高中化學(xué) 3.2《有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的測定》魯科選修五

第3章有機(jī)合成及其應(yīng)用第2節(jié)有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的測定.當(dāng)人們從自然界得到一個(gè)新的化合物并將其提純以后，測定其結(jié)構(gòu)就是最重要的工作了。只有完全確定了這種化合物分子的結(jié)構(gòu)，才能進(jìn)一步了解和應(yīng)用這種化合物。在有機(jī)合成中，對(duì)天然產(chǎn)物合成的首要工作就是測定目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)；而對(duì)人工設(shè)計(jì)的有機(jī)化合物，在合成后也必須測定其結(jié)構(gòu)才能確定它是否就是目標(biāo)產(chǎn)物。那么，你知道是怎樣對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)測定的嗎？結(jié)構(gòu)測定在有機(jī)化學(xué)中有什么重要作用？.結(jié)構(gòu)測定在研究和合成有機(jī)化合物中占有極其重要的地位。測定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的方法很多，歸根結(jié)底都是依據(jù)它們自身所具有的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)來進(jìn)行的。測定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的核心步驟是確定其分子式，以及檢測分子中所含的官能團(tuán)及其在碳骨架上的位置。.有機(jī)化合物元素組成相對(duì)分子質(zhì)量分子式官能團(tuán)及碳骨架狀況分子結(jié)構(gòu)定性定量分析化學(xué)分析光譜分析相對(duì)分子質(zhì)量測定測定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)流程圖.一、有機(jī)化合物分子式的確定要確定有機(jī)化合物的分子式，首先需要知道該物質(zhì)由哪些元素組成，各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少，必要時(shí)還要測定其相對(duì)分子質(zhì)量。1、確定有機(jī)化合物的元素組成組成有機(jī)化合物的元素種類并不多，最常見的是C、H、O、N、X等元素，各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常需要借助有機(jī)化合物的可燃性等化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行定量測定。得知C、H、N、X等元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)后，其總和若小于100%，其差值一般就是氧元素的質(zhì)最分?jǐn)?shù)。.碳、氫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定

最常用的是燃燒分析法。將樣品置于氧氣流中燃燒，燃燒后生成的二氧化碳和水分別用堿液或吸水劑吸收，稱重后即可分別計(jì)算出樣品中碳、氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。當(dāng)然，碳、氫元素的含量也可以利用儀器分析方法測定。氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定將樣品通入二氧化碳?xì)饬髦?，在氧化銅的催化下燃燒生成氮?dú)猓⒔柚趸細(xì)饬鲗⑸傻臍怏w趕出，經(jīng)KOH濃溶液吸收二氧化碳?xì)怏w后，測得剩余氣體的體積，即可計(jì)算出樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。.鹵素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定將樣品與AgNO3溶液及濃硝酸混合加熱，此時(shí)鹵素原子轉(zhuǎn)變?yōu)辂u素離子，并與AgNO3溶液作用產(chǎn)生鹵化銀沉淀。根據(jù)沉淀的量，即可計(jì)算出樣品中鹵素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。碳、氫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定測二氧化碳和水的質(zhì)量在氧氣流中燃燒氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定測氮?dú)獾捏w積在二氧化碳?xì)饬髦腥紵u素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定測鹵化銀的質(zhì)量與AgNO3溶液及濃硝酸混合加熱.2.測定有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量測定有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量的方法很多，可以依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程并采用特定的裝置進(jìn)行測定，也可以使用質(zhì)譜儀進(jìn)行測定。.二、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)式的確定測定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵步驟是判定分子的不飽和度及典型的化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而確定分子中所含的官能團(tuán)及其所處的位置。.有機(jī)化合物分子式推測化學(xué)鍵類型判斷官能團(tuán)種類及所處位置確定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)式確定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)式流程示意圖計(jì)算不飽和度化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)或儀器分析圖譜.1.有機(jī)化合物分子不飽和度的計(jì)算

不飽和度也稱缺氫指數(shù)，它可以通過有機(jī)化合物的分子式計(jì)算得出。這個(gè)數(shù)值能為測定分子結(jié)構(gòu)提供分子中是否有不飽和鍵或碳環(huán)等不飽和結(jié)構(gòu)的信息。化學(xué)鍵不飽和度化學(xué)鍵不飽和度一個(gè)碳碳雙鍵1一個(gè)碳碳叁鍵2一個(gè)羰基1一個(gè)苯環(huán)4一個(gè)脂環(huán)1一個(gè)氰基2幾種官能團(tuán)的不飽和度.2.確定有機(jī)化合物的官能團(tuán)有機(jī)化合物的官能團(tuán)都有著相對(duì)獨(dú)立和明確的化學(xué)性質(zhì)，所以可以通過化學(xué)反應(yīng)對(duì)其進(jìn)行鑒別和確定，從而推斷有機(jī)化合物的可能官能團(tuán)。官能團(tuán)種類試劑判斷依據(jù)碳碳雙鍵或碳碳叁鍵溴的四氯化碳溶液鹵素原子醇羥基酸性KMnO4溶液紅棕色褪去紫色褪去AgNO3和濃硝酸的混合液鈉有沉淀產(chǎn)生有氫氣放出一些官能團(tuán)的化學(xué)檢驗(yàn)方法.官能團(tuán)種類試劑判斷依據(jù)酚羥基FeCl3溶液顯色溴水有白色沉淀產(chǎn)生醛基銀氨溶液有銀鏡反應(yīng)新制氫氧化銅懸濁液有磚紅色沉淀產(chǎn)生羧基NaHCO3溶液有二氧化碳?xì)怏w放出硝基(－NO2)(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸以及KOH的甲醇溶液1分鐘內(nèi)溶液由淡綠色變紅棕色氰基(－CN)稀堿水溶液，加熱有氨氣放出.實(shí)際上，用化學(xué)方法來確定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的工作有時(shí)是相當(dāng)復(fù)雜的，嗎啡結(jié)構(gòu)的測定就是典型的實(shí)例之一。1805年人們就從鴉片中提取出純凈的嗎啡，但是嗎啡的分子結(jié)構(gòu)直到1952年才確定，整個(gè)過程用了大約150年！由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近代有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的測定工作已大為改觀?，F(xiàn)代物理測試方法和儀器的出現(xiàn)，使人們能通過紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)及核磁共振譜(NMR)等快速準(zhǔn)確地確定有機(jī)化合物分子的結(jié)構(gòu)。.紫外光譜儀紅外光譜儀核磁共振譜儀.有機(jī)化合物的結(jié)