1、第二课时 有机化合物分子式和结构式的确定第二节 研究有机化合物的一般方法分离、提纯分离、提纯确定实验式确定实验式确定分子式确定分子式确定分子结构确定分子结构蒸馏、蒸馏、萃取、萃取、重结晶等重结晶等元素定量分析元素定量分析质谱法质谱法波谱分析：波谱分析：质谱、红外光谱、质谱、红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振氢谱、X射线衍射等射线衍射等 研究有机化合物的基本步骤：有机物（纯净） 确定实验式有机物元素组成各元素质量分数元素的定性、定量分析二、 确定实验式-元素分析二、确定实验式-元素分析测定有机化合物的测定有机化合物的元素组成元素组成，以及各以及各元素质量分数元素质量分数的化学方法的化学方法元素的定
2、性分析元素的定性分析元素的定量分析元素的定量分析然后计算出该有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，确定实验式（最简式）通过无机化合物的质量推算出该有机化合物所含各元素的质量分数将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机化合物，并进行定量测定元素的定性、定量分析是用化学方法测定有机化合物的元素组成，以及各元素的质量分数。元素定量分析：将一定量的有机物燃烧定量测定转化为简单的无机物推算有机物各元素质量分数计算有机物各元素原子最简整数比确定实验式（最简式）1.元素的定性、定量分析2实验式：实验式：有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，也称为有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，也称为最简式。3
3、李比希定量分析一般过程李比希定量分析一般过程燃烧定量测定计算推算计算看书本上的例题1、实验过程需要测定哪些物理量？样品的质量及吸收剂在吸收前和吸收后的质量差2、氯化钙和氢氧化钾位置能否互换？不能互换，因为氢氧化钾既可以吸收水又可以吸收二氧化碳对李比希元素分析法的几点思考3、怎样确定有机物中是否含氧元素？先分别计算出碳、氢的质量分数，剩余的就是氧。4、你觉得该装置有需要改进的地方吗？a.在吸收剂之间加一个检验水是否吸收完全的装置b.在最后再加一个装有碱石灰的干燥管防止空气中的二氧化碳和水进入。1、某仅由C、H、O三种元素组成的未知有机物A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为40.00%，
4、氢的质量分数为6.67%。试求该未知物A的实验式（分子中各原子的最简单的整数比）。n(C)n(H)n(O)（40.0012）（6.671）（53.3316） 121 实验式为 CH2O 元素定量分析只能确定有机化合物分子中各组成原子的最简整数比，得到实验式。要确定它的分子式，还必须知道其相对分子质量。目前有许多测定相对分子质量的方法，质谱法是其中最精确、快捷的方法。 李比希不仅建立了可以定量测定碳、氢 、氧元素的分析方法，还建立了有机化合物中含氮、硫、卤素等元素的定量分析方法，为现代元素定量分析奠定了基础。现在，元素定量分析使用现代化的元素分析仪。现代元素分析仪12已知由已知由C、H、O元素组
5、成的某化合物元素组成的某化合物9.2 g完全燃烧后可以得到完全燃烧后可以得到17.6 g CO2和和10.8 g H2O，通过计算确定该化合物的实验式。，通过计算确定该化合物的实验式。13一般有机物中氧元素的确定方法一般有机物中氧元素的确定方法 一般来说，某有机物完全燃烧后，若产物只有一般来说，某有机物完全燃烧后，若产物只有CO2和和H2O，其组成元，其组成元素可能为碳、氢元素或碳、氢、氧元素。欲判断该有机物分子是否含氧素可能为碳、氢元素或碳、氢、氧元素。欲判断该有机物分子是否含氧元素，首先应求出产物元素，首先应求出产物CO2中碳元素的质量及中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量，然后中氢元素的
6、质量，然后将将C、H的质量之和与原来有机物质量比较，若两者相等，则原有机物分的质量之和与原来有机物质量比较，若两者相等，则原有机物分子的组成中不含氧元素；否则，原有机物分子的组成中含氧元素。子的组成中不含氧元素；否则，原有机物分子的组成中含氧元素。141某有机物在空气中完全燃烧时，生成水和二氧化碳的分子数之比为某有机物在空气中完全燃烧时，生成水和二氧化碳的分子数之比为21，则该物质可能是，则该物质可能是 ()CH4 C2H4 C2H5OH CH3OHA B C D解析：该物质完全燃烧生成水和二氧化碳的分子数之比为21，即N(H2O)N(CO2)21，则该物质中N(H)N(C)41，分子式满足N
7、(C)N(H)14的有CH4、CH3OH。B2验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是()A只测定它的只测定它的C、H原子个数比原子个数比B只要证明它完全燃烧后产物只有只要证明它完全燃烧后产物只有H2O和和CO2C只测定其只测定其燃烧产物中燃烧产物中H2O与与CO2的物质的量的比值的物质的量的比值D测定该试样的质量及试样完测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成全燃烧后生成CO2和和H2O的质量的质量解析：当CO2和H2O中m(C)m(H)m(有机物)时，说明有机物中没有氧元素。D（1）M = m / n（2）根据有机蒸气的相对密度D， D =M1 / M2（3
8、）标况下有机蒸气的密度为g/L， M = 22.4L/mol g/L相对分子质量也可以通过仪器测定，测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快捷的方法。17三、确定分子式三、确定分子式质谱法质谱法1原理原理 质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离子因的分子离子和碎片离子等。这些离子因质量不同、不同、电荷不同，在电场和磁不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与与电荷数的比值，即质荷比。以质荷比
9、为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵的比值，即质荷比。以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。2相对分子质量确定相对分子质量确定质谱图中质谱图中最右侧的分子离子峰或质荷比的分子离子峰或质荷比最大值表示表示样品中分子的相对分子质量。样品中分子的相对分子质量。193示例说明示例说明下图是某未知物下图是某未知物A(实验式为实验式为C2H6O)的质谱图，由此可确定该的质谱图，由此可确定该未知物的相对分子质量为未知物的相对分子质量为46 。2、质荷比碎片离子或分子离子的相对质量与电荷的比值有机物分子有机物分子高能电子
10、流轰击高能电子流轰击带电的带电的“碎片碎片”确定相对式量确定相对式量碎片的质荷比碎片的质荷比1、质谱仪工作原理3、质谱图质谱图中质荷比最右侧的质荷比最大，等于相对分子质量有机化合物分子式的确定(1)确定流程(2)确定分子式的方法确定分子式的方法根据有机物中各元素的质量分数，求出有机物的实验式，再根据有机物的相对分子质量确定分子式。根据有机物的摩尔质量和各元素的质量分数，求出1 mol 该有机物中各元素原子的物质的量，从而确定出该有机物的分子式。根据有机物燃烧时消耗O2的量及产物的量，求出有机物的实验式，再通过计算确定出有机物的分子式。化学方程式法利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分
11、子式的方法。在有机化学中，常利用有机物燃烧等方程式对分子式进行求解。常用的化学方程式有：根据课本例题可知：未知物A的相对分子质量为46，实验式C2H6O的式量是46，M=M (C2H6O) n； n=1所以未知物A的实验式和分子式都是C2H6O 。 试写出C2H6O可能的结构：怎样确定有机物A是乙醇，还是二甲醚？二甲醚 乙醇思考与讨论符合分子式为C2H6O的可能的结构有以下两种： 质谱图中的碎片峰对我们确定有机化合物的分子结构有一定帮助，但未知物A究竟是二甲醚还是乙醇？这还需要我们根据其他证据作出进一步推断。确定比较复杂的有机化合物的分子结构，仅靠质谱法是很难完成的，需要借助其他现代分析仪器，
12、进行红外光谱、核磁共振氢谱、X射线衍射谱等波谱分析。四、确定分子结构四、确定分子结构波谱分析波谱分析1、红外光谱由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。红红外外光光谱谱仪仪(2)作用：初步判断某有机物分子中所含有的化学键或官能团。(3)实例下图是分子式为C2H6O的有机化合物的红外光谱: 从图中可以找到CO、CH和OH的吸收峰，
13、因此，可以初步推测该未知物A是含有羟基官能团的化合物，结构可表示为C2H5OH。(1)2、核磁共振氢谱核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的位置也不同。且吸收峰的面积与氢原子数成正比。可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目多少。核磁共振仪测定有机物中测定有机物中H 原子的原子的种类和数目种类和数目信信号号个个数数信号强度信号强度之比之比峰峰面面积积吸收峰数目氢原子类型吸收峰数目氢原子类型不同吸收峰的面积之比（
14、强度之比）不同吸收峰的面积之比（强度之比） 不同氢原子的个数之比不同氢原子的个数之比读谱要点(2)作用：测定有机物分子中氢原子的类型和它们的相对数目。(3)分析：吸收峰数目氢原子类型种类，吸收峰面积比氢原子数之比。(4)示例分析：未知物A的核磁共振氢谱二甲醚的核磁共振氢谱 未知物A（分子式为C2H6O ）的核磁共振氢谱图如左上图所示，由此可以判断A的分子中有3中处于不同化学环境的氢原子，个数比为3:2:1。 CH3CH2OH（乙醇）分子中有3种处于不同化学环境的氢原子，个数比为3:2:1，对应的核磁共振氢谱图中应该有3个峰，且面积比为3:2:1，与未知物A的谱图一致。故未知物A的结构简式是CH
15、3CH2OH，而不是，而不是CH3OCH3。 CH3OCH3（二甲醚）分子中的6个氢原子的化学环境相同，对应的核磁共振氢谱图中只有一个峰（如右上图所示）乙醇核磁共振氢谱3、X射线衍射(1)原理：X射线是一种波长很短(约1010m)的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。越复杂的有机化合物作用越大。(2)应用：将X射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定，可以获得更为直接而详尽的结构信息。X射线衍射仪青蒿素结构的测定20世纪70年代初，我国屠呦呦等科学家使用乙醚从中药中提取并用柱色谱分离得到
16、抗疟疾有效成分青蒿素，随后展开对青蒿素分子结构的测定和相关医学研究。科学家们通过元素分析和质谱法分析，确定了青蒿素的相对分子质量为282，分子式为C15H22O5。经红外光谱和核磁共振谱分析，确定青蒿素分子结构中含有酯基和甲基等结构片段。通过化学反应证明其分子中含有过氧基团（OO）。1975年底，中国科学院的科学家通过X射线衍射最终测定了青蒿素的分子结构。我国科学家通过X射线衍射获得的青蒿素的分子结构碳氢氧有机物分子结构的确定有机物分子结构的确定(物理方法物理方法)有机化合物定性元素分析相对分子质量测定化学分析或仪器分析元素组成相对分子质量官能团及碳骨架分子式分子结构质谱法： 确定相对分子质量
17、 红外光谱确定化学键、官能团 核磁共振氢谱确定等效氢原子的类型和数目X射线衍射可以确定键长、键角等结构信息课堂小结确定有机化合物分子式、结构式的思维模型 1判断正误判断正误(对的在括号内打对的在括号内打“”，错的在括号内打错的在括号内打“”。)(1)根据实验式根据实验式CH4O可以确定分子式为可以确定分子式为CH4O。()(2)根据红外光谱根据红外光谱可以确定有机物中化学键种类。可以确定有机物中化学键种类。()(3)核磁共振氢谱中，有几个核磁共振氢谱中，有几个吸收峰就说明有几个氢原子。吸收峰就说明有几个氢原子。()(4)CH3CH2CH2OH的核磁共的核磁共振氢谱中，有振氢谱中，有3个吸收峰，
18、且吸收峰面积为个吸收峰，且吸收峰面积为431。()2某有机物某有机物X含含C、H、O三种元素，已知下列条件：三种元素，已知下列条件：碳的质量分数碳的质量分数氢的质量分数氢的质量分数X蒸气的体积蒸气的体积(已折算成标准状况下的体积已折算成标准状况下的体积)X对对氢气的相对密度氢气的相对密度 X的质量的质量X的沸点，确定的沸点，确定X的分子式所需要的最的分子式所需要的最少条件是少条件是()AB C D解析：确定分子式的方法有许多种，若有碳、氢元素的质量分数，则可求出氧元素的质量分数，根据质量分数可计算各元素的原子个数之比，从而确定最简式；再根据相对分子质量即可求得分子式，相对分子质量可由标准状况下
19、气体的密度或相对密度求出。C3设设H的质荷比为的质荷比为，某有机物样品的质荷比如图所示，某有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带假设离子均带一个单位正电荷，相对丰度与该离子的质量有关一个单位正电荷，相对丰度与该离子的质量有关)，则该有机物可能是，则该有机物可能是()A甲醇甲醇 B甲烷甲烷C丙烷丙烷 D乙烯乙烯解析：根据图示可知该有机物的相对分子质量为16。B4已知某有机物已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中不的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中不正确的是正确的是 ()A由红外光谱可知，该有机物分子中至少由红外光谱可知，该有机物分子中至少有三种不同的化学键有三种不
20、同的化学键B由核磁共振氢谱可由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子知，该有机物分子中有三种不同的氢原子C仅由核磁共振氢谱无法得知其分子中的仅由核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数氢原子总数D若若A的分子式为的分子式为C3H8O，则，则其结构简式可能为其结构简式可能为D解析：由红外光谱可知有机物中至少有CH、OH、CO 三种化学键，A正确；由核磁共振氢谱可知有机物分子中三种不同的氢原子的个数比，但不知总的氢原子数，B、C正确；因为 中的不同化学环境的氢原子个数比为1 1 6，与图像不符，D错误。5乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式分别为乙酸和甲酸甲酯互为同分异构体，其结构式
21、分别为 ，通过下列方法或检测仪得出的信息或，通过下列方法或检测仪得出的信息或信号完全相同的是信号完全相同的是()A李比希元素分析法李比希元素分析法 B红外光谱仪红外光谱仪 C核磁共振仪核磁共振仪 D质谱仪质谱仪解析：二者互为同分异构体，则通过李比希元素分析法得出的信息完全相同，A项符合题意；官能团不同，红外光谱信号不同，B项不符合题意；二者含有的氢原子的种类和个数虽然相同，但峰出现的位置不同，核磁共振氢谱信号不完全相同，C项不符合题意；二者的相对分子质量相等，质谱法测定的最大质荷比相同，但信号不完全相同，D项不符合题意。A6有一种有机物的分子式为有一种有机物的分子式为C7H8O，苯环上有，苯环上有1个羟基，请写出该有机物个羟基，请写出该有机物可能的结构简式：可能的结构简式：_，核磁共振氢谱图上观察到氢，核磁共振氢谱图上观察到氢原子的峰面积比为原子的峰面积比为_(前后要对应前后要对应)。
