研究有機(jī)化合物一般步驟和方法2

1、第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第4節(jié) 研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法第二課時(shí)1有機(jī)物（純凈）確定 實(shí)驗(yàn)式？首先要確定有機(jī)物中含有哪些元素如何利用實(shí)驗(yàn)的方法確定有機(jī)物中C、H、O等各元素的質(zhì)量或質(zhì)量分?jǐn)?shù)？(2)李比希法(3)現(xiàn)代元素分析法（一）元素分析確定實(shí)驗(yàn)式(1)根據(jù)有機(jī)物燃燒產(chǎn)物判斷存在的元素：CCO2；HH2O；ClHCl；NN2二、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定1、元素分析2“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H（O）的有機(jī)物加氧化銅 氧化H2OCO2用無(wú)水CaCl2吸收用KOH濃溶液吸收得前后質(zhì)量差得前后質(zhì)量差計(jì)算C、H含量計(jì)算O含量得出實(shí)驗(yàn)式 利用各種精密儀器對(duì)物質(zhì)在儀器中發(fā)出的各種光進(jìn)

2、行光譜分析，來(lái)確定該物質(zhì)中所含有的元素現(xiàn)代元素分析法32 、確定有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定A中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.16%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.14%，求A的實(shí)驗(yàn)式。解：氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 52.16% 13.14%34.70%各元素原子個(gè)數(shù)比N(C)：N(H)：N(O)2：6：1A的實(shí)驗(yàn)式為：C2H6O若要確定它的分子式，還需要什么條件？已測(cè)知各元素的質(zhì)量各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式4（1）根據(jù)標(biāo)況下氣體的密度可求：M = 22.4L/mol g/L=22.4 g/mol（2）依據(jù)氣體的相對(duì)密度：M1 = DM2(D:相對(duì)密度)（3）求混合物的平

3、均摩爾質(zhì)量：（4）運(yùn)用質(zhì)譜法來(lái)測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量（質(zhì)譜圖中最大的離子質(zhì)量就是有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量）(二)確定相對(duì)分子質(zhì)量確定分子式1、確定相對(duì)分子質(zhì)量確定相對(duì)分子質(zhì)量的方法5（1）最簡(jiǎn)式法 根據(jù)分子式為最簡(jiǎn)式的整數(shù)倍，因此利用相對(duì)分子質(zhì)量和最簡(jiǎn)式可確定其分子式。2、有機(jī)物分子式的確定 有機(jī)物分子式的確定方法 例如某物質(zhì)的最簡(jiǎn)式為CH2O，其相對(duì)分子質(zhì)量為60,設(shè)其分子式為（CH2O）n,則n=M/30=60/30=2,所以分子式為C2H4O2。6【例題】某同學(xué)為測(cè)定維生素C（可能含C、H或C、H、O）中碳、氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取維生素C樣品研碎，稱(chēng)取該樣品0.352 g，置于鉑舟并放入燃燒管中，不斷通

4、入氧氣流。用酒精噴燈持續(xù)加熱樣品，將生成物先后通過(guò)無(wú)水硫酸銅和堿石灰，兩者分別增重0.144g和0.528g，生成物完全被吸收。試回答以下問(wèn)題：（1）維生素C中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 ，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 。（2）維生素C中是否含有氧元素？為什么？（3）試求維生素C的實(shí)驗(yàn)式： （3）若維生素C的相對(duì)分子質(zhì)量為176，請(qǐng)寫(xiě)出它的分子式C3H4O3 414.55肯定含有氧C6H8O6 7【練習(xí)】嗎啡和海洛因都是嚴(yán)格查禁的毒品。嗎啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余為O。已知其分子量不超過(guò)300。試求：?jiǎn)岱鹊姆肿恿浚粏岱鹊姆肿邮?。已知海洛因是嗎啡的二乙酸酯。試求：海洛因的分子量；海洛?/p>

5、的分子式。16.84%285C17H19NO3C21H23NO53698學(xué)與問(wèn) 實(shí)驗(yàn)表明，許多咖啡和可樂(lè)飲料中含有興奮性物質(zhì)咖啡因。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，咖啡因分子中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是: 碳49.5，氫5.20，氧16.5，氮28.9，其摩爾質(zhì)量為194.1g/mol 你能確定它的分子式嗎？課本P21（2）直接求算法 密度(或相對(duì)密度)摩爾質(zhì)量1mol氣體中元素原子各為多少摩爾分子式9(3)余數(shù)法用烴的相對(duì)分子質(zhì)量除以14，視商數(shù)和余數(shù)若烴的類(lèi)別不確定CxHy，可用相對(duì)分子質(zhì)量M除以12，看商和余數(shù)，即M/12x余y，分子式為CxHyM(CxHy)/M(CH2)M/14n(n為碳原子數(shù))余2為烷烴整除為

6、烯烴或環(huán)烷烴差2整除為炔烴或二烯烴差6整除為苯或其同系物此法用于具有確定通式的烴(如烷、烯、炔、苯的同系物等)【例題】分別寫(xiě)出相對(duì)分子質(zhì)量為128、72的烴的分子式10(4)方程式法 1. 在同溫同壓下，10mL某氣態(tài)烴在50mL O2里充分燃燒，得到液態(tài)水和體積為35mL的混合氣體，則該烴的分子式可能為（ ）A、CH4 B、C2H6 C、C3H8 D、C3H6BD三、分子結(jié)構(gòu)的鑒定質(zhì)譜法（1）紅外光譜（2）核磁共振氫譜(5)現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)方法2、現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)方法-波譜分析法 尋找質(zhì)譜圖中相對(duì)質(zhì)量最大的微粒的式量既是該物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。1、化學(xué)分析法通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)確定官能團(tuán)111、測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)

7、量最精確快捷的方法 質(zhì)譜法MS原理：利用高速電子撞擊氣態(tài)試樣分子，使試樣生成各種碎片離子，帶正電荷的碎片離子在磁場(chǎng)及靜電場(chǎng)的作用下，按質(zhì)荷比M/Z的大小順序分離，依次到達(dá)檢測(cè)器，記錄成按質(zhì)荷比順序排列的質(zhì)譜圖，根據(jù)質(zhì)譜峰的位置可進(jìn)行定性分析和結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)質(zhì)譜峰的強(qiáng)度可進(jìn)行定量分析。12相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定質(zhì)譜儀13 由于分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要的時(shí)間最長(zhǎng)，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量）（1）質(zhì)荷比是什么？（2）如何確定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量？ 分子離子與碎片離子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷的比值14未知化合物A的質(zhì)譜圖結(jié)論：A的相對(duì)分子質(zhì)量為4615【例題】2002年諾貝爾

8、化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對(duì)有機(jī)物分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量的（109g）化合物通過(guò)質(zhì)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C2H6離子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4 ，然后測(cè)定其質(zhì)荷比。某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如右圖所示（假設(shè)離子均帶一個(gè)單位正電荷，信號(hào)強(qiáng)度與該離子的多少有關(guān)），則該有機(jī)物可能是 A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯16【練習(xí)】某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)確定過(guò)程前兩步為：測(cè)定實(shí)驗(yàn)式：某含C、H、O三種元素的有機(jī)物，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是13.51%, 則其實(shí)驗(yàn)式是（ ）。 確定分子式：下圖是該有機(jī)

9、物的質(zhì)譜圖，則其相對(duì)分子質(zhì)量為（ ），分子式為（ ）。C4H10O74C4H10O172、紅外光譜紅外光譜法確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的原理是：由于有機(jī)物中組成化學(xué)鍵、官能團(tuán)的原子處于不斷振動(dòng)狀態(tài)，且振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻譜相當(dāng)。所以，當(dāng)用紅外線照射有機(jī)物分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵、官能團(tuán)可發(fā)生震動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵、官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機(jī)物含有哪些化學(xué)鍵、官能團(tuán)，以確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。18紅外光譜鑒定分子結(jié)構(gòu)19可以獲得化學(xué)鍵和官能團(tuán)的信息CH3CH2OH的紅外光譜結(jié)論：A中含有O-H、C-O、C-H202、核磁共振氫譜如何根據(jù)核磁共振氫譜

10、確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)？ 對(duì)于CH3CH2OH、CH3OCH3這兩種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，除了氧原子的位置、連接方式不同外，碳原子、氫原子的連接方式也不同、所處的環(huán)境不同，即等效碳、等效氫的種數(shù)不同。 處在不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時(shí)吸收電磁波的頻率不同，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同，這種差異叫化學(xué)位移。 從核磁共振氫圖譜上可推知該有機(jī)物分子有幾種不同類(lèi)型的氫原子（波峰數(shù)）及它們的數(shù)目比（波峰面積比）。21核磁共振22CH3CH2OH的紅外光譜可以推知未知物A分子有3種不同類(lèi)型的氫原子及它們的數(shù)目比為3：2：123因此，A的結(jié)構(gòu)為： H HHCCOH H H24【例題】下圖是一種分子式為C4H8O2的有機(jī)物的

11、紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：COCC=O不對(duì)稱(chēng)CH3CH3COOCH2CH325【練習(xí)】有一有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為74，確定分子結(jié)構(gòu)，請(qǐng)寫(xiě)出該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式 COC對(duì)稱(chēng)CH3對(duì)稱(chēng)CH2CH3CH2OCH2CH326【例題】一個(gè)有機(jī)物的分子量為70,紅外光譜表征到碳碳雙鍵和CO的存在，核磁共振氫譜列如下圖：寫(xiě)出該有機(jī)物的可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：寫(xiě)出該有機(jī)物的分子式：C4H6OCH3CH=CHCHO說(shuō)明：這四種峰的面積比是：1：1：1：327【練習(xí)】2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰了兩項(xiàng)成果，其中一項(xiàng)是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼鼐S特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”。在化學(xué)上經(jīng)常使

12、用的是氫核磁共振譜，它是根據(jù)不同化學(xué)環(huán)境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號(hào)不同來(lái)確定有機(jī)物分子中的不同的氫原子。下列有機(jī)物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號(hào)的是A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH328【練習(xí)】 分子式為C3H6O2的二元混合物，分離后,在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰有兩種情況。第一種情況峰給出的強(qiáng)度為11；第二種情況峰給出的強(qiáng)度為321。由此推斷混合物的組成可能是（寫(xiě)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式） 。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH329 研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法結(jié)構(gòu)相對(duì)分子質(zhì)量組成小結(jié)分離、提純?cè)囟糠治?確定實(shí)驗(yàn)式測(cè)定相對(duì)分

13、子質(zhì)量 確定分子式 波譜分析確定結(jié)構(gòu)式步驟方法蒸餾、重結(jié)晶、萃取 紅外光譜核磁共振氫譜質(zhì)譜法元素分析30【練習(xí)】 通式法的應(yīng)用常溫下為氣態(tài)的烷烴A和炔烴B的混合氣體，其密度是H2的27.5倍，已知A、B分子中含碳原子數(shù)相同。求：(1)A、B的分子式；(2)A與B的體積比?！揪毩?xí)】 商余法的應(yīng)用某有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為180，則：(1)該有機(jī)物_(填“可能”或“不可能”)是飽和烴(2)若該有機(jī)物含氧元素，且烴基飽和，則可能是_或_(寫(xiě)名稱(chēng))31混合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量M=27.5*2=55g/mol（A，B的相對(duì)分子質(zhì)量一定是B的小于55，A的大于55） 因?yàn)锳、B分子中含碳原子數(shù)同 所以設(shè)A:

14、CnH2n+2, B:CnH2n-2 只有當(dāng)n=4時(shí)，符合。 所以A：C4H10，B：C4H6 （2）設(shè)A的體積分?jǐn)?shù)是x 那么58x + 54(1-x)=55 得x=0.25 所以VA:VB=0.25:0.75=1:3 其密度是同條件下的H2的27.5倍 平均分子量為2*27.555 用商余法（55/12）得平均分子式 A、B的分子式：C4H10,C4H6 A、B體積比(十字交叉法) 1：3 32【方法指導(dǎo)】1、實(shí)驗(yàn)式的確定：實(shí)驗(yàn)式是表示化合物分子所含各元素的原子數(shù)目最簡(jiǎn)單整數(shù)比的式子。實(shí)驗(yàn)式又叫最簡(jiǎn)式。方法：若已知有機(jī)物分子中C、H等元素的質(zhì)量或已知C 、H等元素的質(zhì)量比或已知C、H等元素的

15、質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則N(C):N(H):N(O)=_若有機(jī)物燃燒產(chǎn)生的二氧化碳和水的物質(zhì)的量分別為n(CO2)和n(H2O),則N(C):N(H)=_ 332確定相對(duì)分子質(zhì)量的方法：M=m/n(M表示摩爾質(zhì)量 m表示質(zhì)量 n表示物質(zhì)的量) 已知有機(jī)物蒸氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度：Mr= 22.4* 密度（注意密度的單位）已知有機(jī)物蒸氣與某物質(zhì)（相對(duì)分子質(zhì)量為M）在相同狀況下的相對(duì)密度D：則Mr=M* DM= M(A)* X(A) + M(B)*X(B)（M表示平均摩爾質(zhì)量，M(A)、M(B)分別表示A、B物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，X(A)、X(B)分別表示A B 物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)）根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算確定。343.有機(jī)物分子式的確定： 直接法密度（相對(duì)密度）摩爾質(zhì)量1摩爾分子中各元素原子的物質(zhì)的量分子式最簡(jiǎn)式法最簡(jiǎn)式為CaHbOc，則分子式為（CaHbOc）n， n=Mr/(12a+b+16c)（Mr為相對(duì)分子質(zhì)量）.余數(shù)法： a)用烴的相對(duì)分子質(zhì)量除14，視商和余數(shù)。M(CxHy)/M(CH2)=M/1