研究有機(jī)化合物的步驟和方法(共32張PPT)

2023/2/21第一章認(rèn)識有機(jī)化合物第四節(jié)研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法選修5有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)江西省遂川中學(xué)焦賢林研究有機(jī)物的一般步驟與方法分離、提純元素分析定性分析，確定元素種類定量分析，確定元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定實(shí)驗(yàn)式（最簡式）確定分子式確定結(jié)構(gòu)式質(zhì)譜儀測定Mr純有機(jī)樣品粗有機(jī)樣品波普分析核磁共振氫譜紅外光譜一、有機(jī)物的分離與提純純有機(jī)物（一）蒸餾1、儀器和裝置（如右圖）2、原理：利用混合液的沸點(diǎn)差異3、適用范圍被提純物受熱不分解被提純物與雜質(zhì)的沸點(diǎn)差異>30℃5、實(shí)例：①用75%酒精制無水酒精；②將CH3COOC2H5和CH3COONa混合液分離；③將Na2SO4和CH3COOH的混合液分離4、注意事項(xiàng)：①沸石；②溫度計(jì)刻度值；③冷水的進(jìn)出口；④石棉網(wǎng)；⑤溫度計(jì)水銀球的位置（二）重結(jié)晶1、儀器和裝置（如右圖）2、原理：3、適用范圍5、實(shí)例：①粗苯甲酸的提純;②除去KNO3含有的NaCl雜質(zhì)4、注意事項(xiàng)：①石棉網(wǎng)；②過濾操作“一、二、三”利用被提純物與雜質(zhì)在水中的溶解度隨溫度的升高變化差異很大。被提純物在此溶劑中的溶解度受溫度影響大雜質(zhì)在選擇的溶劑中的溶解度很大或很小，易除去一、有機(jī)物的分離與提純純有機(jī)物（三）萃取和分液1、儀器和裝置（如右圖）2、原理：3、適用范圍6、實(shí)例：4、注意事項(xiàng)：液液萃取:利用溶質(zhì)在兩種溶劑中的溶解度差異很大，用一種溶劑把溶質(zhì)從另一種溶劑中提取出來。固液萃取：用有機(jī)溶劑從固體中溶出有機(jī)物被提純物在水中的溶解度小，而在有機(jī)溶劑中的溶解度大。5、常用萃取劑：苯、汽油和CCl4乙醚、石油醚和二氯甲烷如溴水、碘水的提純、色素的提取一、有機(jī)物的分離與提純純有機(jī)物萃取分液：用分液漏斗把兩種互不相溶的的液體分離開來萃?。悍忠海夯ゲ幌嗳艿囊后w混合物萃?。悍忠海河退旌衔?，油包括汽油、苯、CCl4、乙酸乙酯、硝基苯、溴苯等①分液漏斗頸部緊靠燒杯內(nèi)壁；②上層液體從上口倒出，下層液體從下口放出。2023/2/26二、實(shí)驗(yàn)式（或最簡式）的確定元素分析有機(jī)樣品燃燒或氧化CO2（說明含碳元素）H2O（說明含氫元素）SO2（說明含硫元素）HCl（說明含氯元素）用KOH濃溶液吸收W(C)或m(C)用濃H2SO4或無水CaCl2吸收W(H)或m(H)m(O)=m(樣品）-m(C)-m(H)W(O)=1-W(C)-W(H)定性分析定量分析“李比希元素分析法”的原理：取一定量含C、H（O）的有機(jī)物H2OCO2用無水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含量實(shí)驗(yàn)式（最簡式）加氧化銅氧化N2

（說明含氮元素）2023/2/27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?

試求最簡式。1、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)目最簡整數(shù)比[N(C）:N(H):N(O)]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。解法：N(C）:N(H):N(O)=n(C)∶n(H)∶n(O)

=13.2／44∶5.4×2／18∶1.6／16

=0.3：0.6：0.1＝3∶6∶1∴實(shí)驗(yàn)式為

C3H6O2、實(shí)驗(yàn)式的求法：方法1：N(C):N(H):N(O)=n(C)∶n(H)∶n(O)二、實(shí)驗(yàn)式（或最簡式）的確定元素分析思考：確定了實(shí)驗(yàn)式后，如何確定分子式？能否直接利用該有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式來確定分子式?若不能又根據(jù)什么來確定？例2.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)測定該未知物中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.16%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.14%。試求該未知物A的實(shí)驗(yàn)式。解法：n(C)∶n(H)∶n(O)＝∶∶

52.16%1213.14%134.7%16方法2：N(C):N(H):N(O)=::ω(C)Ar(C)ω(H)Ar(H)ω(O)Ar(O)二、實(shí)驗(yàn)式（或最簡式）的確定元素分析＝2∶6∶1∴實(shí)驗(yàn)式為C2H6O練習(xí)：1、5.8g某有機(jī)物完全燃燒，生成CO213.2g,H2O5.4g。能否求出該有機(jī)物的分子式?2、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)測定該未知物中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.16%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.14%。能否求出該未知物A的分子式？若不能，還需要什么條件？分析：例3中實(shí)驗(yàn)式為C3H6O,其中碳原子沒有達(dá)到飽和，不能確定分子式，若要確定分子式，還需要Mr。例4中實(shí)驗(yàn)式為C2H6O，其中碳原子已經(jīng)達(dá)到飽和，實(shí)驗(yàn)式就是分子式。小結(jié)：由實(shí)驗(yàn)式確定分子式的方法：實(shí)驗(yàn)式中碳原子已經(jīng)飽和，實(shí)驗(yàn)式就是分子式實(shí)驗(yàn)式中碳原子未飽和，分子式為（實(shí)驗(yàn)式）n，設(shè)實(shí)驗(yàn)式為CxHyOz，則分子式為（CxHyOz

）n.再根據(jù)相對分子質(zhì)量Mr，求出n，則分子式為CnxHnyOnz三、分子式的確定方法探究2023/2/210（1）M=m/n（2）M1=DM2

(D為相對密度)（3）M=22.4L/mol·ρg/L=22.4ρg/mol(標(biāo)況下氣體)（4）質(zhì)譜法思考：確定相對分子質(zhì)量的方法有哪些？（一）確定相對分子質(zhì)量的方法三、分子式的確定Mr的確定方法2023/2/211有機(jī)物分子樣品高能電子束轟擊帶電的“碎片”確定Mr碎片的質(zhì)荷比質(zhì)荷比：碎片的相對質(zhì)量（m）和所帶電荷（e-）的比值（由于分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測器需要的時間最長，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量）質(zhì)譜法作用：測定相對分子質(zhì)量（二）質(zhì)譜法三、分子式的確定質(zhì)譜法測定Mr2023/2/212CH3CH2OH+質(zhì)荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相對豐度/%乙醇的質(zhì)譜圖三、分子式的確定質(zhì)譜法測定Mr2023/2/213例3．2002年諾貝爾化學(xué)獎獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對有機(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)離子均帶一個單位正電荷，信號強(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B三、分子式的確定質(zhì)譜法測定Mr2023/2/214[練習(xí)]某有機(jī)物的分子式確定：①測定實(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，則其相對分子質(zhì)量為（），分子式為（）。C4H10O74C4H10O74N(C)∶N(H)∶N(O)＝64.86％／12∶13.51％／1∶21.63％／16＝4∶10∶1∴實(shí)驗(yàn)式為：

C4H10O

設(shè)分子式為；(C4H10O)n則74n＝74

∴n＝1分子式為

C4H10O三、分子式的確定質(zhì)譜法測定Mr2023/2/215[練習(xí)]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。已知其相對分子質(zhì)量不超過300。試求：⑴嗎啡的相對分子質(zhì)量；⑵嗎啡的分子式。分析：可先假設(shè)分子中只含1個氮原子，可通過N的百分含量和N的相對原子質(zhì)量，計(jì)算出嗎啡的相對分子質(zhì)量。解：⑴嗎啡相對分子質(zhì)量

，而又知嗎啡相對分子質(zhì)量不超過300，故可知嗎啡相對分子質(zhì)量。⑵氮原子數(shù)為1，一個嗎啡分子中碳原子數(shù)為

氫原子數(shù)為

氧原子數(shù)為

故嗎啡的分子式為

三、分子式的確定即為2852023/2/216有機(jī)物的性質(zhì)結(jié)構(gòu)式（確定有機(jī)物的官能團(tuán)）分子式計(jì)算不飽和度推測可能的官能團(tuán)寫出可能的同分異構(gòu)體利用官能團(tuán)的特征性質(zhì)，通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)化合物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時，若用化學(xué)方法，時間長、浪費(fèi)試劑，因此科學(xué)上常常需要采取一些物理方法。與鑒定有機(jī)物結(jié)構(gòu)有關(guān)的物理方法有質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振譜等。四、分子結(jié)構(gòu)的確定方法探究2023/2/217②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①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：測定有機(jī)物分子中等效氫原子的類型和數(shù)目

利用特征反應(yīng)鑒定出官能團(tuán)，再進(jìn)一步確認(rèn)分子結(jié)構(gòu)2.物理方法：1.化學(xué)方法：四、分子結(jié)構(gòu)的確定2023/2/218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狀態(tài)，且振動頻率與紅外光的振動頻譜相當(dāng)。所以，當(dāng)用紅外線照射有機(jī)物分子時，分子中的化學(xué)鍵、官能團(tuán)可發(fā)生震動吸收，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)。紅外光譜法確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的原理是：1.紅外光譜(IR)四、分子結(jié)構(gòu)的確定紅外光譜（IR）2023/2/219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)簡式為：C―O―CC=O不對稱CH3CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3四、分子結(jié)構(gòu)的確定紅外光譜（IR）2023/2/220練習(xí)5：有一有機(jī)物的相對分子質(zhì)量為74，確定分子結(jié)構(gòu)，請寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡式

C―O―C對稱CH3對稱CH2CH3CH2OCH2CH3四、分子結(jié)構(gòu)的確定紅外光譜（IR）2023/2/221

核磁共振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，處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時吸收的頻率不同，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?？梢酝浦撚袡C(jī)物分子有幾種不同類型的氫原子及它們的數(shù)目多少。2.核磁共振氫譜四、分子結(jié)構(gòu)的確定核磁共振氫譜（H’—NMR）2023/2/222作用：測定有機(jī)物中H原子的種類信號個數(shù)和數(shù)目信號強(qiáng)度之比峰面積吸收峰數(shù)目＝氫原子種類不同吸收峰的面積之比（強(qiáng)度之比）＝不同氫原子的個數(shù)之比四、分子結(jié)構(gòu)的確定核磁共振氫譜（H’—NMR）2023/2/223核磁共振氫譜四、分子結(jié)構(gòu)的確定核磁共振氫譜（H’—NMR）2023/2/224例5、分子式為C2H6O的兩種有機(jī)化合物的1H核磁共振譜，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR譜圖嗎?分子式為C2H6O的兩種有機(jī)物的1H核磁共振譜圖

H—C—O—C—HH―C―C―O-H

HHHHH

HH

H四、分子結(jié)構(gòu)的確定核磁共振氫譜（H’—NMR）2023/2/225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.CH3CH2CH2OH

C.CH3—O—CH3

D.CH3CHOC下列有機(jī)物在H’-NMR上只給出一組峰的是()

A、HCHO

B、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH3A四、分