第四節(jié)研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法

第四節(jié)研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法馬鞍山紅星中學(xué)高二化學(xué)備課組思考與交流如何分離下列各組混合物？1.NaCl和KCl4.Br2和H2ONO2和2.CCl4和H2O蒸餾重結(jié)晶、過(guò)濾分液萃取3.一、研究有機(jī)化合物的基本步驟有機(jī)物（純凈）確定分子式？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各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？李比希法現(xiàn)代元素分析法如何用實(shí)驗(yàn)的方法確定葡萄糖中的元素組成？一、研究有機(jī)化合物的基本步驟粗產(chǎn)品分離提純定性分析定量分析實(shí)驗(yàn)式或最簡(jiǎn)式分子式結(jié)構(gòu)式分離提純的方法有哪些？除雜的原則是什么？除雜的方法有哪些？除雜質(zhì)確定組成元素質(zhì)量分析測(cè)定分子量結(jié)構(gòu)分析過(guò)濾，蒸發(fā)、結(jié)晶（重結(jié)晶），蒸餾、分餾，萃取、分液，洗氣，加熱，升華，滲析，鹽析二、分離、提純

1、蒸餾：利用混合物中各種成分的沸點(diǎn)不同而使其分離的方法。如石油的分餾。

常用于分離、提純液態(tài)有機(jī)物。

條件：有機(jī)物熱穩(wěn)定性較強(qiáng)、含少量雜質(zhì)、與雜質(zhì)沸點(diǎn)相差較大（30℃左右）。

課本P17實(shí)驗(yàn)1-1：含有雜質(zhì)的工業(yè)乙醇的蒸餾含雜工業(yè)乙醇工業(yè)乙醇(95.6%)無(wú)水乙醇（99.5%以上）蒸餾加CaO蒸餾蒸餾裝置蒸餾燒瓶冷凝管溫度計(jì)尾接管冷水熱水使用前要檢查裝置的氣密性！利用給固定裝置微熱的方法。蒸餾操作注意事項(xiàng)溫度計(jì)水銀球應(yīng)處于蒸餾燒瓶支管口處。加素瓷片的目的：素瓷片微孔中的氣體受熱膨脹后呈細(xì)小氣泡逸出，可成為液體受熱時(shí)的氣化中心，使液體平穩(wěn)沸騰，防止暴沸。冷卻水應(yīng)從冷凝管的下口進(jìn)、上口出，這樣冷凝效果較好。蒸餾產(chǎn)物流出速率以每秒3~4滴為宜。燒瓶中的液體量不得超過(guò)容積的2/3。燒瓶中的液體不可蒸干。二、分離、提純2、重結(jié)晶：利用被提純物質(zhì)與雜質(zhì)在同一溶劑中的溶解度不同而將其雜質(zhì)除去的方法。關(guān)鍵：選擇適當(dāng)?shù)娜軇┤軇┑臈l件：

⑴雜質(zhì)在溶劑中的溶解度很小或很大，易于除去；⑵被提純的有機(jī)物在此溶劑中的溶解度，受溫度的影響較大。被提純的有機(jī)物在熱溶液中的溶解度較大，冷溶液中的溶解度較小，冷卻后易于結(jié)晶析出。注意事項(xiàng)：為了減少趁熱過(guò)濾過(guò)程中苯甲酸的損失，一般在高溫溶解固體后再加少量蒸餾水。苯甲酸的重結(jié)晶粗產(chǎn)品加熱溶解趁熱過(guò)濾冷卻結(jié)晶提純產(chǎn)品粗苯甲酸加熱溶解趁熱過(guò)濾冷卻結(jié)晶二、分離、提純3、萃取：原理：利用混合物中一種溶質(zhì)在互不相溶的兩種溶劑中的溶解性不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來(lái)的方法。主要儀器：分液漏斗操作過(guò)程：萃取劑必須具備的三個(gè)條件：一是與原溶劑互不相溶；二是溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度較大；三是萃取劑不與原溶液中任一成分反應(yīng)。二、分離、提純萃取包括：液—液萃?。菏抢糜袡C(jī)物在兩種互不相溶的溶劑中的溶解性不同，將有機(jī)物從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑的過(guò)程。固—液萃?。菏怯糜袡C(jī)溶劑從固體物質(zhì)中溶解出有機(jī)物的過(guò)程。（專用儀器設(shè)備）課堂練習(xí)下列每組中各有三對(duì)物質(zhì)，它們都能用分液漏斗分離的是（）

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B、D二、分離、提純二、分離、提純?nèi)~黃素科學(xué)視野P194.色譜法：利用吸附劑對(duì)不同有機(jī)物吸附作用的不同，分離、提純有機(jī)物的方法叫色譜法。俄國(guó)植物學(xué)家茨衛(wèi)特

1906年，茨衛(wèi)特在一根玻璃管的細(xì)端塞上一小團(tuán)綿花，在管中充填碳酸鈣粉末，讓溶有綠色植物葉子色素的石油醚溶液自上而下地通過(guò)。結(jié)果植物色素便被碳酸鈣吸附，分成三段不同顏色：綠色、黃色、黃綠色。再將碳酸鈣吸附柱取出，并用乙醇洗脫，即得色素的溶液：葉綠素、葉黃素、胡蘿卜素。茨衛(wèi)特的柱色譜實(shí)驗(yàn)拓展視野德國(guó)化學(xué)家?guī)於鞔男l(wèi)特的色譜實(shí)驗(yàn)當(dāng)時(shí)并未引起人們的注意。直到25年后的1931年，德國(guó)化學(xué)家?guī)於髟诜蛛x、提純、確定胡蘿卜素異構(gòu)體和維生素的結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用了色譜法，并獲得1938年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。二、分離、提純根據(jù)物質(zhì)在兩相(氣—液、液—液等)間溶解性或吸附能力不同，分為紙上色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法、液相色譜法等。常用的吸附劑：碳酸鈣、硅膠、氧化鋁、

活性炭等。色譜法是化學(xué)家分離、提純有機(jī)物不可缺少的方法。4.色譜法：色譜儀氣相色譜儀高效液相色譜儀離子色譜儀實(shí)踐活動(dòng)取5g新鮮的菠菜葉(或其他綠色植物的葉子)，用剪刀剪碎后放入研缽中，加入10mL無(wú)水乙醇或丙酮研磨成漿狀，過(guò)濾除去渣子，將濾液放入50mL燒杯中，再在燒杯中心垂直放置一根白粉筆。約10min后觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。用粉筆分離植物葉子中的色素三、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定1.元素分析：用化學(xué)方法鑒定有機(jī)物分子的元素組成，以及分子內(nèi)各元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這就是元素的定性、定量分析。李比希法Mg(ClO4)2(吸收H2O)NaOH(堿石棉)(吸收CO2)→現(xiàn)代元素分析法（元素分析儀）科學(xué)視野德國(guó)化學(xué)家李比希（1803～1873）李比希法：定量測(cè)定有機(jī)物中碳和氫元素含量的一種分析方法。

將準(zhǔn)確稱量的樣品置于一燃燒管中，再將其徹底燃燒成二氧化碳和水，用純的氧氣流把它們分別趕入燒堿石棉劑（附在石棉上粉碎的氫氧化鈉）及高氯酸鎂的吸收管內(nèi)，前者將排出的二氧化碳變?yōu)樘妓徕c，后者吸收水變?yōu)楹薪Y(jié)晶水的高氯酸鎂，這兩個(gè)吸收管增加的重量分別表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可計(jì)算樣品中的碳和氫的含量。如果碳與氫的百分含量相加達(dá)不到100%，而又檢測(cè)不出其他元素，則差數(shù)就是氧的百分含量。本法的特點(diǎn)是碳?xì)浞治鲈谕粯悠分羞M(jìn)行，且對(duì)儀器裝置稍加改裝后，即能連續(xù)檢測(cè)其他元素?！袄畋认Ｔ胤治龇ā钡脑砣《亢珻、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)式將一定量的有機(jī)物燃燒，分解為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，并作定量測(cè)定，通過(guò)無(wú)機(jī)物的質(zhì)量推算出組成該有機(jī)物元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后計(jì)算出該有機(jī)物分子所含元素原子最簡(jiǎn)單的整數(shù)比，即確定其實(shí)驗(yàn)式（又稱為最簡(jiǎn)式）。元素分析儀的工作原理是在不斷通入氧氣的條件下，把樣品加熱到950℃～1200℃，使之充分燃燒，再對(duì)燃燒產(chǎn)物進(jìn)行自動(dòng)分析。元素分析儀自動(dòng)化程度高，分析元素含量需要樣品的質(zhì)量小，分析速度快，可以同時(shí)對(duì)碳、氫、硫等多種元素進(jìn)行分析。元素分析儀與計(jì)算機(jī)連接，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)分析，并可根據(jù)需求生成各種形式的分析報(bào)告。三、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定元素分析儀現(xiàn)代元素分析法（元素分析儀）例題分析例1、5.8g某有機(jī)物完全燃燒，生成CO213.2g,H2O5.4g。含有哪些元素?思考：能否直接確定該有機(jī)物的分子式?

實(shí)驗(yàn)式和分子式有何區(qū)別?實(shí)驗(yàn)式和分子式的區(qū)別：實(shí)驗(yàn)式：表示化合物分子中所含元素的原子數(shù)目最簡(jiǎn)整數(shù)比的式子。分子式：表示化合物所含元素的原子種類及數(shù)目的式子,表示物質(zhì)的真實(shí)組成。例題分析例2、實(shí)驗(yàn)測(cè)得某碳?xì)浠衔顰中，含碳80%、含氫20%，求該化合物的實(shí)驗(yàn)式。又測(cè)得該化合物的相對(duì)分子質(zhì)量是30，求該化合物的分子式。答案：實(shí)驗(yàn)式是CH3，分子式是C2H6。確定有機(jī)化合物的分子式的方法方法一：

由物質(zhì)中各原子（元素）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)→各原子的個(gè)數(shù)比(實(shí)驗(yàn)式)→由相對(duì)分子質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)式→有機(jī)物分子式

方法二：

1mol物質(zhì)中各原子（元素）的質(zhì)量除以原子的摩爾質(zhì)量→1mol物質(zhì)中的各種原子的物質(zhì)的量→知道一個(gè)分子中各種原子的個(gè)數(shù)→有機(jī)物分子式

課堂練習(xí)2.嗎啡和海洛因都是嚴(yán)格查禁的毒品。嗎啡分子含C71.58%、H6.67%、N4.91%、其余為O。已知其相對(duì)分子量不超過(guò)300。試求：⑴嗎啡的分子量；⑵嗎啡的分子式。分析：可先假設(shè)分子中只含1個(gè)氮原子，可通過(guò)N的百分含量和N的原子量，計(jì)算出嗎啡的最小分子量。解：?jiǎn)岱茸钚》肿恿?/p>

，而又知嗎啡分子量不超過(guò)300，故可知嗎啡分子量即為285。一個(gè)嗎啡分子中碳原子數(shù)為

氫原子數(shù)為

氮原子數(shù)為1氧原子數(shù)為

故嗎啡的分子式為

課堂練習(xí)3.某含C、H、O三種元素組成的未知有機(jī)物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定該未知物中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.67%。⑴試求該未知物A的實(shí)驗(yàn)式（分子中各原子的最簡(jiǎn)單的整數(shù)比）。⑵若要確定它的分子式，還需要什么條件？CH2O需要知道相對(duì)分子質(zhì)量思考與交流確定相對(duì)分子質(zhì)量的方法有哪些？（1）M=m/n（2）M1=DM2(D為相對(duì)密度)（3）M=22.4L/mol?ρg/L=22.4g/mol(標(biāo)況下氣體)三、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定有機(jī)物分子高能電子束轟擊帶電的“碎片”確定結(jié)構(gòu)碎片的質(zhì)荷比質(zhì)荷比：碎片的相對(duì)質(zhì)量（m）和所帶電荷的比值（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）質(zhì)譜法作用：測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的方法很多，質(zhì)譜法是最精確、最快捷的方法。它是用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。這些不同離子具有不同的質(zhì)量，質(zhì)量不同的離子在磁場(chǎng)作用下達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。2.相對(duì)分子質(zhì)量的確定——質(zhì)譜法三、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定質(zhì)譜儀最大分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此質(zhì)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。乙醇的質(zhì)譜圖311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相對(duì)豐度/%質(zhì)荷比例3．2002年諾貝爾化學(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（10－9g）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。設(shè)H＋的質(zhì)荷比為β，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乙烯例題分析B課堂練習(xí)4.某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)確定：①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（）。

②確定分子式：下圖是該有機(jī)物的質(zhì)譜圖，則其相對(duì)分子質(zhì)量為（），分子式為（）。C4H10O74C4H10O四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定⒉核磁共振氫譜氫原子種類不同（所處的化學(xué)環(huán)境不同）特征峰也不同⒈紅外光譜作用：獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息作用：測(cè)定有機(jī)物分子中等效氫原子的類型和數(shù)目

四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定

當(dāng)用紅外線照射有機(jī)物時(shí)，分子中的化學(xué)健或官能團(tuán)可發(fā)生振動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)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學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。紅外光譜儀1.紅外光譜(IR)紅外光譜法確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的原理由于有機(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)。例題分析例4.下圖是一種分子式為C4H8O2的有機(jī)物的紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：C—O—CC=O不對(duì)稱CH3CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3課堂練習(xí)5.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)寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。

C—O—C對(duì)稱CH3對(duì)稱CH2CH3CH2OCH2CH3三、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定核磁共振儀四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定2.核磁共振氫譜核磁共振氫譜中的核指的是氫原子核。氫原子核具有磁性，如用電磁波照射氫原子核，它能通過(guò)共振吸收電磁波能量，發(fā)生躍遷。用核磁共振儀可以記錄到有關(guān)信號(hào)，處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時(shí)吸收的頻率不同，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同。且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比。可以推知該有機(jī)物分子有幾種不同類型的氫原子及它們的數(shù)目多少。四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定核磁共振法（H—NMR）作用：測(cè)定有機(jī)物中H原子的種類及數(shù)目。信號(hào)個(gè)數(shù)信號(hào)強(qiáng)度之比峰面積吸收峰數(shù)目＝氫原子類型不同吸收峰的面積之比（強(qiáng)度之比）＝不同氫原子的個(gè)數(shù)之比例題分析例5.分子式為C2H6O的兩種有機(jī)化合物的H核磁共振譜，你能分辨出哪一幅是乙醇的H-NMR譜圖嗎?分子式為C2H6O的兩種有機(jī)物的H核磁共振譜圖

核磁共振氫譜H－C－O－C－HH－C－C－O－H

HHHHH

HH

H課堂練習(xí)7.下列有機(jī)物在H-NMR上只給出一組峰的是()A、HCHOB、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH36.下圖是某有機(jī)物的1H核磁共振譜圖，則該有機(jī)物可能是()A.CH3CH2OH

B.CH3CH2CH2OHC.CH3—O—CH3

D.CH3CHOCA課堂小結(jié)一、研究有機(jī)化合物的基本步驟分離提純→元素定量分析以確定實(shí)驗(yàn)式→測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量以確定分子式→波譜分析確定結(jié)構(gòu)。二、分離和提純1.蒸餾2.重結(jié)晶3.萃取4.色譜法三、元素分析與相對(duì)原子質(zhì)量的測(cè)定1.元素分析：李比希法→現(xiàn)代元素分析法2.相對(duì)原子質(zhì)量的測(cè)定—質(zhì)譜法四、有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的鑒定1.化學(xué)方法：利用特征反應(yīng)鑒定出官能團(tuán)，再制備它的衍生物進(jìn)一