鲁科版高中化学选择性必修3第3章第2节有机化合物结构的测定基础课课件

第2节有机化合物结构的测定(基础课)第3章有机合成及其应用合成高分子化合物素养目标1．了解有机化合物结构的测定的一般步骤和程序，能进行有机化合物分子式的简单计算。2．能利用官能团的化学检验方法鉴定单官能团化合物分子中是否存在常见官能团。3．通过初步了解一些测定有机化合物结构的现代手段，增强社会责任感。旧知回顾已知：

。则由

和

制备

的合成路线：一、测定有机化合物结构的流程及核心步骤1．流程必备知识自主预习元素组成官能团2．核心步骤：确定其______以及检测分子所含的______及其在碳骨架上的位置。二、有机化合物分子式的确定1．鉴定有机化合物中含有哪些元素(定性分析)(1)将某有机化合物在O2中充分燃烧后，各元素对应的燃烧产物：C→____；H→____；S→____等。(2)若将有机化合物完全燃烧，生成物只有H2O(使无水CuSO4变蓝)和CO2(使澄清石灰水变浑浊)，则该有机化合物中一定含有的元素是_____，可能含有的元素是__。分子式官能团CO2H2OSO2C、HO(3)判断是否含氧元素，可先求出产物CO2和H2O中______两种元素的质量和，再与有机化合物的质量比较，若两者相等，则说明原有机化合物中_____氧元素，否则有机化合物中___氧元素。2．确定有机化合物中各元素的质量分数(定量分析)(1)碳、氢元素质量分数的测定——燃烧分析法C、H不含含碱液吸水剂(2)氮元素质量分数的测定(3)卤素质量分数的测定(4)氧元素质量分数的计算氧元素的质量分数＝100%－其他元素质量分数之和。N2的体积判一判

(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)只根据有机化合物完全燃烧生成CO2和H2O，不能确定该有机化合物一定为烃。 (

)(2)有机化合物分子式一定不与其最简式相同。 (

)(3)燃烧0.1mol某有机化合物得到0.2molCO2和0.3molH2O，不能由此确定有机化合物的分子式。 (

)√×√三、有机化合物结构式的确定1．确定有机化合物结构式的流程

(3)几种基团的不饱和度基团不饱和度

基团不饱和度一个碳碳双键_一个碳碳三键_一个羰基_一个苯环_一个脂环_一个氰基(－CN)_1112423．确定有机化合物的官能团(1)实验方法检测试剂判断依据可能的官能团溴的四氯化碳溶液______________碳碳双键或碳碳三键酸性KMnO4溶液____________NaOH溶液(加热)，稀硝酸、AgNO3溶液有沉淀产生，根据沉淀的颜色判断卤素的种类卤素原子钠有氢气放出醇羟基橙红色溶液褪色紫色溶液褪色检测试剂判断依据可能的官能团_____溶液显色酚羟基____有白色沉淀产生银氨溶液(水浴)有银镜生成醛基新制氢氧化铜悬浊液(加热)有______沉淀产生NaHCO3溶液有____________放出羧基FeCl3溴水砖红色二氧化碳气体(2)物理方法①红外光谱从红外光谱可以获得有机化合物分子中含有何种化学键或______的信息。②核磁共振氢谱核磁共振氢谱中有多少个峰，有机化合物分子中就有多少种处于不同化学环境中的氢原子；峰的面积比就是对应的________________________________。官能团处于不同化学环境的氢原子的数目比例如，分子式为C2H6O的有机化合物的核磁共振氢谱图如下：

乙醇甲醚核磁共振氢谱图吸收峰数目__不同吸收峰面积比2∶1∶3－结构简式____________________________31CH3CH2OHCH3－O－CH3

1.62.2

0.20.4C8H11NO2C8H11NO2

－C≡C－－NO2－CN③推测样品分子的碳骨架结构和官能团在碳链上的位置。通过医用胶样品的红外光谱图得到该有机化合物分子中存在

。样品的核磁共振氢谱图和核磁共振碳谱图提示：该化合物分子中含有

、

等基团。④确定结构简式综上所述，该样品分子的结构简式为________________________。为了测定气态烃A的分子式，取标准状况下A气体置于密闭容器内燃烧，实验表明产物是CO2、CO和H2O，学生甲、乙设计如下两个方案(假设每次处理均反应完全)：关键能力情境探究探究确定有机化合物分子式的方法1．根据两个方案，你认为能否测得A的最简式？请分别评价两个方案。提示：甲方案碱石灰增加的质量为CO2和H2O的质量之和，再通过灼热的CuO减少的质量或石灰水增加的质量，可求出烃不完全燃烧生成CO的质量，但它不能求出CO2及水各自的质量，故无法确定有机化合物的最简式；而乙方案浓硫酸增加的质量为水的质量，再通过灼热的CuO减少的质量可求出CO的质量，最后通过碱石灰可求出CO2的总质量，结合上述三个数据可求出烃中C、H的质量比，即得最简式。2．利用合理方案的实验数据求出A的最简式。

1．确定有机化合物分子式的一般途径

2．确定有机化合物分子式的方法

(1)实验式法：由各元素的质量分数→求各元素的原子个数之比(实验式)→相对分子质量→求分子式。(2)物质的量关系法：由密度或其他条件→求摩尔质量→求1mol分子中所含各元素原子的物质的量→求分子式。(3)化学方程式法：利用化学方程式求分子式。

(5)利用各类有机化合物的分子式通式和相对分子质量确定：类别通式相对分子质量烷烃CnH2n＋2Mr＝14n＋2(n≥1)环烷烃，单烯烃CnH2nMr＝14n(烯烃n≥2，环烷烃n≥3)二烯烃，单炔烃CnH2n－2Mr＝14n－2(炔烃n≥2)苯及苯的同系物CnH2n－6Mr＝14n－6(n≥6)饱和一元醇CnH2n＋2OxMr＝14n＋2＋16x饱和一元醛CnH2nOMr＝14n＋16饱和一元羧酸及酯CnH2nO2Mr＝14n＋32

1．麻黄素有平喘作用，我国药物学家从中药麻黄中提取麻黄素作为平喘药。某实验兴趣小组用李比希法、现代仪器等测定麻黄素的分子式，测得含C、H、O、N四种元素中的若干种，其中含氮8.48%；同时将5.0g麻黄素完全燃烧可得13.335gCO2，4.09gH2O，据此，判断麻黄素的分子式为(

)A．C2H3NO

B．C10H15N2C．C10H15NO D．C15H15N2O√

2．某化学小组同学利用如图装置测定有机化合物中元素C、H、O的质量比，将质量为m的CxHyOz样品放入石英管中加热使其充分反应，实验结束后，U形管c、d的质量增加分别为m1、m2。下列说法错误的是(

)A．开始实验时，依次点燃酒精喷灯b、aB．实验测得元素C、H的质量比为27m2∶22m1C．若调换装置c和d，则无法达成实验目的D．若加热前未先通入一段时间氧气会导致测得氧元素的质量分数偏小√

东莨菪碱(结构如图)为颠茄中药理作用最强的一种生物碱，可用于阻断副交感神经，也可用作中枢神经系统抑制剂。早在1892年就分离得到东莨菪碱，并且确定其分子式为C17H21NO4。但它的结构式直到1951年才确定下来。探究确定有机化合物结构的方法1．东莨菪碱中含有的含氧官能团的名称是什么？提示：羟基、醚键、酯基。2．复杂的结构很难直接检测，想一想，应该用什么化学方法？提示：化学方法是把分子打成“碎片”，然后再从它们的结构去推测原来分子是如何由“碎片”拼凑起来的。3．你能列举出现代物理学测定有机化合物结构的方法吗？提示：X射线衍射法、紫外和可见光谱、红外光谱、核磁共振氢谱法和质谱法等。1．根据价键规律确定某些有机化合物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确定其结构。如C2H6只能是CH3CH3；CH4O只能是CH3OH。2．化学法确定有机化合物的官能团官能团决定有机化合物的特殊化学性质，通过一些特殊的化学反应和反应的实验现象，可以确定有机化合物含有何种官能团。3．根据反应产物推断(1)与银氨溶液反应，若1mol有机化合物生成2mol银(或1molCu2O)，则该有机化合物分子中含有一个醛基；若生成4mol银(或2molCu2O)，则含有两个醛基或该物质为甲醛。(2)与金属钠反应，若1mol有机化合物生成0.5molH2，则其分子中含有一个活泼氢原子，或为一个(醇)羟基，或为一个(酚)羟基，也可能为一个羧基。(3)与碳酸钠反应，若1mol有机化合物生成0.5molCO2，则说明其分子中含有一个羧基。(4)与碳酸氢钠反应，若1mol有机化合物生成1molCO2，则说明其分子中含有一个羧基。4．根据特征数据判断(1)某有机化合物与乙酸反应，相对分子质量增加42，则分子中含有一个－OH；增加84，则分子中含有两个－OH(原因－OH转变为－OOCCH3)。(2)某有机化合物在催化剂作用下被氧气氧化，若相对分子质量增加16，则表明有机化合物分子内有一个－CHO(变为－COOH)；若增加32，则表明有机化合物分子内有两个－CHO(变为－COOH)。(3)有机化合物与Cl2反应，若有机化合物的相对分子质量增加71，则说明有机化合物分子内含有一个碳碳双键；若增加142，则说明有机化合物分子内含有两个碳碳双键或一个碳碳三键。(4)当醇被氧化成醛或酮后，其相对分子质量减小2，则含有一个－OH；若相对分子质量减小4，则含有两个－OH。5．根据反应产物推知官能团位置(1)若由醇氧化得醛或羧酸，可推知存在－CH2OH或CH3OH；由醇氧化为酮，可推知存在

；若醇不能在催化剂作用下被氧化，则－OH所连的碳原子上无氢原子。(2)由消去反应的产物，可确定－OH或－X的位置。(3)由取代反应产物的种数，可确定碳链结构。如烷烃，已知其分子式和一氯代物的种数时，可推断其可能的结构。有时甚至可以在不知其分子式的情况下，判断其可能的结构简式。(4)由加氢后碳链的结构，可确定原物质分子中

或－C≡C－的位置。(5)由有机化合物发生酯化反应能生成环酯或聚酯，可确定有机化合物是羟基酸，并根据环的大小，可确定“－OH”与“－COOH”的相对位置。易错警醒有机化合物的不饱和度与分子结构的关系(1)Ω＝0，说明分子是饱和链状结构；(2)Ω＝1，说明分子中有一个双键或一个环；(3)Ω＝2，说明分子中有两个双键或一个三键，或一个双键和一个环，或两个环；(4)Ω≥4，说明分子中很有可能有苯环。1．分子式为C4H8O3的有机化合物在浓硫酸存在下加热时有如下性质：①能分别与CH3CH2OH和CH3COOH发生酯化反应；②能脱水生成一种能使溴水褪色的物质，此物质只存在一种结构简式；③分子内能脱水生成一种分子式为C4H6O2的五元环状化合物。则C4H8O3的结构简式为(

)A．HOCH2COOCH2CH3

B．CH3CH(OH)CH2COOHC．HOCH2CH2CH2COOH

D．CH3CH2CH(OH)COOH√C

[该有机化合物能够与CH3CH2OH和CH3COOH发生酯化反应，说明其分子内含有－COOH和－OH。能够脱水生成使溴水褪色的物质，再结合C4H8O3的不饱和度，说明此生成物中含有

，即和－OH相连的碳原子的邻位碳原子上必定有氢原子。该有机化合物能够发生分子内脱水反应生成分子式为C4H6O2的五元环状化合物，则生成的五元环的结点为四个碳原子和一个氧原子，所以该有机化合物应为HOCH2CH2CH2COOH。]2．为了测定某有机物M的结构，做如下实验：将11.0g该有机物M完全燃烧，生成0.5molCO2和9g水。(1)M的实验式为________。(2)已知M的蒸气密度是同温同压下二氧化碳密度的2倍，则M的分子式为_________。C2H4OC4H8O2(3)用核磁共振仪测出M的核磁共振氢谱如图1所示，图中峰面积之比为1∶3∶1∶3；利用红外光谱仪测得M的红外光谱如图2所示。①M中官能团的名称为_____________。②M的结构简式为_____________________________(填键线式)。(4)含有羧基的M的同分异构体的数目为____。羟基和酮羰基2

(3)①由题干红外光谱图中信息可知，M中官能团的名称为羟基和酮羰基；②结合核磁共振氢谱图和分子式可推知，M的结构简式为

。(4)M的分子式为C4H8O2，则含有羧基的M的同分异构体有CH3CH2CH2COOH和(CH3)2CHCOOH两种。1．一种有机化合物燃烧后，产生二氧化碳、水和二氧化硫。据此可以推断该化合物中一定含有(

)A．C、S、O

B．C、H、O、SC．C、H、S D．C、H、O5学习效果随堂评估√243题号1C

[有机化合物中一定存在C元素，燃烧产生水和二氧化硫，说明一定有H和S元素，可能含有O元素。]2．已知某种烯烃经臭氧氧化后，在Zn存在下水解，可以得到醛和一种有机物酮。如：523题号14现有分子式为C7H14的某烯烃，它与H2加成后得到2，3-二甲基戊烷，该烯烃经臭氧氧化后在Zn存在下水解生成一种醛和一种酮。据此推知该烯烃的结构简式为(

)√D

[

的分子式为C7H12，A不符合题意；

与氢气加成后得到2，4-二甲基戊烷，B不符合题意；

与氢气加成后生成2，3-二甲基戊烷，经臭氧氧化后在Zn存在下水解生成两种酮，C不符合题意；

与氢气加成后得到2，3-二甲基戊烷，经臭氧氧化后在Zn存在下水解生成一种醛和一种酮，D符合题意。]523题号143．下列化合物中，核磁共振氢谱图中只出现两组峰且峰面积之比为3∶1的是(

)523题号41√C

[核磁共振氢谱图只出现两组峰，说明只有两种不同化学环境的氢原子，峰面积之比为3∶1，说明两种氢原子的个数比为3∶1。

中含有3种不同化学环境的氢原子，A不符合题意；CH3OOCCH2CH3中含有3种不同化学环境的氢原子，B不符合题意；

中含有2种不同化学环境的氢原子，两种氢原子个数比为6∶2＝3∶1，C符合题意；

中含有2种不同化学环境的氢原子，两种氢原子的个数比为6∶4＝3∶2，D不符合题意。]523题号414．某烃A经红外光谱分析，含有－CH3、－CH2－和

三种基团，质谱分析得出质荷比最大的数据为86。下列有关A的描述合理的是(

)A．若核磁共振氢谱的峰面积之比为6∶4∶3∶1，则A的一氯代物有4种B．有机化合物中，存在相对分子质量与A相同的苯的同系物C．烃A可以使酸性高锰酸钾溶液褪色D．符合要求的烃A的可能结构有3种5243题号1√A

[由含有的基团分析，该物质是烷烃，所以12n＋2n＋2＝86，得n＝6，为己烷。核磁共振氢谱的峰面积之比为6∶4∶3∶1，则A的结构简式为

，A的一氯代物有4种

，A正确；烷烃是饱和烃，苯的同系物是不饱和烃，所以不存在相对分子质量与A相同的苯的同系物，B错误；烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，C错误；符合要求的烃A的可能结构有2种：

，D错误。]5243题号15．青蒿素(分子结构如图所示)是我国科学家从传统中药中发现的治疗疟疾的有机化合物。

(1)东晋葛洪《肘后备急方》中记载“青蒿一握，以水升渍，绞取汁，尽服之”。其中涉及的操作是____(填字母)。A．过滤

B．重结晶

C．分液

D．蒸馏(2)青蒿素的分子式为__________。243题号15AC