有機化合物分子式和分子結構的確定第一章

有機物的結構特點與研究方法1.掌握李比希提出的燃燒有機物對產物的定量測定確定實驗式；2.了解質譜法確定分子式的原理與方法；3.知道紅外光譜、核磁共振等現代儀器分析方法在有機物分子結構測定中的應用。研究有機化合物的基本步驟主要步驟分離、提純波譜分析除雜質定量分析確定元素組成及比例測定相對分子質量分子式結構分析結構式確定實驗式確定分子式確定分子結構常用方法蒸餾、萃取重結晶等實驗目的元素分析化學方法定量分析定性分析確定有機物的元素組成一般是將一定量的有機物燃燒，轉化為簡單的無機物原理：通過無機物的質量推算出該有機物所含各元素的質量分數，然后計算出該有機物分子內各元素原子的最簡整數比，確定其實驗式（也稱最簡式）。有機物燃燒CO2H2O檢驗產物有機物元素組成一定量有機物燃燒CO2H2O測定產物有機物元素組成推算定性分析定量分析元素定量分析方法：①李比希元素分析法②現代元素分析儀有機化合物的元素定量分析最早由德國化學家李比希提出一、確定實驗式1、李比希元素分析法取一定量僅含C、H、O的有機物加CuO氧化CO2H2O測得前后的質量差用無水CaCl2吸收用KOH濃溶液吸收計算C、H原子質量分數剩余得為O原子的質量分數測得前后的質量差圖1李比希法設備圖吸收H2O吸收CO2根據吸收劑在吸收前后的質量差，計算出有機化合物中碳、氫元素的質量分數，剩余的就是氧元素的質量分數，據此計算可以得到有機化合物的實驗式若m(有機物)＝m(C)+m(H)，則說明該有機物中只含C、H若m(有機物)>m(C)＋m(H)且完全燃燒只生成CO2和H2O，則說明有O。C→CO2H→H2ON→N2S→SO2Cl→HCl對李比希元素分析法的幾點思考（2）有人提出用CaCl2或濃硫酸替Mg(ClO4)2，請說明替代Mg(ClO4)2物質的基本條件

。（3）氧氣的作用主要是

。（4）為了提高實驗的準確性，此裝置還需要完善，請指出需要完善的地方（1）氧化銅的作用主要是

。只吸收水,不吸收CO2

氧化樣品,將產物全部排入吸收裝置a.在吸收劑之間加一個檢驗水是否吸收完全的裝置b.在最后再加一個裝有堿石灰的干燥管防止空氣中的二氧化碳和水進入。確保碳元素被氧化成CO21.正誤判斷(1)驗證有機物屬于烴時只需測定產物中的CO2和H2O的物質的量之比(

)(2)有機物燃燒后只生成CO2和H2O的物質不一定只含有碳、氫兩種元素(

)(3)有機物的實驗式、分子式一定不同(

)(4)元素分析法和質譜法能分別確定有機物的實驗式和相對分子質量(

)(5)質譜圖中最右邊的譜線表示的數值為該有機物的相對分子質量(

)×√×√√應用探究【例1】含C、H、O三元素的未知物A，經燃燒分析實驗測定該未知物中碳的質量分數為52.2%，氫的質量分數為13.1%。試求該未知物A的實驗式。

（2）再求各元素原子的個數比：（1）先確定該有機化合物中氧元素的質量分數：ω(O)＝100%－52.2%－13.1%＝34.7%N(C)：N(H)：N(O)＝52.2%12.0113.1%1.00834.7%16.00：：＝2：6：1【答】該未知物A的實驗式為C2H6O。思路點撥不能提前四舍五入，會引起誤差較大。應用探究【例2】某有機物5.8g完全燃燒，生成CO213.2g,H2O5.4g。含有哪些元素?n(C)=

=0.3moln(H)=

=0.6molm(O)==1.6g5.8–3.6–0.6n(O)=

=0.1molN(C)∶N(H)∶N(O)＝0.3：0.6：0.1

＝3∶6∶1∴實驗式為C3H6O有機物的實驗式：有沒有O元素？現代元素分析儀

元素定量分析只能確定有機化合物分子中各組成原子的最簡整數比，得到實驗式。要確定它的分子式，還必須知道其相對分子質量。目前有許多測定相對分子質量的方法，質譜法是其中最精確而快捷的方法。可以直接測出有機物中各元素原子的質量分數二、確定分子式質譜法元素定量分析實驗式各組成原子的最簡整數比分子式其中最精確、快捷的方法相對分子質量質譜法質譜儀計算法1.質譜法——相對分子質量的測定有機物分子確定相對分子質量離子的質荷比高能電子流轟擊帶正電荷的分子離子和碎片離子磁場作用下先后到達檢測儀質譜圖質荷比=電荷相對分子質量2.應用：已測得某未知物A的實驗式為C2H6O，其質譜圖如下圖所示，求A的相對分子質量？未知物A的質譜圖質譜圖中，讀數方法：相對分子質量＝最大質荷比＝最右邊的分子離子峰A的相對分子質量：46思考：回顧所學知識，有哪些方法可以求相對分子質量？（1）定義法：M=m/n(6)質譜法——測定相對分子質量的方法很多，質譜法是最精確、最快捷的方法。（3）標準狀況密度法：已知標準狀況下氣體的密度ρ，求算摩爾質量。M＝ρ×22.4L·mol－1。（2）根據有機物蒸氣的相對密度D

（5）利用各類有機物的分子通式及相應的化學反應方程式（4）混合氣體平均摩爾質量：依據質譜圖：未知物A的相對分子質量為46，實驗式C2H6O的相對分子質量是46，二甲醚乙醇寫出C2H6O可能的結構：怎樣確定有機物A是二甲醚，還是乙醇？M=[M(C2H6O)]×n，n=1，所以未知物A的實驗式和分子式都是C2H6O。化學方法：看是否與Na反應物理方法：紅外光譜法等紅外光譜儀核磁共振波譜儀X射線衍射儀確定比較復雜的有機化合物的分子結構，僅靠質譜法是很難完成的，需要借助其他現代分析儀器，進行紅外光譜、核磁共振氫譜和X射線衍射等分析波譜分析三、確定分子結構如分子式為C2H6O的有機物A有如下兩種可能的結構，利用紅外光譜來測定，分子中有O—H(或—OH)可確定A的結構簡式為

。1、紅外光譜(2)紅外光譜圖(1)原理：不同官能團或化學鍵吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同的位置。CH3CH2OH未知物A的紅外光譜圖——測定有機物分子中化學鍵或官能團。2、核磁共振氫譜——測定有機物分子中氫原子的種類和數目。吸收峰面積比=氫原子數目比吸收峰數目＝氫原子種類氫原子核具有磁性。處于不同化學環境中的氫原子因產生共振時吸收的頻率不同，在譜圖上出現的位置也不同。且吸收峰的面積與氫原子數成正比。(1)原理：(2)核磁共振氫譜：2、核磁共振氫譜——等效氫原子種類和數目【例】有機物A的分子式為C2H6O，核磁共振氫譜如下：吸收峰數目為3，說明有3種不同位置的氫原子各吸收峰面積比為3∶2∶1A為CH3CH2OH吸收峰數目為1，說明有1種類型的氫原子A為CH3OCH3下列有機物中有幾種H原子以及個數之比？２種；９∶１１種３種；３∶２∶１４種；３∶２∶１∶６CH3-CH-CH3CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH-CH3CH3CH3-CH2-OHBrBrCH2-CH2

化合物A和B的分子式都是C2H4Br2，A的NMR譜上只有1個峰，則A的結構簡式為

.

3、X射線衍射—有機化合物晶體結構的測定(1)原理：X射線是一種波長很短的電磁波，它和晶體中的原子相互作用可以產生衍射圖

。X射線衍射儀(2)衍射圖：根據原子坐標，可以計算原子間的距離，判斷哪些原子之間存在化學鍵,確定鍵長和鍵角，得出分子的空間結構。

單晶衍射圖20世紀70年代初，我國屠呦呦等科學家使用乙醚從中藥中提取并用柱色譜分離得到抗瘧疾有效成分青蒿素。科學家們通過元素分析和質譜法分析，確定了青蒿素的相對分子質量為282，分子式為C15H22O5。經紅外光譜和核磁共振譜分析，確定青蒿素分子結構中含有酯基和甲基等結構片段。通過化學反應證明其分子中含有過氧基團（—O—O—）。1975年底，中國科學院的科學家通過X射線衍射最終測定了青蒿素的分子結構。【化學史話】青蒿素結構的測定青蒿素結構式確定有機化合物結構的方法1.正誤判斷(1)核磁共振氫譜中有幾組吸收峰就有幾個氫原子(

)(2)質譜法、紅外光譜法和核磁共振氫譜法均能確定有機化合物的分子結構

(

)(3)CH3COOCH3在核磁共振氫譜圖中只有一組吸收峰(

)(4)質譜圖中，相對豐度數值最大的質荷比等于相對分子質量(

)(5)X射線衍射技術用于有機化合物晶體結構的測定，可以獲得直接而詳盡的結構信息(

)××××√A.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D.若A的分子式為C3H8O，則其結構簡式可能為2.已知某有機物A的紅外光譜和核磁共振氫譜如圖所示，下列說法錯誤的是（）D3.有機物X是一種重要的有機合成中間體，用于制造塑料、涂料和黏合劑等高聚物。為研究X的組成與結構，進行如下實驗：(1)將10.0gX在足量