1、灿若寒星整理制作灿若寒星整理制作第第2 2节有机化合物结构的测定节有机化合物结构的测定情情 景景 切切 入入课课 前前 导导 读读知知 识识 解解 惑惑课课 堂堂 演演 练练 第第2 2节有机化合物结构的测定节有机化合物结构的测定“没有什么分子像DNA分子结构那样动人。它让科学家着迷，给艺术家灵感，向社会发出挑战。从任何意义说，它都是一种现代的标志。”自然杂志。你能理解结构的测定在科学研究中的重要作用吗？提示：发现双螺旋结构，使当代医学受益良多：分子生物学使科学家能更深入地研究基因等遗传因素在疾病发作中的作用，为设计药物提供了新的手段，同时也催生了基因诊断以及基于DNA技术的治疗新方法。发现双
2、螺旋结构，甚至在社会文化领域产生影响：简洁、优雅和深邃的双螺旋结构，成为当代科学的最佳“形象代言人”、艺术家们灵感的源泉。它登上超现实主义画家达利的画布，变成雕塑、卡通人物和玩具，双螺旋玻璃瓶装的“DNA”品牌香水已于几年前问世。按照英国牛津大学艺术史学家肯普的比喻，DNA分子是我们这个科学时代的“蒙娜丽莎”。1碳氢元素质量分数测定，最常用的是_分析法。将样品置于干燥的_中燃烧，燃烧后生成的_和_分别用_和_吸收；称量后即可分别计算出样品中碳、氢元素的质量分数。2常用官能团的确定方法见下表：1燃烧密闭容器CO2H2ONaOH浓H2SO4官能团名称官能团结构鉴别所用试剂判断依据碳碳双键或碳碳叁键
3、或CC_红棕色褪去_紫色褪色卤素原子X_有沉淀生成醇羟基ROH_有氢气放出酚羟基_显紫色_有白色沉淀产生2溴的CCl4溶液KMnO4(H)NaOH溶液、稀硝酸HNO3、AgNO3溶液 NaFe3溴水官能团名称官能团结构鉴别所用试剂判断依据醛基_有银镜生成_有砖红色沉淀生成羧基_有二氧化碳气体放出硝基NO2_一分钟内溶液由淡绿色变为红棕色氰基CN_有氨气放出银氨溶液新制Cu(OH)2NaHCO3(NH4)2Fe(SO4)2强碱3.有机化合物分子不饱和度的计算方法，不饱和度也称_。与饱和有机物相比，分子中每减少_个氢原子，即称分子中具有一个不饱和度，即1，对于有机物：_。几种常见官能团的不饱和度见
4、下表：化学键不饱和度化学键不饱和度一个碳碳双键一个碳碳叁键一个羰基一个苯环一个脂环一个氰基3缺氢指数2n(C)1 n(H)121412测定有机化合物结构的流程1无论是从自然界得到一个新化合物还是人工合成的新化合物在对其提纯以后，首要的问题就是要测定其结构究竟是怎样的，这对其性质的研究和认识以及应用都是至关重要的一步。天然有机物的人工合成也要基于对结构的准确测定；对已经合成出来的有机物通过结构的测定，可以确定它是否就是我们所设计要合成的目标产物。2有机物结构测定的方法很多，归根结底都是依据它们自身所具有的物理性质和化学性质来进行的。测定有机物结构的核心步骤是确定其分子式，以及检测分子中所含的官能
5、团及其在碳骨架上的位置。(1)确定有机物的组成就是分析有机物的组成元素的种类。主要是通过定性和定量实验来完成的。(2)确定有机物的相对分子质量的目的是为了进一步地确定有机化合物的分子式。(3)借助现代光谱手段来测定有机物的结构，主要是确定碳骨架和官能团的种类以及官能团在碳骨架上所在的具体位置。3测定有机物结构流程图测定有机化合物结构流程图4研究有机化合物的一般步骤(1)分离提纯：研究一种新的有机化合物首先要将它分离提纯，保证达到应有的纯度。分离提纯的方法包括：重结晶、升华、蒸馏、层析法以及离子交换法等。(2)纯度的检验：纯的有机化合物有固定的物理常数，如熔点、沸点、密度、折射率等。测定有机化合
6、物的物理常数可检验其纯度，纯的化合物的熔点距很小。(3)实验式和分子式的确定：进行元素定性分析，找出组成中存在哪些元素。进行元素定量分析，找出各种原子的相对数目，即决定其实验式。测定相对分子质量，确定各种原子的确实数目，根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱等确定结构。(4)为了确定有机化合物的分子式，需要测定有机化合物的元素组成和相对分子质量。可以借助可燃性等化学性质测定其元素组成、利用质谱仪或理想气体方程确定其相对分子质量。为了确定有机化合物的结构式，可以借助有机化合物官能团的化学特性或红外光谱仪测定其具有的官能团，借助对核磁氢谱图和核磁碳谱图的分析确定其碳骨架结构。有机化合物分子式的确定要确
7、定有机化合物的分子式，必须在确定了有机物的元素组成和相对分子质量的基础上进行。1确定有机化合物的元素组成组成有机化合物的元素种类最常见的是C、H、O、N、X等元素。各元素的质量分数通常需要借助有机化合物的可燃性等化学性质进行定量测定。得知C、H、N、X等元素的质量分数后，其总和若小于100%，其差值一般就是氧元素的质量分数。(1)碳、氢元素质量分数的测定：最常用的是燃烧分析法，也可以利用仪器分析方法测定。(2)氮元素质量分数的测定：在氧化铜的催化下燃烧生成氮气，测气体的体积，即可计算出样品中氮元素的质量分数。(3)卤素质量分数的测定：将样品先水解再与AgNO3溶液及浓硝酸混合加热，产生卤化银沉
8、淀。根据沉淀的量，即可计算出样品中卤素的质量分数。2测定有机化合物相对分子质量(1)测定有机化合物相对分子质量的方法很多，可以依据理想气体状态方程并采用特定的装置(见下图)进行测定，也可以使用质谱仪进行测定。依据pVnRT测定有机化合物相对分子质量的装置示意图(2)质谱法测定有机化合物的相对分子质量：质谱记录了有机化合物分子失去一个电子而成为带正电荷的离子的质量大小，其中最大的离子质量就是有机化合物的相对分子质量。戊烷的质谱图电炉加热时用纯氧气氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成，下列装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。(1)产生的氧气按从左到右流向，所选装置各导管的连接顺序是_
9、。(2)C装置中浓H2SO4的作用是_。(3)D装置中MnO2的作用是_。(4)燃烧管中CuO的作用是_。(5)若准备称取0.90 g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)，经充分燃烧后，A管质量增加1.32 g，B管质量增加0.54 g，则该有机物的实验式为_。(6)要确定该有机物的分子式，还要知道_。解析：本题利用H2O2在MnO2催化下分解产生氧气，用浓硫酸除去其中的水蒸气后氧化有机物生成CO2和H2O，利用装置B测定H2O的质量，利用装置A测定CO2的质量，从而可求出有机物含有的C、H(或O)的质量，进而求出有机物的实验式。电炉中CuO的作用是为了尽可能保证有机物全部氧化生成CO
10、2和H2O。(5)n(CO2)0.03 mol，n(H2O)0.03 mol，m(O)0.90 gm(C)m(H)0.90 g0.03 mol12 g/mol0.03 mol21 g/mol0.48 g，n(O)0.03 mol。因n(C)n(H)n(O)0.03 mol 0.03 mol2 0.03 mol1 2 1，故该有机物的实验式为CH2O。(6)要确定有机物的分子式，还需测出有机物的相对分子质量。答案：(1)gf，eh，ic(或d)，d(或c)a(或b)，b(或a)(2)吸收水分，干燥氧气(3)催化剂，加快O2的生成速率(4)使有机物充分氧化生成CO2和H2O(5)CH2O(6)有机
11、物的相对分子质量点评：本题通过实验考查了确定有机物分子式确定的常用方法燃烧分析法，通过有机物燃烧，测定产物CO2、H2O量，从而确定碳、氢、氧的量，同时本题还考查基本实验技能，该法的关键之一是要确定是否含有氧元素。某气态有机物X含C、H、O三种元素，已知下列条件，现欲确定X的分子式，所需最少条件是()X中含碳质量分数X中含氢质量分数X在标准状况下的体积X对氢气的相对密度X的质量A BC D解析：由C、H元素质量分数可确定有无氧元素存在，从而推出氧元素的质量分数，由各元素的质量分数确定X的最简式，由相对密度可确定X的相对分子质量，由相对分子质量和最简式可确定X的分子式。答案：B点评：如果知道燃烧
12、产物CO2和H2O的物质的量比，不能确定该有机物(或有机混合物)的实验式(最简式)，也不能确定该有机物(或有机混合物)的分子式(或平均分子式)。因为该有机物中是否含氧不能确定。需知道题目中的3个条件才能确定分子式。有机化合物结构式的确定测定有机化合物的结构，关键是根据有机物的分子式来计算其不饱和度，并根据其特殊的化学性质，来确定分子中所含的官能团的种类及其所处的具体位置。确定有机化合物结构流程示意图1不饱和度计算：不饱和度也称缺氢指数，它可以通过有机化合物的分子式计算得出。不饱和度n(C)1在计算不饱和度时，若有机化合物分子中含有卤素原子，可将其视为氢原子；若含有氧原子，可不予考虑；若含有氮原
13、子，就在氢原子总数中减去氮原子数。几种官能团的不饱和度化学键不饱和度化学键不饱和度一个碳碳双键1一个碳碳叁键2一个羰基1一个苯环4一个脂环1一个氰基22.确定有机化合物的官能团有机化合物的官能团都有其特有的化学性质，所以通过特有反应对其进行鉴别和确定其可能官能团。案例分析：医用胶单体红外光谱图分子中每减少2个碳氢键，必然会同时增加1个碳碳键。它可能是重键(双键或叁键)，也可能是连结成环状烃，都称为增加了1个不饱和度(用希腊字母表示)。例如若干烃类分子和烃基的不饱和度如下：CH3CH2CH3；0；(CH3)2CH；0；FC C(2价基团)；_。解析：根据不饱和度的计算方法n(C)1 ，所以A的分
14、子式C9H12，(A)91 4。B的分子式C10H8，(B)101 7。同理，C、D、E、F的不饱和度5、4、4、2。答案：(1)475(2)442点评：不饱和度的求算是新增加的内容，相信在今后的高考命题中应有所体现，掌握了不饱和度的概念和求法，利用它解题，特别是解某些高考题将会十分方便。烃基是烃去H后剩余部分，与对应烃具有相同的不饱和度，如C6H6与C6H5、C6H4、C6H3、C2H2与 C CH、CC 等，前者不饱和度都是4，后者的不饱和度都是2。推断有机物中的不饱和度还可利用常见官能团的不饱和度进行计算。一种以电石为原料合成的烃，其分子式C4H4，它是合成一种橡胶的中间体，它有多种同分
15、异构体。请回答：(1)它的一种链式结构的同分异构体的结构简式是_。(2)它的一种同分异构体中的每个碳均达饱和，且构成的空间构型中碳碳键间的夹角都相同，该结构中碳碳键间的键角应是_。解析：烃C4H4分子的不饱和度为41 3。(1)由题可知分子中可能含有三个 或一个 ，一个CC，因此分子的结构为CHC CH=CH2。(2)因分子中每个碳原子都达到饱和，所以分子中不存在 、CC，存在脂环，且每个碳原子需与其他三个原子各形成一个碳碳单键，且键角相同，可推知其结构如下图：答案：(1)HCC CH=CH2(2)601某有机物在氧气中充分燃烧，生成水蒸气和CO2的物质的量之比为1 1，由此可以得出的结论是(
16、)A该有机物分子中C、H、O原子个数比为1 2 3B分子中C、H原子个数比为2 1C有机物中必定含有氧D无法判断其中是否含氧解析：由水蒸气和二氧化碳的物质的量比为1 1，可推知n(H)n(C)2 1，不能判断有机物中是否含氧。答案：D2烃分子中若有双键、叁键或单键的环，氢原子数就少，分子就不饱和，亦即具有一定的“不饱和度”，其数值可表示为：不饱和度双键数环数叁键数2，则有机物 的不饱和度为()A8B7C6D5解析：上述有机物分子中含四个双键、一个叁键、两个环，因此其不饱和度为8。答案：A3.某有机物X是一抗癌药物中的一种有效成分，经测定该有机物只含C、H、O三种元素，其中碳元素质量分数为60%，氢元素质量分数为13.33%，0.2 mol该有机物的质量为12 g，则它的分子式为 （）A.CH4 B.C3H8OC.C2H4O2 D.CH2O B4新兴的大脑营养学研究发现，大脑的生长发育与不饱和脂肪酸有密切关系，从深海鱼油中提取的被称作“脑黄金”的DHA就是一种不饱和程度很高的脂肪酸，它的分子中含有六个碳碳双键，学名二十六碳六烯酸，它的分子组成应是()AC25H50COOH BC25H39COOHCC26H41COOH DC26H47COOH解析：DHA中的6个碳碳双键加上羧基中的1个碳氧双键，不饱和度为7，所以H原子数为22627240，分子式为C25H39COOH。答案：B
