第四节研究有机化合物的一般步骤和方法课件用.ppt

1、第4节 研究有机化合物的一般步骤和方法,第一章 认识有机化合物,研究有机物基本步骤：,【思考与交流】 1、下列括号中的杂质可以用什么方法除去。 （1）酒精（水） （2） KNO3（NaCl ） （3）甲烷（乙烯） （4）乙酸乙酯（乙醇） （5）溴水（水） （6）NaCl（泥沙）,不增（不增加新杂质）、不减、易分离,分离是把混合物分成几种纯净物，提纯是除去杂质。,2、物质分离和提纯的区别,3、归纳分离、提纯物质的总的原则是什么？,一、分离、提纯,物理方法：利用有机物与杂质物理性质的差异将它们分离,有机物分离提纯常用物理方法,蒸馏（液态有机物沸点不同） 重结晶（有机物溶解度受温度影响大） 萃取（在

2、不同溶剂中溶解度不同） 分液（密度不同） 色谱法（吸附剂对不同有机物吸附作用不同）,化学方法：一般是加入或通过某种试剂进行化学反应。,1、蒸馏,思考与交流 1、蒸馏法适用于分离、提纯何类有机物？对该类有机物与杂质的沸点区别有何要求？ 2、实验室进行蒸馏实验时，用到的仪器主要有哪些？ 3、思考实验1-1的实验步骤，有哪些需要注意的事项？,实验1-1,(1)定义: 利用液体混合物中各组份沸点不同而使其分离的方法 (2)条件： 有机物热稳定性较强 与杂质沸点相差较大（约大于30）,1、蒸馏,工业乙醇的蒸馏实验,(3),主要仪器：蒸馏烧瓶、冷凝管、尾接管、锥形瓶 、温度计、铁架台（铁圈、铁夹）、石棉网

3、、酒精灯,注意要点：,3. 温度计水银球位置：蒸馏烧瓶支管 口处,以测得馏出蒸汽的温度,4. 冷凝水流向：下进上出(与蒸气流向相反),2. 加入素烧瓷片防止液体暴沸,1. 安装蒸馏装置“先下后上、先头后尾”,含杂工业乙醇,95.6%工业乙醇,无水乙醇（99.5%以上）,蒸馏,加吸水剂（CaO）,无水酒精的制取,蒸馏,练习1,欲用96%的工业酒精制取无水乙醇时，可选用的方法是 A.加入无水CuSO4，再过滤 B.加入生石灰，再蒸馏 C.加入浓硫酸，再加热，蒸出乙醇 D.将96%的乙醇溶液直接加热蒸馏,2、重结晶,思考与交流 1、已知KNO3在水中的溶解度很容易随温度变化而变化，而NaCl的溶解度

4、却变化不大，据此可用何方法分离出两者混合物中的KNO3并加以提纯？ 2、重结晶对溶剂有何要求？被提纯的有机物的溶解度需符合什么特点？ 3、重结晶苯甲酸需用到哪些实验仪器？ 4、能否用简洁的语言归纳重结晶苯甲酸的实验步骤？,苯甲酸重结晶,(1)定义：重结晶是将晶体用溶剂(蒸馏水)溶解，经过滤、冷却等步骤，再次析出晶体，得到更加纯净的晶体的方法。,杂质在溶剂中溶解度很小或很大，易除去。 被提纯的物质在溶剂中的溶解度受温度影响较大,（2）要求（选适当的溶剂）：,2、重结晶,(3)苯甲酸的重结晶实验,粗苯甲酸,(1)定义：重结晶是将晶体用溶剂(蒸馏水)溶解，经过滤、冷却等步骤，再次析出晶体，得到更加纯

5、净的晶体的方法。,杂质在溶剂中溶解度很小或大，易除去。 被提纯的物质在溶剂中的溶解度受温度影响较大，,（2）要求（选适当的溶剂）：,（3）苯甲酸的重结晶实验,步骤：,2、重结晶,不同温度下苯甲酸在水中的溶解度,说明：苯甲酸溶解度随温度升高而增大 趁热过滤防止苯甲酸在滤纸上提前析出 粗苯甲酸全溶后再加少量水，以减少热过滤中损失苯甲酸,思考：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？,温度过低，杂质的溶解度也会降低，部分杂质会析出，达不到提纯目的；温度极低时，溶剂水也会析出。,不纯固体物质,残渣 (不溶性杂质),滤液,母液 (可溶性杂质和部分被提纯物),晶体

6、(产品),溶于溶剂，制成饱和溶液，趁热过滤,冷却，结晶， 过滤，洗涤,如何洗涤结晶？如何检验结晶洗净与否？,洗涤沉淀或晶体的方法：用胶头滴管往晶体上加蒸馏水直至晶体被浸没，待水完全流出后，重复两至三次，直至晶体被洗净。,检验洗涤效果：取最后一次的洗出液，再选择适当的试剂进行检验。,重结晶常见的类型 （1）冷却法：将热的饱和溶液慢慢冷却后析出晶体，此法适合于溶解度随温度变化较大的溶液。 （2）蒸发法：此法适合于溶解度随温度变化不大的溶液，如粗盐的提纯。 （3）重结晶：将已知的晶体用蒸馏水溶解，经过滤、蒸发、冷却等步骤，再次析出晶体，得到更纯净的晶体的过程。 若杂质的溶解度很小，则加热溶解，趁热过

7、滤，冷却结晶；若溶解度很大，则加热溶解，蒸发结晶。,3、萃取,思考与交流 1、如何提取溴水中的溴？实验原理是什么？ 2、进行提取溴的实验要用到哪些仪器？ 3、如何选取萃取剂？ 4、实验过程有哪些注意事项？,（1）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，将溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程 （2）分类：液液萃取、固液萃取,（3）萃取条件 萃取剂和原溶剂互不相溶和不发生化学反应 溶质在萃取剂中的溶解度大于在原溶剂中的溶解度,常使用的有机溶剂有乙醚、石油醚、二氯甲烷等,3、萃取,（4）仪器：分液漏斗、烧杯、铁架台(含铁圈),（5）操作过程：,振荡,静置,分液,萃取基本操作：

8、1.检验分液漏斗活塞和上口的玻璃塞是否漏液； 2.将漏斗上口的玻璃塞打开或使塞上的凹槽或小孔对准漏斗口上的小孔,使漏斗内外空气相通漏斗里液体能够流出 3.使漏斗下端管口紧靠烧怀内壁;及时关闭活塞，不要让上层液体流出 4.分液漏斗中的下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出。,萃取注意事项： 1、萃取剂必须具备两个条件：一是与溶剂互不相溶；二是溶质在萃取剂中的溶解度较大。 2、检查分液漏斗的瓶塞和旋塞是否严密。 3、萃取常在分液漏斗中进行，分液是萃取操作的一个步骤，必须经过充分振荡后再静置分层。 4、分液时，打开分液漏斗的活塞，将下层液体从漏斗颈放出，当下层液体刚好放完时，要立即关闭活塞，上层液体

9、从上口倒出。,4、色谱法：,利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，分离、提纯有机物的方法。,例如：用粉笔分离色素,无水酒精的制取,普通酒精含乙醇95.57%(质量)和水4.43%，这是恒沸点混合物，它的沸点是78.15，比纯乙醇的沸点(78.5)低。把这种混合物蒸馏时，气相和液相的组成是相同的，即乙醇和水始终以这个混合比率蒸出，不能用蒸馏法制得无水酒精。 实验室制备无水酒精时，在95.57%酒精中加入生石灰(CaO)加热回流，使酒精中的水跟氧化钙反应，生成不挥发的氢氧化钙来除去水分，然后再蒸馏，这样可得99.5%的无水酒精。如果还要去掉这残留的少量的水，可以加入金属镁来处理，可得100%乙醇，

10、叫做绝对酒精。 工业上制备无水酒精的方法是在普通酒精中加入一定量的苯，再进行蒸馏。于64.9沸腾，蒸出苯、乙醇和水的三元恒沸混合物(比率为7418.57.5)，这样可将水全部蒸出。继续升高温度，于68.3蒸出苯和乙醇的二元混合物(比率为67.632.4)，可将苯(80.1)全部蒸出。最后升高温度到78.5，蒸出的是无水乙醇。 近年来，工业上也使用强酸性阳离子交换树脂(具有极性基团，能强烈吸水)来制取无水酒精.,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

11、水，苯和水，己烷和水,练习2 可以用分液漏斗分离的一组液体混和物是 A 溴和四氯化碳 B 苯和溴苯 C 汽油和苯 D 硝基苯和水,学习小技巧：,适当记忆一些有机物质相对与水的密度大小，对于解决萃取分液的实验题是很有帮助的,1、元素定量分析的原理：,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）,（一）元素分析确定实验式,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？,2、元素分析方法：李比希法现代元素分析法,二、元素分析与相对分子质量的测定

12、,3、“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,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？,（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

13、气体的相对密度：M1 = DM2(D:相对密度) （3）求混合物的平均式量： （4）运用质谱法来测定相对分子质量,(二)测定相对分子质量确定分子式,1、确定相对分子质量的常见方法,原理：用高能电子流轰击分子，使其失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子，带正电荷的分子离子和碎片离子具有不同相对质量，它们在磁场下到达检测器的时间不同，结果被记录为质谱图。,2、质谱法（MS） （精确、微量、快捷测定相对分子质量）,相对分子质量 的测定 质谱仪,（1）质荷比是什么？,分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值,未知化合物A的质谱图,结论：A的相对分子质量为46,由于分子离子的质荷比最大，达到检测器需

14、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）如何读谱图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,【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,【练习】某有

15、机物的结构确定过程前两步为： 测定实验式：某含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,3、有机物分子式的常用求法 （1）先根据元素原子的质量分数求实验式，再根据分子量求分子式 （2）直接根据相对分子质量和元素的质量分数求分子式 （3）对只知道相对分子质量范围的有机物，要通过估算求分子量，再求分子式,特殊方法： 1、商余法：烃的式量除以12，得到的商及余数可确定分子式 2、部分有机物的实验式中H已

16、达饱和，则该有机物的实验式就是分子式。 （如：CH4、CH3Cl、C2H6O等） 3、部分特殊组成的实验式如：CH3 当n=2时即达饱和，在不知相对分子质量时也可求得,未知物A的分子式为C2H6O，其结构式？,乙醇,二甲醚,1、红外光谱（IR）,三、分子结构的鉴定,（2）用途：红外光谱可推知有机物含哪些化学键和官能团,红外光谱鉴定分子结构,可以获得化学键和官能团的信息,C2H6O的红外光谱,结论：A中含有O-H、C-O、C-H,练习：下图是一种分子式为C3H6O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：,对于CH3CH2OH、CH3OCH3这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同

17、外，碳原子、氢原子的连接方式不同、所处的环境不同，即等效碳、等效氢的种数不同。,核磁共振仪,C2H6O的核磁共振氢谱,可以推知未知物A分子C2H6O有3种不同类型的氢原子及它们的数目比为3：2：1,原理：用电磁波照射氢原子核，不同的等效氢因产生共振时吸收电磁波的频率不同，被核磁共振仪记录的谱图中吸收峰位置不同，吸收峰面积也不同。,2、核磁共振氢谱（HNMR）,吸收峰个数氢原子种类 吸收峰面积比（强度之比）不同氢原子个数比,用途：通过核磁共振氢谱可知有机物里氢原子种类和不同氢原子的数目比。,因此，A的结构为：,可以推知未知物A分子C2H6O有3种不同类型的氢原子及它们的数目比为3：2：1,研究有

18、机化合物的一般步骤和方法,结构,相对分子 质量,组成,小结,图谱题解题建议： 1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法 2、必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。 3、根据图谱获取的信息，按碳四价的原则对官能团、基团进行合理的拼接。 4、得出结构（简）式后，再与谱图提供信息对照检查，主要为分子量、官能团、基团的类别是否吻合。,【练习】有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请写出该分子的结构简式,COC,对称CH3,对称CH2,CH3CH2OCH2CH3,【练习】一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳碳双键和CO的存在，核磁共振氢谱列如下图：,写出该有机物的可能的结构简式：,写出该有机物的分子式：,C4H6O,CH3CH=CHCHO,说明：这四种峰的面积比是：1：1：1：3,【练习】2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是 A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3C