《1.2.2-有機物分子式與分子結構的確定》參考課件

第一章有機化合物的結構特點與研究方法1.2.2有機物分子式與分子結構的確定學

習目標體系構建1.了解質(zhì)譜法確定分子式的原理與方法，培養(yǎng)“證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)。2.知道紅外光譜、核磁共振等現(xiàn)代儀器分析方法在有機物分子結構測定中的應用。培養(yǎng)“科學態(tài)度與社會責任”的核心素養(yǎng)。必備知識自主預習一、確定分子式——質(zhì)譜法1．原理質(zhì)譜儀用高能電子流等轟擊樣品，使有機分子失去電子，形成帶

的分子離子和碎片離子等。這些離子因

不同、

不同，在電場和磁場中的運動行為不同。計算機對其進行分析后，得到它們的

與

的比值，即質(zhì)荷比。以質(zhì)荷比為橫坐標，以各類離子的相對豐度為縱坐標記錄測試結果，就得到有機化合物的質(zhì)譜圖。正電荷質(zhì)量電荷相對質(zhì)量電荷數(shù)2．相對分子質(zhì)量確定質(zhì)譜圖中

的分子離子峰或質(zhì)荷比

表示樣品中分子的相對分子質(zhì)量。最大值最右側3．示例說明下圖是某未知物A(實驗式為C2H6O)的質(zhì)譜圖，由此可確定該未知物的相對分子質(zhì)量為

。46分子式為C2H6O的結構有哪幾種？寫出各自的鍵線式。[提示]

2種。

。二、確定分子結構——波譜分析1．紅外光譜(1)作用：初步判斷某有機物分子中所含有的

。(2)原理：不同的化學鍵或官能團的吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同的位置。例如：分子式為C2H6O的紅外光譜上發(fā)現(xiàn)有O—H、C—H和C—O的吸收峰，可推知該分子的結構簡式為

。C2H5—OH化學鍵或官能團2．核磁共振氫譜(1)作用：測定有機物分子中氫原子的類型和它們的相對數(shù)目。(2)原理：處于不同化學環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時吸收電磁波的頻率不同，相應的信號在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同，具有不同的化學位移，而且吸收峰的面積與

成正比。(3)分析：吸收峰數(shù)目＝

，吸收峰面積比＝

。氫原子數(shù)之比氫原子數(shù)氫原子類型種類(4)示例分析：某未知物A的分子式為C2H6O，核磁共振氫譜如下圖，則有

種處于不同化學環(huán)境的氫原子，個數(shù)比為

，說明該未知物A的結構簡式為

。CH3CH2OH33∶2∶13．X射線衍射(1)原理：X射線是一種波長很短(約10－10m)的電磁波，它和晶體中的原子相互作用可以產(chǎn)生衍射圖。經(jīng)過計算可以從中獲得分子結構的有關數(shù)據(jù)，包括鍵長、鍵角等分子結構信息。(2)應用：將X射線衍射技術用于有機化合物(特別是復雜的生物大分子)晶體結構的測定，可以獲得更為直接而詳盡的結構信息。1．判斷正誤(對的在括號內(nèi)打“√”，錯的在括號內(nèi)打“×”。)(1)根據(jù)實驗式CH4O可以確定分子式為CH4O。 (

)(2)根據(jù)紅外光譜可以確定有機物中化學鍵種類。 (

)(3)核磁共振氫譜中，有幾個吸收峰就說明有幾個氫原子。 (

)(4)CH3CH2CH2OH的核磁共振氫譜中，有3個吸收峰，且吸收峰面積為4∶3∶1。 (

)√××√2．能夠快速、微量、精確地測定相對分子質(zhì)量的物理方法是(

)A．質(zhì)譜法 B．紅外光譜法C．元素分析法 D．核磁共振氫譜法A3．經(jīng)測定，咖啡因分子中各元素的質(zhì)量分數(shù)是：碳49.5%、氫5.1%、氧16.5%、氮28.9%，且其相對分子質(zhì)量為194，則咖啡因的分子式為__________。C8H10O2N4關鍵能力核心突破有機物分子式和分子結構的確定為測定某有機化合物A的結構，進行如下實驗：第一步，分子式的確定。(1)將有機物A置于氧氣流中充分燃燒，實驗測得：生成5.4gH2O和8.8gCO2，消耗氧氣6.72L(標準狀況下)，則該有機物的實驗式是________。C2H6O

(2)用質(zhì)譜儀測定該有機化合物的相對分子質(zhì)量，得到如圖①所示質(zhì)譜圖，則其相對分子質(zhì)量為________，該物質(zhì)的分子式是________。第二步，結構簡式的確定。(3)根據(jù)價鍵理論，預測A的可能結構并寫出結構簡式：_____________________________________________________。CH3CH2OH(或CH3—O—CH3)

46

C2H6O

(4)經(jīng)測定，有機物A的核磁共振氫譜如圖②所示，則A的結構簡式為_________________________________________________。CH3CH2OH

則46m＝46，即m＝1，故其分子式為C2H6O。(3)由A的分子式為C2H6O可知，A為飽和有機化合物，可推測其結構為CH3CH2OH或CH3OCH3。(4)分析A的核磁共振氫譜圖可知：A有三種不同化學環(huán)境的氫原子，CH3OCH3只有一種化學環(huán)境的氫原子，故A的結構簡式為CH3CH2OH。1．確定分子式的方法(1)根據(jù)有機物中各元素的質(zhì)量分數(shù)，求出有機物的實驗式，再根據(jù)有機物的相對分子質(zhì)量確定分子式。(2)根據(jù)有機物的摩爾質(zhì)量和各元素的質(zhì)量分數(shù)，求出1mol該有機物中各元素原子的物質(zhì)的量，從而確定出該有機物的分子式。(3)根據(jù)有機物燃燒時消耗O2的量及產(chǎn)物的量，求出有機物的實驗式，再通過計算確定出有機物的分子式。

點燃點燃

余2為烷烴除盡為烯烴或環(huán)烷烴差2為炔烴或二烯烴等差6為苯或笨的同系物等2．有機物分子結構的確定(物理方法)1．某有機物質(zhì)量為8.80g，完全燃燒后得到CO222.0g、H2O10.8g，該有機物的蒸氣密度是相同狀況下H2密度的44倍，則該有機物的分子式為(

)A．C5H6O

B．C5H12C．C5H12O2 D．C5H12OD

2．有機物A常用于食品行業(yè)，已知9.0gA在足量O2中充分燃燒，將生成的混合氣體依次通過足量的濃硫酸和堿石灰，分別增重5.4g和13.2g，經(jīng)檢驗剩余氣體為O2。(1)A分子的質(zhì)譜圖如圖所示，從圖中可知其相對分子質(zhì)量是________，則A的分子式是________。(2)A能與NaHCO3溶液發(fā)生反應，A一定含有的官能團名稱是________。(3)A分子的核磁共振氫譜有4個峰，峰面積之比是1∶1∶1∶3，則A的結構簡式是_________________________________________。羧基90

C3H6O3

CH3CHCOOHOH

碳酸氫鈉溶液反應，說明A中一定含有的官能團為羧基。(3)A分子的核磁共振氫譜有4組峰，峰面積之比是1∶1∶1∶3，說明A中含1個—OH、1個—COOH、1個和1個—CH3，即A的結構簡式為。有機物結構確定的其他方法(1)根據(jù)價鍵規(guī)律確定某些有機物根據(jù)價鍵規(guī)律只存在一種結構，則直接根據(jù)分子式確定其結構簡式。例如C2H6，只能是CH3CH3。(2)通過定性實驗確定實驗→有機物表現(xiàn)的性質(zhì)及相關結論→官能團→確定結構簡式。如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有機物分子中可能含有雙鍵或三鍵。(3)根據(jù)實驗測定的有機物的結構片段“組裝”有機物。實驗測得的往往不是完整的有機物，這就需要我們根據(jù)有機物的結構規(guī)律如價鍵規(guī)律、性質(zhì)和量的規(guī)律等來對其進行“組裝”和“拼湊”。(4)通過定量實驗確定官能團的數(shù)目，如測得1mol某醇與足量鈉反應可得到1mol氣體，則可說明1個該醇分子中含2個—OH。雙基達標隨堂檢測1．某有機物X含C、H、O三種元素，已知下列條件：①碳的質(zhì)量分數(shù)②氫的質(zhì)量分數(shù)③X蒸氣的體積(已折算成標準狀況下的體積)

④X對氫氣的相對密度

⑤X的質(zhì)量⑥X的沸點，確定X的分子式所需要的最少條件是(

)A．①②⑥

B．①③⑤C．①②④ D．①②③④⑤C解析：[確定分子式的方法有許多種，若有碳、氫元素的質(zhì)量分數(shù)，則可求出氧元素的質(zhì)量分數(shù)，根據(jù)質(zhì)量分數(shù)可計算各元素的原子個數(shù)之比，從而確定最簡式；再根據(jù)相對分子質(zhì)量即可求得分子式，相對分子質(zhì)量可由標準狀況下氣體的密度或相對密度求出。]2．設H＋的質(zhì)荷比為β，某有機物樣品的質(zhì)荷比如圖所示(假設離子均帶一個單位正電荷，相對豐度與該離子的質(zhì)量有關)，則該有機物可能是(

)A．甲醇

B．甲烷C．丙烷 D．乙烯B解析：[根據(jù)圖示可知該有機物的相對分子質(zhì)量為16。]3．已知某有機物A的紅外光譜和核磁共振氫譜如圖所示，下列說法中不正確的是(

)DA．由紅外光譜可知，該有機物分子中至少有三種不同的化學鍵B．由核磁共振氫譜可知，該有機物分子中有三種不同的氫原子C．僅由核磁共振氫譜無法得知其分子中的氫原子總數(shù)D．若A的分子式為C3H8O，則其結構簡式可能為解析：[由紅外光譜可知有機物中至少有C—H、O—H、C—O三種化學鍵，A正確；由核磁共振氫譜可知有機物分子中三種不同的氫原子的個數(shù)比，但不知總的氫原子數(shù)，B、C正確；因為中的不同化學環(huán)境的氫原子個數(shù)比為1∶1∶6，與圖像不符，D錯誤。]4．乙酸和甲酸甲酯互為同分異構體，其結構式分別為

，通過下列方法或檢測儀得出的信息或信號完全相同的是(

)A．李比希元素分析法 B．紅外光譜儀C．核磁共振儀 D．質(zhì)譜儀A解析：[二者互為同分異構體，則通過李比希元素分析法得出的信息完全相同，A項符合題意；官能團不同，紅外光譜信號不同，B項不符合題意；二者含有的氫原子的種類和個數(shù)雖然相同，但峰出現(xiàn)的位置不同，核磁共振氫譜信號不完全相同，C項不符合題意；二者的相對分子質(zhì)量相