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屠呦呦2011年9月獲得拉斯克臨床醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，獲獎(jiǎng)理由是“因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)青蒿素——一種用于治療瘧疾的藥物，挽救了全球特別是發(fā)展中國(guó)家的數(shù)百萬(wàn)人的生命。”一、研究有機(jī)物的步驟:粗產(chǎn)品分離提純定量分析（確定實(shí)驗(yàn)式）確定分子式確定結(jié)構(gòu)式核磁共振儀

質(zhì)譜儀二、分離、提純

1、蒸餾：工業(yè)乙醇乙醇(95.6%)無(wú)水乙醇蒸餾加CaO蒸餾核磁共振儀

質(zhì)譜儀2、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3、萃取：思考：如何分離下列混合物？1.NaCl和KCl3.4.Br2和H2ONO2和2.CCl4和H2O重結(jié)晶、過(guò)濾分液蒸餾萃取1.元素分析：李比希法→現(xiàn)代元素分析法元素分析儀三、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的確定德國(guó)化學(xué)家李比?！袄畋认Ｔ胤治龇ā钡脑恚喝《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）。例1：8g某有機(jī)物完全燃燒，生成CO211g,H2O9g含有哪些元素?實(shí)驗(yàn)式？CH4O若要確定分子式，還需什么數(shù)據(jù)？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。答案：實(shí)驗(yàn)式是CH3，分子式是C2H6若要確定它的分子式，還需要什么條件？相對(duì)分子質(zhì)量又測(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。核磁共振儀

相對(duì)分子質(zhì)量的確定——質(zhì)譜法有機(jī)物分子高能電子束轟擊帶電的“碎片”確定分子量碎片的質(zhì)荷比質(zhì)荷比：碎片的相對(duì)質(zhì)量（m）和所帶電荷（e-）的比值【筆記】：1、作用：測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量2.質(zhì)譜法2、質(zhì)譜圖中的質(zhì)荷比最大值就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量CH3CH2OH+質(zhì)荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相對(duì)豐度/%乙醇的質(zhì)譜圖

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。質(zhì)譜儀例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B核磁共振儀

質(zhì)譜儀[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（）。C4H10O74C4H10O②核磁共振氫譜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(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（波普分析）

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)。1.紅外光譜(IR)核磁共振儀

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

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(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?？梢酝浦撚袡C(jī)物分子有幾種不同類型的氫原子（等效氫）及它們的數(shù)目多少。2.核磁共振氫譜結(jié)構(gòu)分析：核磁共振法（H’—NMR）作用：測(cè)定有機(jī)物中H原子的種類和數(shù)目【筆記】吸收峰數(shù)目＝等效氫原子類型不同吸收峰的面積之比（強(qiáng)度比）＝不同氫原子的個(gè)數(shù)之比例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

核磁共振氫譜H—C—O—C—HH—C—C—O—H

HHHHH

HH

HC7.下列有機(jī)物在H’-NMR上只給出一組峰的是()A、HCHOB、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH3A[練習(xí)]6.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.CH3CH2OHB.CH3CH2CH2OH

C.CH3—O—CH3D.CH3CHO問(wèn)題探究：1.下列有機(jī)物中有幾種H原子以及個(gè)數(shù)之比？２種；９∶１１種３種；３∶２∶１４種；３∶２∶１∶６CH3-CH-CH3CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH-CH3CH3CH3-CH2-OH2.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1︰1；第二種情況峰給出的強(qiáng)度為3︰2︰1。由此推斷混合物的組成可能是（寫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）

。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2CH31∶13∶2∶1核磁共振儀

質(zhì)譜儀拓展視野諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析(2002年)引入了核磁共振光譜學(xué)觀察到了DNA、蛋白質(zhì)等大分子的真面目。

美國(guó)芬恩日本田中耕一瑞士維特里希注意！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