第二節(jié)有機化合物結構的測定

1、gkxx精品課件黑發(fā)不知勤學早白首方悔讀書遲元素組成有機化合物分子式官能團及碳骨架狀況分子結構測定有機化合物的結構流程測定有機化合物的結構流程定性定量定性定量分析分析化學分析化學分析儀器分析儀器分析相對分子質量相對分子相對分子質量測定質量測定gkxx精品課件碳、氫元素碳、氫元素質量分數(shù)的測定質量分數(shù)的測定測二氧化碳和測二氧化碳和水的質量水的質量在氧氣流中燃燒氮元素氮元素質量分數(shù)的測定質量分數(shù)的測定測氮氣的測氮氣的體積體積在二氧化碳流中燃燒鹵素鹵素質量分數(shù)的測定質量分數(shù)的測定測鹵化銀測鹵化銀的質量的質量與硝酸銀溶液及濃硝酸混合加熱一、有機化合物分子式的確定一、有機化合物分子式的確定1. 1. 測

2、定有機化合物的元素組成測定有機化合物的元素組成2 2、求出有機化合物的實驗式、求出有機化合物的實驗式 各元素原子的個數(shù)比，即得最簡式，又叫實驗式。實驗式實驗式( (最簡式最簡式) )和分子式的區(qū)別與聯(lián)系 (1)最簡式是表示化合物分子所含各元素的原子數(shù)目最簡單整數(shù)比的式子。不能確切表明分子中的原子個數(shù)。（2）分子式分子式( (最簡式最簡式)n)n，n值的求法需借助有機物的相對分子質量，由相對分子質量除以最簡式的式量，即求出n值，也就求出了分子式。 （1）M = m/n（2）M1 = DM2 (D(D為相對密度為相對密度) )（3）M = 22.4 L/mol g/L=22.4 g/mol( (標

3、況下氣體標況下氣體) ) （4）質譜法）質譜法根據(jù)有機化合物的質譜圖，可看出有機化合物根據(jù)有機化合物的質譜圖，可看出有機化合物分子失去一個電子成為帶正電荷的離子的質量大分子失去一個電子成為帶正電荷的離子的質量大小，其中最大的離子質量就是有機化合物的相對小，其中最大的離子質量就是有機化合物的相對分子質量。分子質量。3. 3. 測定有機物的相對分子質量方法測定有機物的相對分子質量方法核磁共振儀核磁共振儀 相對分子質量的確定相對分子質量的確定質譜法質譜法有機物有機物分子分子高能電子束轟擊高能電子束轟擊帶電的帶電的 “碎片碎片”確定確定結構結構碎片的質荷比碎片的質荷比質荷比：質荷比：碎片的相對質量（碎

4、片的相對質量（m m）和所帶電荷（）和所帶電荷（e e- -）的比值）的比值 1、質譜法作用：測定相對分子質量、質譜法作用：測定相對分子質量質譜法質譜法2、質譜圖中的質荷比最大值、質譜圖中的質荷比最大值就是未知物的相對分子質量就是未知物的相對分子質量CH3CH2OH+質荷比質荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相對豐度相對豐度/%乙醇的質譜圖乙醇的質譜圖 最大分子、離最大分子、離子的質荷比越大子的質荷比越大，達到檢測器需要達到檢測器需要的時間越長的時間越長，因因此此質譜圖中的質質譜圖中的質荷比最大的就是荷比最大的就是未知

5、物的相對分未知物的相對分子質量子質量。質譜儀質譜儀例例2 220022002年諾貝爾化學獎獲得者的貢獻之一是發(fā)明了年諾貝爾化學獎獲得者的貢獻之一是發(fā)明了對有機物分子進行結構分析的質譜法。其方法是讓極少對有機物分子進行結構分析的質譜法。其方法是讓極少量的（量的（10109 9g g）化合物通過質譜儀的離子化室使樣品分）化合物通過質譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C C2 2H H6 6離離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，然后測定其質，然后測定其質荷比。設

6、荷比。設H H的質荷比為的質荷比為，某有機物樣品的質荷比如，某有機物樣品的質荷比如右圖所示（假設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與右圖所示（假設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關），則該有機物可能是（該離子的多少有關），則該有機物可能是（ ）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 某烴含氫元素的質量分數(shù)為某烴含氫元素的質量分數(shù)為17.2%17.2%，求此烴的實驗式。又測得該，求此烴的實驗式。又測得該烴的相對分子質量是烴的相對分子質量是5858，求該烴的，求該烴的分子式。分子式。 C2H5是該烴的實驗式，不是該烴的分子式 設該烴有n個C

7、2H5，則因此，烴的分子式為 C4H10。229/58n例例2 某有機物樣品某有機物樣品3.26g，燃，燃燒后得到燒后得到4.74gCO2和和 1.92gH2O，實驗測得其相，實驗測得其相對分子質量為對分子質量為60，求該有機，求該有機物的分子式。物的分子式。 解一解一：先求樣品中各組成元素的質先求樣品中各組成元素的質量，由樣品與組成元素的物質的量量，由樣品與組成元素的物質的量之比求分子式。之比求分子式。 由上述計算知：m(C)1.29g， m(H)0.213gm(O)3.26g1.29g0.213g1.75gn(樣品) n(C) n(H) n(O) 1 2 4 2該有機物分子式為C2H4O2

8、。gkxx精品課件解二：根據(jù)燃燒反應方程式計算解二：根據(jù)燃燒反應方程式計算CxHyOz xCO2 H2O 60 44x 189y3.26g 4.74g 1.92g60 44x3.26g 4.74g x260 9y 3.26g 1.92gy4z(6012214)162分子式為C2H4O2分子式的確定途徑分子式的確定途徑練習(確定有機物分子式)確定實驗式 燃燒30.6g醫(yī)用膠的單體樣品，實驗測得：生成70.4g二氧化碳、19.8g水、2.24L氮氣(換算為標準狀況)，請通過計算確定其實驗式。確定分子式 由質譜分析法測定出該樣品的相對分子質量為153.0，請確定其分子式。二二. 有機化合物結構式確定

9、有機化合物結構式確定 測定有機物的結構，關鍵步驟是判定有機物的不飽和判定有機物的不飽和度度及其典型化學性質典型化學性質，進而確定有機物所含的官能團及其所處的有機物所含的官能團及其所處的位置位置。學習目標推測化學鍵類型有機化合物分子式判斷官能團種類及所處位置分子結構計算不計算不飽和度飽和度化學性質實驗或化學性質實驗或儀器分析圖譜儀器分析圖譜據(jù)分子式確定有機物結構式的流程據(jù)分子式確定有機物結構式的流程1、不飽和度的計算、不飽和度的計算 （1）概念：烷烴分子的通式為CnH2n+2，分子中每減少2個碳氫鍵，同時必然會增加一個碳碳鍵，該碳碳鍵可能是重鍵（雙鍵或叁鍵），也可能連接成環(huán)狀，這些都稱為增加了一

10、個不飽和度，又叫缺缺氫指數(shù)氫指數(shù)，用字母 表示。不飽和度不飽和度=n(C)+1-n(H)/22、在時，應注意：、在時，應注意：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)，就在氫原子總數(shù)中減去，就在氫原子總數(shù)中減去。 1、式中各字母表示什么意義？、式中各字母表示什么意義？若有機物中含有若有機物中含有X(鹵素原子鹵素原子)，可將其視為，可將其視為； H(氫原子氫原子)考慮考慮氮原子數(shù)氮原子數(shù)(2)分子不飽和度的計算公式如分子式為如分子式為C C6 6H H5 5NONO2 2的分子的不飽和度為：的分子的不飽和度為：6+1-（5-1）/2=5練習：求下列有機化合物

11、的不飽和度。（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舉例：幾種官能團的不飽和度化學鍵化學鍵不飽和度不飽和度化學鍵化學鍵不飽和度不飽和度一個一個C=C雙鍵雙鍵一個一個C=C叁鍵叁鍵一個一個C=O雙鍵雙鍵一個苯環(huán)一個苯環(huán)一個脂環(huán)一個脂環(huán)一個氰基一個氰基112142 官能團官能團決定了有機物的性質，通過有機物決定了有機物的性質，通過有機物的化學反應和物理儀器，可斷有機物可能具的化學反應和物理儀器，可斷有機物可能具有的官能團。有的官能團。 2、確定有機化合物的官能團、確定有機化合物的

12、官能團請大家閱讀教材請大家閱讀教材P111P111表表3-2-2 3-2-2 ： 一些常見的官能團的檢驗方法一些常見的官能團的檢驗方法gkxx精品課件1）定性實驗確定有機物的官能團確定有機物的官能團 gkxx精品課件2 2） 定量實驗定量實驗 根據(jù)乙醇的分子式C2H6O。乙醇分子可能有兩種結構。如何用實驗定量證明？如何用實驗定量證明？隨堂測試隨堂測試某化合物某化合物A，是一種食品工業(yè)調味劑，化，是一種食品工業(yè)調味劑，化學分析，結果如下學分析，結果如下 ： （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）加入氯化鐵溶液，有顯色反應；）加入氯化鐵溶液，有顯色反應；（3）能與銀

13、氨溶液反應；）能與銀氨溶液反應； 化合物化合物A中可能含有哪些官能團？中可能含有哪些官能團？答案答案C=C C=C苯環(huán)苯環(huán) 酚羥基酚羥基 醛基醛基 光譜分析主要有哪些光譜分析主要有哪些種類種類？主要有主要有種：種：、。紫外光譜紫外光譜紅外光譜紅外光譜核磁共振譜核磁共振譜各種光譜分別有什么各種光譜分別有什么作用作用？紫外光譜紫外光譜可用于確定分子中有無可用于確定分子中有無 ；紅外光譜紅外光譜可用于確定分子中有哪些可用于確定分子中有哪些 ； 核磁共振譜核磁共振譜分為分為 和和 兩類，比如氫譜可以測定兩類，比如氫譜可以測定有機物分子中有機物分子中H原子在原子在C骨架上的骨架上的 和和 ，進而推斷出，

14、進而推斷出有機化合物的有機化合物的。C骨架結構骨架結構共軛雙鍵共軛雙鍵官能團官能團氫譜氫譜碳譜碳譜數(shù)目數(shù)目位置位置三三3 3） 儀器光譜分析儀器光譜分析核磁共振氫譜核磁共振氫譜氫原子種類不同（所氫原子種類不同（所處的化學環(huán)境不同）處的化學環(huán)境不同）特征峰也不同特征峰也不同紅外光譜紅外光譜【筆記】【筆記】 作用：獲得分子中含有何種作用：獲得分子中含有何種化學鍵化學鍵或或官能團官能團的信息的信息【筆記】【筆記】作用：測定有機物分子中作用：測定有機物分子中等效氫等效氫原子的原子的類型類型和和數(shù)目數(shù)目 分子結構的鑒定分子結構的鑒定（波譜分析）（波譜分析） 當用紅外線照射有機物時，分子中的化當用紅外線照

15、射有機物時，分子中的化學健或官能團可發(fā)生振動吸收，不同的學健或官能團可發(fā)生振動吸收，不同的化學鍵化學鍵或官能團或官能團吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同位置，從而可以獲得分子中含有何種化于不同位置，從而可以獲得分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。學鍵或官能團的信息。紅外光譜儀紅外光譜儀1.1.紅外光譜紅外光譜(IR)(IR)紅外光譜法確定有機物結構的原理是：紅外光譜法確定有機物結構的原理是：由于有機物中組成由于有機物中組成化學鍵化學鍵、官能團官能團的的原子原子處于不處于不斷振動狀態(tài)，且振動頻率與紅外光的振動頻譜相當。斷振動狀態(tài)，且振動頻率與紅外光的振動頻譜相

16、當。所以，當用紅外線照射有機物分子時，分子中的所以，當用紅外線照射有機物分子時，分子中的化學化學鍵、官能團鍵、官能團可發(fā)生震動吸收，可發(fā)生震動吸收，不同的化學鍵、官能團不同的化學鍵、官能團吸收頻率不同吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將，在紅外光譜圖中將處于不同位置處于不同位置。因。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機物含有哪此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機物含有哪些化學鍵、官能團，以確定有機物的結構。些化學鍵、官能團，以確定有機物的結構。1.1.紅外光譜紅外光譜(IR)(IR)核磁共振儀核磁共振儀 例例3 3、下圖是一種分子式為下圖是一種分子式為C C4 4H H8 8O O2 2的有機

17、物的紅的有機物的紅外光譜譜圖外光譜譜圖, ,則該有機物的結構簡式為：則該有機物的結構簡式為：COCC=O不對稱不對稱CH3CH3CH2COOCH3或或CH3COOCH2CH3練習練習4 4：有一有機物的相對分子質量為：有一有機物的相對分子質量為7474，確定分子結構，請寫出該分子的結構簡式確定分子結構，請寫出該分子的結構簡式 COC對稱對稱CH3對稱對稱CH2CH3CH2OCH2CH3 核磁共振中的核指的是核磁共振中的核指的是氫原子核氫原子核。氫原子核。氫原子核具有磁性，如用電磁波照射氫原子核，它能通過具有磁性，如用電磁波照射氫原子核，它能通過共振吸收電磁波能量，發(fā)生躍遷。用核磁共振儀共振吸收

18、電磁波能量，發(fā)生躍遷。用核磁共振儀可以記錄到有關信號，可以記錄到有關信號，處于不同化學環(huán)境中的氫處于不同化學環(huán)境中的氫原子因產生共振時吸收的頻率不同原子因產生共振時吸收的頻率不同，在譜圖上出，在譜圖上出現(xiàn)的現(xiàn)的位置也不同位置也不同。且。且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比正比?？梢酝浦撚袡C物分子有幾種不同類型的。可以推知該有機物分子有幾種不同類型的氫原子氫原子（等效氫）（等效氫）及它們的數(shù)目多少。及它們的數(shù)目多少。2.2.核磁共振氫譜核磁共振氫譜結構分析：結構分析：核磁共振法核磁共振法（HNMR）作用：測定有機物中作用：測定有機物中H 原子的原子的種類種類信信號號個個數(shù)數(shù)和數(shù)目和數(shù)目信號強度信號強度之比之比峰峰面面積積【筆記】【筆記】吸收峰數(shù)目吸收峰數(shù)目等效等效氫原子類型氫原子類型 不同吸收峰的面積之比（強度比）不同吸收峰的面積之比（強度比） 不同氫原子的個數(shù)之比不同氫原子的個數(shù)之比例例5 5、分子式為、分子式為C C2 2H H6 6O O的兩種有機化合物的的兩種有機化合物的1 1H H核磁共核磁共振譜，你能分辨出哪一幅是乙醇的振譜，你能分辨出哪一幅是乙醇的1 1H-NMRH-NMR譜圖嗎譜圖嗎? ?分子式為分子式為C2H6O的兩種有機物的的兩種有機物