCHO BHCHO B、CHCH3 3OH OH C C、HCOOH DHCOOH D、CHCH3 3COOCHCOOCH3 3A6.6.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

26、有机核磁共振谱图，则该有机物可能是物可能是 ( )( )A. CHA. CH3 3CHCH2 2OH B. CHOH B. CH3 3CHCH2 2CHCH2 2OH OH C. CHC. CH3 3O OCHCH3 3 D. CH D. CH3 3CHOCHO核磁共振仪核磁共振仪 问题探究：问题探究：1.1.下列有机物中有几种下列有机物中有几种H H原子原子以及个数之比？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-CH

27、3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-OH-OH2.2.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, ,在核在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情磁共振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。第一种情况峰给出的强度为1 11 1；第二种；第二种情况峰给出的强度为情况峰给出的强度为3 32 21 1。由此推断混合。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）物的组成可能是（写结构简式） 。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2CH33 33 2 1核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪一、研究有机化合物的基本步骤一、研究有机化合物的基本步骤分离提纯分离提纯元素定量分析以确定实验式元素定量分析以确定实验式测定相对分子质量以测定相对分子质量以确定分子式确定分子式波谱分析确定结构。波谱分析确定结构。二、分离和提纯二、分离和提纯1.1.蒸馏蒸馏 2.2.重结晶重结晶 3.3.萃取萃取 4.4.色谱法色谱法三、元素分析与相对原子质量的测定三、元素分析与相对原子质量的测定1.1.元素分析：李比希法元素分析：李比希法现代元素分析法现代元素分析法2.2.相对原子质量的测定相对原子质量的测定质谱法质谱法四、有机物分子结构