第四节 研究有机物的一般步骤和方法 (2).ppt

1、7/9/2020 11:35 AM,第四节 研究有机化合物的 一般步骤和方法,新课标人教版选修五 有机化学基础,第一章 认识有机化合物,7/9/2020 11:35 AM,研究有机物一般经历的步骤：,7/9/2020 11:35 AM,（一）物质分离和提纯的区别,（二）物质提纯的原则：,不增、不减、易分,一、物质分离和提纯,分离是把混合物分成几种纯净物，提纯是除去杂质。,（三）物质分离提纯的一般方法：,蒸馏,重结晶,萃取分液,色谱法,（液态有机物）,（固态有机物）,（固态或液态）,（固态或液态）,“杂转纯，杂变沉，化为气，溶剂分”的思想,7/9/2020 11:35 AM,1、蒸馏：利用混合物

2、中各种成分的沸点不同而使其分离的方法。如石油的分馏。 常用于分离提纯液态有机物。 条件：有机物热稳定性较强、含少量杂质、与杂质沸点相差较大（30左右） 实验1-1工业乙醇的蒸馏,含杂工业乙醇,工业乙醇(95.6%),无水乙醇(99.5%以上),蒸馏,加CaO 蒸馏,7/9/2020 11:35 AM,二、分离、提纯,核磁共振仪,质谱仪,蒸馏烧瓶,冷凝管,温度计,尾接管,冷水,热水,使用前要检查装置的气密性！,锥形瓶,7/9/2020 11:35 AM,利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分离的方法。 常用于分离提纯液态有机物，如石油的分馏 条件：有机物热稳定性较强、含少量杂质、与杂质沸点相差较

3、大（30左右） 课本P.17实验1-1工业乙醇的蒸馏,主要仪器：蒸馏烧瓶、冷凝管、接收器、 温度计、铁架台（铁圈、铁夹）、 石棉网、锥形瓶等,注意要点：1. 加入碎瓷片,2. 温度计位置,3. 冷凝水流向：下进上出(与蒸气流向相反),7/9/2020 11:35 AM,7/9/2020 11:35 AM,2、重结晶：,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。,关键：选择适当的溶剂,溶剂的条件：（1）杂质在溶剂中的溶解度很小或很大；（2）被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大。,例如：苯甲酸的重结晶,粗产品,热溶解,热过滤,冷却结晶,提纯产品,7/9/2020

4、 11:35 AM,重结晶,苯甲酸的重结晶实验,7/9/2020 11:35 AM,不同温度下苯甲酸在水中的溶解度,加热苯甲酸溶解，冷却则结晶析出。,思考与交流:(P18),温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸，是不是结晶时的温度越低越好？,不是的，一般的话都会有一个最佳温度，一是温度太低，溶液中的杂质也析出，苯甲酸的纯度就不高，二是一般物质的在某个温度范围内，温度的变化对溶解度的影响很小，再降温效果不好。,7/9/2020 11:35 AM,7/9/2020 11:35 AM,3、萃取：,原理：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，用一种溶剂把溶质从它与另一种

5、溶剂组成的溶液中提取出来的方法。主要仪器：分液漏斗,萃取操作过程：,7/9/2020 11:35 AM,(1)液液萃取：是利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。,(2)固液萃取：是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。（专用仪器设备）,7/9/2020 11:35 AM,练习1下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是（） A 乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水 B 四氯化碳和水，溴苯和水，硝基苯和水 C 甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇 D 汽油和水，苯和水，己烷和水,BD,7/9/2020 11:35 AM,4、色谱法：,利用吸附

6、剂对不同有机物吸附作用的不同，分离、提纯有机物的方法叫色谱法。,俄国植物学家茨卫特,1906年，茨卫特在一根玻璃管的细端塞上一小团绵花，在管中充填碳酸钙粉末，让溶有绿色植物叶子色素的石油醚溶液自上而下地通过。结果植物色素便被碳酸钙吸附，分成三段不同颜色：绿色、黄色、黄绿色。再将碳酸钙吸附柱取出，并用乙醇洗脱，即得色素的溶液：叶绿素、叶黄素、胡萝卜素。,7/9/2020 11:35 AM,色谱法,7/9/2020 11:35 AM,德国化学家库恩,茨卫特的色谱实验当时并未引起人们的注意。直到25年后的1931年，德国化学家库恩在分离、提纯、确定胡萝卜素异构体和维生素的结构中，应用了色谱法，并获得

7、1938年诺贝尔化学奖。,7/9/2020 11:35 AM,根据物质在两相(气液、液液等)间溶解性或吸附能力不同，分为纸上色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、液相色谱法等。,常用的吸附剂：碳酸钙、硅胶、氧化铝、活性炭等。,色谱法是化学家分离、提纯有机物不可缺少的方法。,7/9/2020 11:35 AM,气相色谱仪,高效液相色谱仪,离子色谱仪,三聚氰胺分析仪(色谱法),7/9/2020 11:35 AM,用粉笔分离植物叶子中的色素,实践活动,取5g新鲜的菠菜叶(或其他绿色植物的叶子)，用剪刀剪碎后放入研钵中，加入10mL无水乙醇或丙酮研磨成浆状，过滤除去渣子，将滤液放入50 mL烧杯中，再在烧杯

8、中心垂直放置一根白粉笔。约10 min后观察并记录实验现象。,7/9/2020 11:35 AM,7/9/2020 11:35 AM,练习3某工厂废液经测定得知主要含有乙醇，其中还溶有丙酮、乙酸和乙酸乙酯。根据各物质的性质（如下表），确定通过下列步骤回收乙醇和乙酸。 物质丙酮、乙酸乙酯、乙醇、乙酸的沸点（）分别是：56.2、77.06、78、117.9 向废液中加入烧碱溶液，调整溶液的pH10 将混和液放入蒸馏器中缓缓加热 收集温度在7085时的馏出物 排出蒸馏器中的残液。冷却后向其中加浓硫酸（过量），然后再放入耐酸蒸馏器进行蒸馏，回收馏出物 请回答下列问题： （1）加入烧使溶液的pH10的目

9、的是 ； （2）在7085时的馏出物的主要成份是 ； （3）在步骤中，加入过量浓硫酸的目的是（用化学方程式表示）_ （4）当最后蒸馏的温度控制在85125一段时间后，残留液中溶质的主要成份是 。,使乙酸转变成钠盐,使乙酸乙酯在加热时水解成乙酸钠和乙醇,乙醇,2CH3COONa+H2SO42CH3COOH+Na2SO4,Na2SO4 H2SO4,7/9/2020 11:35 AM,有机物（纯净）,确定 分子式,？,首先要确定有机物中含有哪些元素,如何利用实验的方法确定有机物中C、H、O各元素的质量分数？,李比希法,现代元素分析法,研究有机物的一般步骤和方法,1.元素分析：李比希法现代元素分析法,

10、元素分析仪,二、元素分析与相对分子质量的确定,7/9/2020 11:35 AM,德国化学家李比希（18031873）,化学史话,李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？,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

11、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，即能连续检测其他元素。,7/9/2020 11:35 AM,“李比希元素分析法”的原理：,用无水 CaCl2吸收,用KOH浓 溶液吸收,得前后质量差,得前后质量差,计算C、H含量,计算O含量,得出实验式,将一定量的有机物燃烧，分解为简单的无机物，并作定量测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式（又称为最简式）。,7/9/2020 11:35 AM,求有机物的实验式：,【例题】某含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测定A中碳的质量分数为

12、52.16%，氢的质量分数为13.14%，求A的实验式。,解：,氧的质量分数为,1 52.16% 13.14%,34.70%,各元素原子个数比,N(C)：N(H)：N(O),2：6：1,A的实验式为：,C2H6O,若要确定它的分子式，还需要什么条件？,7/9/2020 11:35 AM,例1、5.8 g某有机物完全燃烧，生成CO2 13.2 g , H2O 5.4 g 。含有哪些元素?,思考：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?,实验式和分子式的区别;,实验式：表示化合物分子中所含元素的原子数目最 简整数比的式子。,分子式：表示化合物所含元素的原子种类及数目的式 子,表示物

13、质的真实组成。,n(C)n(H)n(O)13.2445.42181.616 0.3：0.6：0.1361 实验式为 C3H6O,7/9/2020 11:35 AM,确定有机化合物的分子式的方法：,方法一 由物质中各原子（元素）的质量分数 各原子的个数比(实验式)由相对分子质量和实验式 有机物分子式,方法二 1 mol物质中各原子（元素）的质量除以原子的摩尔质量 1 mol物质中的各种原子的物质的量知道一个分子中各种原子的个数 有机物分子式,7/9/2020 11:35 AM,例2、实验测得某碳氢化合物A中，含碳80%、含氢 20%，求该化合物的实验式。又测得该化合物的相对分子质量是30，求该化

14、合物的分子式。,答案：实验式是CH3，分子式是C2H6,解法一,解法二, n(C)n(H)801220113,该化合物的实验式：CH3,设分子式为 (CH3)n 则 15n30, n2 分子式为 C2H6,1mol有机物中含C原子3080%122mol,1mol有机物中含H原子3020%16mol,则一个分子中含2个C原子6个H原子, 分子式为 C2H6,7/9/2020 11:35 AM,1、确定相对分子质量的常见方法：,（1）根据标况下气体的密度可求：M = 22.4L/mol g/L=22.4 g/mol （2）依据气体的相对密度：M1 = DM2(D:相对密度) （3）求混合物的平均式

15、量： （4）运用质谱法来测定相对分子质量,三、确定相对分子质量确定分子式,7/9/2020 11:35 AM,核磁共振仪,相对分子质量的确定,有机物分子,高能电子束轰击,带电的 “碎片”,确定结构,碎片的质荷比,质荷比：碎片的相对质量（m）和所带电荷（e-）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，因此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,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

16、检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。,2.质谱法,7/9/2020 11:35 AM,质谱仪,7/9/2020 11:35 AM,相对分子质量 的测定 质谱仪,7/9/2020 11:35 AM,质荷比,乙醇的质谱图,最大分子、离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。,7/9/2020 11:35 AM,由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）,（1）质荷比是什么？,（2）如何确定有机物的相对分子质量？,分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值,7/9/2020 11:

17、35 AM,未知化合物A的质谱图,结论：A的相对分子质量为46,7/9/2020 11:35 AM,【例题】2002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。其方法是让极少量的（109g）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C2H6离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4 ，然后测定其质荷比。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，信号强度与该离子的多少有关），则该有机物可能是 A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯,7/9/2020 11:35 AM,质谱仪,练习4某有机物的结构确定： 测定实验式：某

18、含C、H、O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64.86%，氢的质量分数是13.51%, 则其实验式是（ ）。 确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（ ），分子式为（ ）。,C4H10O,74,C4H10O,74,n(C)n(H)n(O)64.861213.51121.6316 4101 实验式为： C4H10O,设分子式为； (C4H10O)n 则 74n74 n1 分子式为 C4H10O,7/9/2020 11:35 AM,核磁共振氢谱,氢原子种类不同（所处的化学环境不同）,特征峰也不同,红外光谱,作用：获得分子中含有何种化学键或官能团的信息,作用：测定

19、有机物分子中等效氢原子的类型和数目,四、分子结构的确定,利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构,2.物理方法：,1.化学方法：,7/9/2020 11:35 AM,红外光谱法确定有机物结构的原理是：,1.红外光谱(IR),四、分子结构的确定,2、红外光谱的应用原理,红外光谱,7/9/2020 11:35 AM,例4、下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：,COC,C=O,不对称CH3,CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3,7/9/2020 11:35 AM,核磁共振仪,练习5：有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请写出该分

20、子的结构简式,COC,对称CH3,对称CH2,CH3CH2OCH2CH3,7/9/2020 11:35 AM,核磁共振仪,7/9/2020 11:35 AM,核磁共振中的核指的是氢原子核。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，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，在谱图上出现的位置也不同。且吸收峰的面积与氢原子数成正比。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。,2.核磁共振氢谱,四、分子结构的确定,7/9/2020 11:35 AM,结构分析：,核磁共振法,（HNMR）,作用：测定有机

21、物中H 原子的种类,信号个数,和数目,信号强度之比,峰面积,吸收峰数目氢原子类型,不同吸收峰的面积之比（强度之比）,不同氢原子的个数之比,7/9/2020 11:35 AM,核磁共振氢谱,7/9/2020 11:35 AM,例5、分子式为C2H6O的两种有机化合物的1H核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR谱图吗?,分子式为C2H6O的两种有机物的1H核磁共振谱图,核磁共振氢谱,7/9/2020 11:35 AM,6.下图是某有机物的1H核磁共振谱图，则该有机物可能是 ( ) A. CH3CH2OH B. CH3CH2CH2OH C. CH3OCH3 D. CH3CHO,C,7.下列

22、有机物在H-NMR上只给出一组峰的是( ) A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3,A,7/9/2020 11:35 AM,问题探究：,种；,种,种；,种；,CH3-CH2-OH,1.下列有机物中有几种H原子以及个数之比？,7/9/2020 11:35 AM,拓展视野,诺贝尔化学奖与物质结构分析(2002年),引入了核磁共振光谱学观察到了DNA、蛋白质等大分子的真面目。,美国 芬恩,日本 田中耕一,瑞士 维特里希,7/9/2020 11:35 AM,一、研究有机化合物的基本步骤,分离提纯元素定量分析以确定实验式测定相对分子质量以确定分子式波谱分析确定结构。,二、分

23、离和提纯,1.蒸馏 2.重结晶 3.萃取 4.色谱法,三、元素分析与相对原子质量的测定,1.元素分析：李比希法,2.质谱法相对原子质量的测定,四、有机物分子结构的确定,1.化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构,第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法,小节,2.物理方法：红外光谱确定化学键、官能团； 核磁共振氢谱确定等效氢原子的类型和数目,7/9/2020 11:35 AM,3、有机物分子式的确定方法：,【方法一】最简式法,根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量的最简式可确定其分子式。,7/9/2020 11:35 AM,【例题】某同学为测定维生素C（可能含C、H或

24、C、H、O）中碳、氢的质量分数，取维生素C样品研碎，称取该样品0.352 g，置于铂舟并放入燃烧管中，不断通入氧气流。用酒精喷灯持续加热样品，将生成物先后通过无水硫酸铜和碱石灰，两者分别增重0.144g和0.528g，生成物完全被吸收。试回答以下问题： （1）维生素C中碳的质量分数是 ，氢的质量分数是 。 （2）维生素C中是否含有氧元素？为什么？ （3）试求维生素C的实验式： （3）若维生素C的相对分子质量为176，请写出它的分子式,C3H4O3,41,4.55,肯定含有氧,C6H8O6,7/9/2020 11:35 AM,【练习】吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含C 71.58%、H

25、 6.67%、N 4.91%、其余为O。已知其分子量不超过300。试求：吗啡的分子量；吗啡的分子式。 已知海洛因是吗啡的二乙酸酯。试求：海洛因的分子量；海洛因的分子式。,16.84%,285,C17H19NO3,C21H23NO5,369,7/9/2020 11:35 AM,学与问,实验表明，许多咖啡和可乐饮料中含有兴奋性物质咖啡因。经实验测定，咖啡因分子中各元素的质量分数是: 碳49.5，氢5.20，氧16.5，氮28.9，其摩尔质量为194.1g/mol 你能确定它的分子式吗？,课本P21,【方法二】直接法,密度(或相对密度)摩尔质量1mol气体中元素原子各为多少摩尔分子式,7/9/2020 11:35 AM,【方法三】余数法,用烃的相对分子质量除以14，视商数和余数,若烃的类别不确定CxHy，可用相对分子质量M除以12，看商和余数，即M/12x余y，分子式为CxHy,M(CxHy)/M(CH2)M/14a (a为碳原子数),余2为烷烃 整除为烯烃或环烷烃 差2整除为炔烃或二烯烃 差6整除为苯或其同系物,此法用于具有确定通式的烃(如烷、烯、炔