1、第四节第四节 研究有机化合物的研究有机化合物的 一般步骤和方法一般步骤和方法一、研究有机化合物的基本步骤一、研究有机化合物的基本步骤 分离、提纯分离、提纯元素定量分析以元素定量分析以确定实验式确定实验式测定相对分子质量以测定相对分子质量以确定分子式确定分子式波谱分析确定结构波谱分析确定结构二、分离和提纯二、分离和提纯1.1.蒸馏蒸馏 2.2.重结晶重结晶 3.3.萃取萃取 4.4.色谱法色谱法三、元素分析与相对原子质量的测定三、元素分析与相对原子质量的测定二、元素分析与相对分子质量的测定二、元素分析与相对分子质量的测定1、元素分析：、元素分析：定性分析定性分析有机物的组成元素分析；有机物的组成
2、元素分析；定量分析定量分析分子内各元素原子的质量分数分子内各元素原子的质量分数李比希氧化产物吸收法李比希氧化产物吸收法现代元素分析法现代元素分析法数据经处理后即可确定有机物的实验式（最简式）数据经处理后即可确定有机物的实验式（最简式）分析方法分析方法1.元素分析：元素分析：李比希法李比希法现代元素分析法现代元素分析法元素分析仪元素分析仪三、元素分析与相对分子质量的确定三、元素分析与相对分子质量的确定德国化学家李比希德国化学家李比希（1803180318731873）化学史话化学史话李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？定量测定有机物中碳和氢元素含量的一
3、种分析方法定量测定有机物中碳和氢元素含量的一种分析方法 将准确称量的样品置于一燃烧管中将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用，再将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂纯的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及高氯（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸收水变为含有结碳变为碳酸钠，后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增重量晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增重量分别表示生成的二氧化碳和水的重量，分别表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可
4、计算样品中的碳和氢的含量。由此即可计算样品中的碳和氢的含量。如果碳与氢的百分含量相加达不到如果碳与氢的百分含量相加达不到100%100%，而又检测不出其他元素，则差数就是，而又检测不出其他元素，则差数就是氧的百分含量。本法的特点是碳氢分析氧的百分含量。本法的特点是碳氢分析在同一样品中进行，且对仪器装置稍加在同一样品中进行，且对仪器装置稍加改装后，即能连续检测其他元素。改装后，即能连续检测其他元素。“李比希元素分析法李比希元素分析法”的原理：的原理：取定量含取定量含C C、H H（O O）的）的有机物有机物加氧化铜加氧化铜 氧化氧化H2OCO2用无水用无水CaClCaCl2 2吸收吸收用用KOH
5、KOH浓浓溶液吸收溶液吸收得前后得前后质量差质量差得前后得前后质量差质量差计算计算C C、H H含量含量计算计算O含量含量得出实验式得出实验式 将将一定量一定量的有机物燃烧，的有机物燃烧，转化转化为简单的无机物，并作为简单的无机物，并作定量测定定量测定，通过无机物的质量通过无机物的质量推算推算出组成该有机物元素原子的出组成该有机物元素原子的质量分数质量分数，然，然后计算出该有机物分子所含元素后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比原子最简单的整数比，即，即确定其确定其实验式实验式（又称为（又称为最简式最简式）。）。例例1某含某含C、H、O三种元素组成的未知有机物三种元素组成的未知有机物A
6、 A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为氢的质量分数为13.14%。试求该未知物试求该未知物A A的实验式（分子中各原子的最简的实验式（分子中各原子的最简单的整数比）。单的整数比）。n(C) n(H) n(O)（52.1612） （13.141） （34.716） 2 6 1 实验式为实验式为 C2H6O思考思考：能否直接确定该有机物的分子式能否直接确定该有机物的分子式? ? 实验式和分子式有何区别实验式和分子式有何区别? ?上题若要确定它的分子式，还需要什么条件？上题若要确定它的分子式，还需要什么条件？相对分子质量
7、相对分子质量确定有机化合物的分子式的方法：确定有机化合物的分子式的方法： 方法一方法一 由物质中各原子（元素）的由物质中各原子（元素）的质量分数质量分数 各原子的各原子的个数比个数比( (实验式实验式)由由相对分子质量相对分子质量和实验式和实验式 有机物有机物分子式分子式 方法二方法二 1 mol1 mol物质中各原子（元素）的物质中各原子（元素）的质量质量除除以原子的以原子的摩尔质量摩尔质量 1 mol1 mol物质中的各种原子物质中的各种原子的的物质的量物质的量知道知道一个分子一个分子中各种原子的中各种原子的个数个数 有机物有机物分子式分子式 三、元素分析与相对分子质量的确定三、元素分析与
8、相对分子质量的确定解法一解法一解法二解法二 n(C) n(H)（8012） （201）1 3该化合物的实验式：该化合物的实验式：CH3设分子式为设分子式为 (CH3)n 则则 15n30 n2 分子式为分子式为 C2H61mol有机物中含有机物中含C原子原子122mol1mol有机物中含有机物中含H原子原子16mol则一个分子中含则一个分子中含2个个C原子原子6个个H原子原子 分子式为分子式为 练练 5.8 g5.8 g某有机物完全燃烧，生成某有机物完全燃烧，生成COCO2 2 13.2 g , H 13.2 g , H2 2O O 5.4 g 5.4 g 。含有哪些元素。含有哪些元素? ?(
9、1)(1)若该有机物的相对分子质量为若该有机物的相对分子质量为5858，则分子式如，则分子式如何何? ? n(C) n(H) n(O)（13.244） （5.4218） （1.616） 0.3：0.6：0.13 6 1 实验式为实验式为 C3H6O分子式为分子式为 C C3 3HH6 6OO分子式为分子式为 C C6 6HH1212OO2 2（1）M = m/n（2）M1 = DM2 (D(D为相对密度为相对密度) )（3）M = 22.4 L/mol g/L=22.4 g/mol( (标况下气体标况下气体) )三、元素分析与相对分子质量的确定三、元素分析与相对分子质量的确定 质谱法（最精确、
10、快捷测质谱法（最精确、快捷测MrMr的方法）的方法）思考：思考：确定相对分子质量的方法有哪些？确定相对分子质量的方法有哪些？相对分子质量的确定相对分子质量的确定有机物有机物分子分子高能电子束轰击高能电子束轰击带电的带电的 “碎片碎片”确定确定结构结构碎片的质荷比碎片的质荷比质荷比：质荷比：碎片的相对质量（碎片的相对质量（m m）和所带电荷（）和所带电荷（e e- -）的比值）的比值（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此因此谱图中的最后到达或质荷比最大的就是未知物的相对分子谱图中的最后到达或质荷比最大的就是未知物的相对分子
11、质量质量）质谱法作用：测定相对分子质量质谱法作用：测定相对分子质量 测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最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。它是用高能电子流等轰击样品分子，使该快捷的方法。它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。2.2.质谱法质谱法质谱仪质谱仪CH3CH2OH+质荷
12、比质荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相对丰度相对丰度/ /%乙醇的质谱图乙醇的质谱图 最大分子离子的最大分子离子的质荷比越大，达质荷比越大，达到检测器需要的到检测器需要的时间越长，因此时间越长，因此认为认为质谱图中最质谱图中最后到达或质荷比后到达或质荷比最大最大的就是未知的就是未知物的物的相对分子质相对分子质量。量。三、元素分析与相对分子质量的确定三、元素分析与相对分子质量的确定乙醇的相对乙醇的相对分子质量分子质量质谱仪质谱仪例例3 320022002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了年诺贝尔化学奖获得者的贡献之
13、一是发明了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少量的（量的（10109 9g g）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C C2 2H H6 6离离子化后可得到子化后可得到C C2 2H H6 6、C C2 2H H5 5、C C2 2H H4 4，然后测定其质，然后测定其质荷比。设荷比。设H H的质荷比为的质荷比为，某有机物样品的质荷比如，某有机物样品的质荷比如右图所示（假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与右图所示（假
14、设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关），则该有机物可能是（该离子的多少有关），则该有机物可能是（ ）A A 甲醇甲醇 B B 甲烷甲烷 C C 丙烷丙烷 D D 乙烯乙烯B质谱图质谱图 练习练习44某有机物的结构确定：某有机物的结构确定：测定实验式：某含测定实验式：某含C C、H H、O O三种元素的有机物，经燃三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%64.86%，氢的质量，氢的质量分数是分数是13.51%, 13.51%, 则其实验式是（则其实验式是（ ）。）。 确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对确定分子式：下图
15、是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（分子质量为（ ），分子式为），分子式为（ ）。）。C4H10O74C4H10O74n(C) n(H) n(O)64.8612 13.511 21.6316 4 10 1 实验式为：实验式为： C4H10O 设分子式为设分子式为； (C4H10O)n 则则 74n74 n1 分子式为分子式为 C4H10O 练习练习22吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为、其余为O O。已。已知其分子量不超过知其分子量不超过300300。试求：试求： 吗啡的分子量；吗啡的
16、分子量； 吗啡的分子式。吗啡的分子式。余数法余数法用烃的相对分子质量除以用烃的相对分子质量除以1414，视商数和余数，视商数和余数若烃的类别不确定若烃的类别不确定C Cx xH Hy y，可用相对分子质量，可用相对分子质量M M除以除以1212，看商和余数，即，看商和余数，即M/12M/12x x余余y y，分，分子式为子式为C Cx xH Hy yM(CM(Cx xH Hy y)/M(CH)/M(CH2 2) )M/14M/14a a(a(a为碳原子数为碳原子数) )余余2 2为烷烃为烷烃整除为烯烃或环烷烃整除为烯烃或环烷烃差差2 2整除为炔烃或二烯烃整除为炔烃或二烯烃差差6 6整除为苯或其
17、同系物整除为苯或其同系物此法用于确定通式的烃此法用于确定通式的烃( (如烷、烯、炔、苯的同系物等如烷、烯、炔、苯的同系物等) )【例题例题】分别写出相对分子质量为分别写出相对分子质量为128128、7272的烃的烃的分子式的分子式（1）C10H8或或C9H20（2）C5H12核磁共振氢谱核磁共振氢谱氢原子种类不同氢原子种类不同（所（所处的化学环境不同）处的化学环境不同）特征峰也不同特征峰也不同红外光谱红外光谱作用：作用：获得分子中含有何种获得分子中含有何种化学键化学键或或官能团官能团的信息的信息作用：作用：测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目 四、分子结
18、构四、分子结构的鉴定的鉴定 利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构2.2.物理方法：物理方法：1.1.化学方法：化学方法：由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不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。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，键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将吸收频率不同，在红外光谱图中将处于
19、不同位置处于不同位置。因。因此，我们就可以此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构些化学键、官能团，以确定有机物的结构。红外光谱法确定有机物结构的原理是：红外光谱法确定有机物结构的原理是：1.1.红外光谱红外光谱(IR)(IR)四、分子结构的确定四、分子结构的确定 2、红外光谱的应用原理、红外光谱的应用原理红外光谱红外光谱可以获得化学键和官能团的信息CH3CH2OH的红外光谱的红外光谱结论：结论：A A中含有中含有O-HO-H、C-OC-O、C-HC-H例例4 4、下图是一种分子式为、下图是一种分子式为C4H8O2的有机
20、物的红外光的有机物的红外光谱谱图谱谱图, ,则该有机物的结构简式为：则该有机物的结构简式为：COCC=O不对称不对称CH3CHCH3 3CHCH2 2COOCHCOOCH3 3或或CHCH3 3COOCHCOOCH2 2CHCH3 3或或CHCH3 3COCHCOCH2 2OCHOCH3 3核磁共振仪核磁共振仪 练习练习5 5：有一有机物的相对分子质量为：有一有机物的相对分子质量为7474，确定分子结，确定分子结构，请写出该分子的结构简式构，请写出该分子的结构简式 COC对称对称CH3对称对称CH2CH3CH2OCH2CH3核磁共振仪核磁共振仪 核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子核核磁共振中
21、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，在谱图上出原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的现的位置也不同。且吸收峰的面积与氢原子数成位置也不同。且吸收峰的面积与氢原子数成正比。可以正比。可以推知该有机物分子有几种不同类型的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氢原子及它们的数目多少。2.2.核磁共振氢谱核
22、磁共振氢谱四、分子结构的确定四、分子结构的确定 结构分析：结构分析：核磁共振法核磁共振法 （HNMR）作用：作用：测定有机物中测定有机物中H 原子的原子的种类种类信信号号个个数数和和数目数目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（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例例5 5、分子式为、分子式为C2H6O的两种有机化合物的的两种有机化合物的1 1H H核磁共振核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的1 1H-NMRH-NMR谱图吗谱图吗? ?分子式为分子式为C2H6O
23、的两种有机物的的两种有机物的1H核磁共振谱图核磁共振谱图 核磁共振氢谱核磁共振氢谱1 1. .下图是某有机物的下图是某有机物的1 1H H核磁共振谱图，则该有机核磁共振谱图，则该有机物可能是物可能是 ( )( )A. CH3CH2OH B. CH3CH2CH2OH C. CH3OCH3 D. CH3CHOC2 2. .下列有机物在下列有机物在H-NMR上只给出一组峰的是上只给出一组峰的是( ) ( ) A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3A问题探究：问题探究：种；种；种种种；种；种；种；CHCH3 3-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-C
24、-CH-C-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-OH-OH1.1.下列有机物中有几种下列有机物中有几种H H原子以及原子以及个数之比？个数之比？诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖与物质结构分析与物质结构分析(2002(2002年年) )引入了核磁共振光谱学观察到了引入了核磁共振光谱学观察到了DNADNA、蛋、蛋白质等大分子的真面目。白质等大分子的真面目。 美国美国 芬恩芬恩日本日本田中耕一田中耕一瑞士瑞士 维特里希维特里希一、研究有机化合物的基本步骤一、研究有机化合物的基本步骤分离提纯分离提纯
25、元素定量分析以确定实验式元素定量分析以确定实验式测定相对分子测定相对分子质量以确定分子式质量以确定分子式波谱分析确定结构。波谱分析确定结构。二、分离和提纯二、分离和提纯1.1.蒸馏蒸馏 2.2.重结晶重结晶 3.3.萃取萃取 4.4.色谱法色谱法三、元素分析与相对原子质量的测定三、元素分析与相对原子质量的测定1.1.元素分析：李比希法元素分析：李比希法2.2.质谱法质谱法相对原子质量的测定相对原子质量的测定四、有机物分子结构的确定四、有机物分子结构的确定1.1.化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构第四节第四节 研究有机
26、化合物的一般步骤和方法研究有机化合物的一般步骤和方法小节小节2.2.物理方法：物理方法：红外光谱确定化学键、官能团；红外光谱确定化学键、官能团； 核磁共振氢谱核磁共振氢谱确定确定等效氢原子的类型和数目等效氢原子的类型和数目确定有机物结构式的一般步骤是：确定有机物结构式的一般步骤是：1 1、根据分子式写出可能的同分异构体。、根据分子式写出可能的同分异构体。2 2、利用该物质的性质推测可能含有的官能团，最后确定正确的结、利用该物质的性质推测可能含有的官能团，最后确定正确的结构。构。练习练习1、2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特中一项是瑞
27、士科学家库尔特维特里希发明了维特里希发明了“利利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法的方法”。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出出一种一种信号的是信号的是A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3练习练习2 2、某仅碳、氢、氧三种
28、元素组成的有机化、某仅碳、氢、氧三种元素组成的有机化合物，经测定其相对分子质量为合物，经测定其相对分子质量为4646。取该有。取该有机化合物样品机化合物样品4.6g 4.6g ，在纯氧中完全燃烧，将，在纯氧中完全燃烧，将产物先后通过浓硫酸和碱石灰，两者分别增产物先后通过浓硫酸和碱石灰，两者分别增重重8.8g8.8g和和5.4g5.4g。（1 1）试求该有机化合物的分子式。）试求该有机化合物的分子式。（2 2）若该有机化合物的）若该有机化合物的H H核磁共振谱图如下图核磁共振谱图如下图所示，请写出该有机化合物的结构简式。所示，请写出该有机化合物的结构简式。C2H6OCH3OCH3练习练习3 3、
29、一个有机物的分子量为、一个有机物的分子量为70,70,红外光谱表征红外光谱表征到碳碳双键和到碳碳双键和C CO O的存在，核磁共振氢谱列如下的存在，核磁共振氢谱列如下图：图：写出该有机写出该有机物的可能的结物的可能的结构简式：构简式：写出该有机写出该有机物的分子式：物的分子式：C4H6OCH3CH=CHCHO说明：这四种峰的面积比是：说明：这四种峰的面积比是：1：1：1：3 4(2011高考海南化学高考海南化学)下列化合物中，核磁下列化合物中，核磁共振氢谱只出现两组峰且峰面积之比为共振氢谱只出现两组峰且峰面积之比为3 2的是的是(双选双选)()BD红外光谱法红外光谱法核磁共振氢谱法核磁共振氢谱法4232
