有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)測(cè)定

1、第三章 第2節(jié) 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的測(cè)定,情景激疑:這是從自然界提取的一種新的有機(jī)物，要想知道他是誰(shuí)，你應(yīng)該做哪些工作呢？,測(cè)定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)流程圖,元素組成,分子式,分子結(jié)構(gòu),,有機(jī)化合物,官能團(tuán)及 碳骨架結(jié)構(gòu),相對(duì)分子質(zhì)量,,,,,,,,,,,,,定性定量分析,測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量,化學(xué)分析光譜分析,碳、氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定,,在氧氣中燃燒,氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定,,,鹵素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定,在CO2中反應(yīng),測(cè)鹵化銀的質(zhì)量

2、,與NaOH反應(yīng)稀硝酸酸化，加AgNO3,1確定元素組成,測(cè)N2體積,2、確定相對(duì)分子質(zhì)量,（1）M = m總/n總,（2）根據(jù)有機(jī)蒸氣的相對(duì)密度D，M1 = DM2,（3）若標(biāo)況下有機(jī)物蒸氣的密度為ρg/L， 則M = 22.4L/mol ?ρg/L,（4）質(zhì)譜法(MS)：根據(jù)質(zhì)譜圖，可看出有機(jī)化合物分子失去一個(gè)電子成為帶正電荷的離子的質(zhì)量大小，其中最大的離子質(zhì)量就是有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量。,相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定：質(zhì)譜法（

3、MS）,質(zhì)譜儀,原理：用高能電子流轟擊樣品，使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。在磁場(chǎng)的作用下，由于它們的質(zhì)量不同而使其到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間不同，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖(反映不同質(zhì)量的離子的質(zhì)荷比)。,乙醇的質(zhì)譜圖,,,,例：2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對(duì)有機(jī)物分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。某有機(jī)物樣品的質(zhì)譜圖如下,則該有機(jī)物可能（ ）,A、甲醇 B、甲烷 C、丙烷 D、乙烯,B,,3、確定有

4、機(jī)化合物分子式,醫(yī)用膠 ——外科手術(shù)常用的一種化學(xué)合成材料,案例探究,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手術(shù)縫合線，特點(diǎn)：黏合傷口速度快、免敷料包扎、抑菌性能強(qiáng)、傷口愈合后無(wú)明顯疤痕等優(yōu)點(diǎn),正在縫合,1、確定最簡(jiǎn)式,燃燒30.6g醫(yī)用膠的單體樣品，實(shí)驗(yàn)測(cè)得：生成 70.4gCO2、19.8gH2O、2.24LN2（換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）請(qǐng)通過計(jì)算確定其實(shí)驗(yàn)式.,實(shí)驗(yàn)式（最簡(jiǎn)式）：C8H11O2N,由質(zhì)譜分析法測(cè)定出該樣品的相對(duì)分子質(zhì)量為153.0，確定請(qǐng)分子式

5、：,設(shè)該化合物的分子式為(C8H11O2N)n則n=153/M(C8H11O2N)=1該化合物的分子式為C8H11O2N,2 、確定分子式,解答：由于該物質(zhì)為烴，則它只含碳、氫兩種元素，則碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(100－17.2)%＝82.8%。則該烴中各元素原子數(shù)（N）之比為：,,C2H5是該烴的最簡(jiǎn)式，不是該烴的分子式,設(shè)該烴有n個(gè)C2H5，則,,因此，烴的分子式為 C4H10。,例1、某烴含氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.2%，求此烴的最

6、簡(jiǎn)式（實(shí)驗(yàn)式）。又測(cè)得該烴的相對(duì)分子質(zhì)量是58，求該烴的分子式。,例3、4.6g某飽和一元醇C與足量金屬鈉反應(yīng)，得到1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的氫氣。求該飽和一元醇的分子式。,C2H6O,,例4、嗎啡分子含C:71.58%、H:6.67%、 N:4.91%, 其余為氧，其分子量不超過300。試確定其分子式。,解：由已知條件可知含氧為16.84%，觀察可知含N量最少。 設(shè)含n個(gè)N原子，則嗎啡的分子量為

7、 14n/4.91% = 285n<300，即嗎啡含有1個(gè)N，相對(duì)分子質(zhì)量為285。 則嗎啡分子中 N(C)=17 , N (H)=19 N (O)=3 嗎啡的分子式為C17H19NO3,,謝 謝！,3、確定有機(jī)化合物分子式,例1、某烴含氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.2%，求此烴的最簡(jiǎn)式（實(shí)驗(yàn)式）。又測(cè)得該烴的相對(duì)分子質(zhì)量是58，求該烴的分子式。,解答：由于該物質(zhì)為烴，則它只含碳、氫兩種元素，則碳元

8、素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（100－17.2）%＝82.8%。則該烴中各元素原子數(shù)（N）之比為：,,C2H5是該烴的實(shí)驗(yàn)式，不是該烴的分子式,設(shè)該烴有n個(gè)C2H5，則因此，烴的分子式為 C4H10。,,例2. 燃燒某有機(jī)物A 1.50g，生成1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）二氧化碳和0.05mol水 。該有機(jī)物的蒸氣對(duì)空氣的相對(duì)密度是1.04，求該有機(jī)物的分子式。,解題思路：1.求最簡(jiǎn)式2.根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量確定分子式,,,該物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量：

9、 1.04x29=30 所以該物質(zhì)的分子式為 CH2O,,例3、4.6g某飽和一元醇C與足量金屬鈉反應(yīng)，得到1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的氫氣。求該飽和一元醇的分子式。,C2H6O,,例4、嗎啡分子含C:71.58%、H:6.67%、N:4.91%, 其余為氧，其分子量不超過300。試確定其分子式。,解：由已知條件可知含氧為16.84%，觀察可知含N量最少，據(jù)原子量可知，含N原子的個(gè)數(shù)最少，可設(shè)含n個(gè)N原子，則嗎啡的分子量

10、為14n/4.91% = 285n<300，即嗎啡含有1個(gè)N，分子量為285。則嗎啡分子中：N(C)=17 N (H)=19 N (O)=3 嗎啡的分子式為C17H19NO3,,測(cè)定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)流程圖,元素組成,分子式,分子結(jié)構(gòu),,有機(jī)化合物,官能團(tuán)及 碳骨架結(jié)構(gòu),相對(duì)分子質(zhì)量,,,,,,,,,,,,,定性定量分析,測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量,化學(xué)分析光譜分析,一、有機(jī)物分子式的確定,碳、氫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定：燃燒分

11、析法一般來(lái)說，有機(jī)物完全燃燒后，各元素對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物為C→CO2，H→H2O，Cl →HCl。某有機(jī)物完全燃燒后，若產(chǎn)物只有CO2和H2O ，其組成元素肯定有C、H，可能有O。欲判斷該有機(jī)物中是否含氧元素： 設(shè)有機(jī)物燃燒后CO2中碳元素的質(zhì)量為m(C)，H2O中氫元素質(zhì)量為m(H)。若： m(有機(jī)物)＞m(C)＋m(H)→有機(jī)物中含有氧元素 m(有機(jī)物)＝m(C)＋m(H)→有機(jī)物中不含氧元

12、素,1、確定元素組成,李比希法,氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定： 將樣品通入CO2氣流中,在氧化銅催化燃燒生成氮?dú)?，?jīng)氫氧化鉀濃溶液吸收二氧化碳后，測(cè)得剩余氣體的體積，計(jì)算氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。鹵素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定： 將含有鹵素的有機(jī)化合物樣品與NaOH溶液混合反應(yīng)后，使鹵素原子轉(zhuǎn)變?yōu)辂u素離子，用稀硝酸酸化，再加入AgNO3溶液，產(chǎn)生鹵化銀沉淀，根據(jù)沉淀質(zhì)量，計(jì)算樣品中鹵素的質(zhì)量分?jǐn)?shù),2、

13、確定有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量(常用方法),（1）M = m總/n總（2）根據(jù)有機(jī)蒸氣的相對(duì)密度D，M1 = DM2（3）若標(biāo)況下有機(jī)物蒸氣的密度為ρg/L，則M = 22.4L/mol ?ρg/L（4）質(zhì)譜法(MS)：根據(jù)有機(jī)化合物的質(zhì)譜圖，可看出有機(jī)化合物分子失去一個(gè)電子成為帶正電荷的離子的質(zhì)量大小，其中最大的離子質(zhì)量就是有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量。,相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定：質(zhì)譜法（MS）,質(zhì)譜儀,原理：用高能電子流轟擊樣品，使分子失去電子

14、變成帶正電荷的分子離子和碎片離子，在磁場(chǎng)的作用下，由于它們的質(zhì)量不同而使其到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間不同，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖(反映不同質(zhì)量的離子的質(zhì)荷比)。,乙醇的質(zhì)譜圖,,,,由于相對(duì)質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的數(shù)據(jù)就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量。,說明：,質(zhì)荷比：碎片的相對(duì)質(zhì)量（m）和所帶電荷（e）的比值。,例：2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對(duì)有機(jī)物分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。其

15、方法是讓極少量的（10－9g）化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到C2H6＋、C2H5＋、C2H4＋……，然后測(cè)定其質(zhì)荷比。某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如下圖所示。則該有機(jī)物可能是（ ）,A、甲醇 B、甲烷 C、丙烷 D、乙烯,B,,二、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)式的確定,有機(jī)化合物分子式,推測(cè)化學(xué)鍵類型,判斷官能團(tuán)種類及所處位置,確定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)式,,,,,計(jì)算不飽

16、和度,化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)或儀器分析圖譜,1、有機(jī)化合物分子不飽和度的計(jì)算 不飽和度也稱缺氫指數(shù) ，可以通過有機(jī)化合物的分子式計(jì)算得出。 幾種官能團(tuán)的不飽和度,不飽和度計(jì)算公式：,分子的不飽和度=n(C)+1-n(H)÷2,(若含鹵素原子，可視為H原子；氧硫原子不予考慮；氮原子則在氫原子中減去),2、確定有機(jī)化合物的官能團(tuán),拓展視野,紅外光譜(IR)：,每種官能團(tuán)在紅外光譜中都有一個(gè)特定

17、的吸收區(qū)域，因此從一未知物的紅外光譜就可以準(zhǔn)確判斷有機(jī)化合物含有哪些官能團(tuán)。紅外光譜不僅可以用于定性鑒定，也可以定量算出樣品的濃度。,核磁共振譜(NMR)：,核磁共振譜分為氫譜和碳譜兩類，其中比較常用的是氫譜。氫譜能夠測(cè)定有機(jī)化合物分子中氫原子在碳骨架上的位置和數(shù)目，進(jìn)而推斷出有機(jī)化合物的碳骨架結(jié)構(gòu)。,光譜分析的作用 ：,紫外光譜：,紫外光譜可以確定分子中有無(wú)共軛雙鍵,紅外光譜（IR）,紅外光譜儀,用途：通過紅外光譜可以推知有機(jī)物含有哪

18、些化學(xué)鍵、官能團(tuán),例、某有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為74，試根據(jù)下列紅外光譜圖確定其分子結(jié)構(gòu)，并寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。,C—O—C,對(duì)稱CH3,對(duì)稱CH2,核磁共振氫譜（1H-NMR）,核磁共振儀,用途：通過核磁共振氫譜可知道有機(jī)物里有多少種氫原子，不同氫原子的數(shù)目之比是多少。,吸收峰數(shù)目＝氫原子類型,不同吸收峰的面積之比(強(qiáng)度之比)＝,不同氫原子的個(gè)數(shù)之比,CH3CH2OH,CH3OCH3,CH3CH2Br,CH3CHO,C2H6O,練習(xí)、

19、2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰了兩項(xiàng)成果，其中一項(xiàng)是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼?#183;維特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”。在化學(xué)上經(jīng)常使用的是氫核磁共振譜，它是根據(jù)不同化學(xué)環(huán)境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號(hào)不同來(lái)確定有機(jī)物分子中的不同的氫原子。下列有機(jī)物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號(hào)的是： A. HCHO B. CH3OH C. HCOOH D

20、. CH3COOCH3,√,圖譜解題建議：,1、首先應(yīng)掌握好三種譜圖的作用、讀譜方法。,2、必須盡快熟悉有機(jī)物的類別及其官能團(tuán)。,3、根據(jù)圖譜獲取的信息，按碳四價(jià)的原則對(duì)官能團(tuán)、基團(tuán)進(jìn)行合理的拼接。,4、得出結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)）式后，再與譜圖提供信息對(duì)照檢查，主要為分子量、官能團(tuán)、基團(tuán)的類別是否吻合。,案例：醫(yī)用膠單體的結(jié)構(gòu)確定,第二課時(shí),醫(yī)用膠,正在縫合,外科手術(shù)常用化學(xué)合成材料——醫(yī)用膠,常用作手術(shù)縫合線，特點(diǎn)：粘合傷口速度快、免敷料包扎

21、、抑菌性能強(qiáng)、傷口愈合后無(wú)明顯疤痕等優(yōu)點(diǎn),確定分子式：,1、測(cè)定實(shí)驗(yàn)式,燃燒30.6g醫(yī)用膠的單體樣品，實(shí)驗(yàn)測(cè)得：生成70.4gCO2、19.8gH2O、2.24LN2（換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），請(qǐng)通過計(jì)算確定其實(shí)驗(yàn)式,實(shí)驗(yàn)式（最簡(jiǎn)式）：C8H11O2N,由質(zhì)譜分析法測(cè)定出該樣品的相對(duì)分子質(zhì)量為153.0，確定請(qǐng)分子式：,設(shè)該化合物的分子式為(C8H11O2N)n則n=153/M(C8H11O2N)=1該化合物的分子式為C8H11O2N,推

22、導(dǎo)結(jié)構(gòu)式：,1)計(jì)算樣品的不飽和度，推測(cè)分子中是否含有苯環(huán)，碳碳雙鍵、碳碳叁鍵或碳氧雙鍵或氰基,Ω=n(C)+1-[n(H)-n(N)]/2 =8+1-(11-1)/2 =4,可能有一個(gè)苯環(huán)、或者是叁鍵、雙鍵等的結(jié)合,2 、確定分子式,2)用化學(xué)方法測(cè)定樣品分子中的官能團(tuán),利用醫(yī)用膠的單體分別做如下實(shí)驗(yàn)： ①加入酸性KMnO4溶液, 溶液紫色褪去 ②加入(NH4 )2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的

23、甲醇溶液,無(wú)明顯變化 ③加入稀堿水溶液并加熱,有氨氣放出由以上現(xiàn)象可以得知該有機(jī)化合物可能具有哪些官能團(tuán)?,可能含有碳碳雙鍵、碳碳叁鍵、碳氧雙鍵等,無(wú)硝基,有氰基,樣品的官能團(tuán)可以通過分析其紅外光譜圖而確定。通過譜圖分析,可知該樣品分子含有-C≡N、C=C、C=O (酯羰基)等官能團(tuán)。,樣品分子核磁氫譜圖和核磁碳譜圖提示：該有機(jī)化合物分子中含有如下結(jié)構(gòu)。請(qǐng)據(jù)此推測(cè)樣品分子的官能團(tuán)在碳鏈上的位置。,4)綜上所述,該有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)

24、簡(jiǎn)式為,3)推測(cè)樣品分子的碳骨架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)在碳鏈上的位置。,練習(xí)、某有機(jī)物由C、H、O三種元素組成，它的紅外吸收光譜表明有羥基O－H鍵和烴基上C－H鍵的紅外吸收峰，且烴基與羥基上氫原子個(gè)數(shù)比為2︰1，它們的相對(duì)分子質(zhì)量為62，試寫出該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。,小試牛刀,HOCH2CH2OH,練習(xí)、分子式為C3H6O2的有機(jī)物，若在1H-NMR譜上觀察到氫原子峰的強(qiáng)度為3:3，則結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可能為_____________, 若給出峰的強(qiáng)度為3:

25、2:1，則可能為_________________。,CH3COOCH3,CH3CH2COOH、,CH3COCH2OH,HCOOCH2CH3、,C—O—C,C=O,不對(duì)稱CH3,練習(xí)、下圖是一種分子式為C3H6O2的有機(jī)物的紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：,（1）在常溫下測(cè)得的某烴C8H10(不能與溴水反應(yīng))的NMR譜上，觀察到兩種類型的H原子給出的信號(hào)，其強(qiáng)度之比為2：3，試確定該烴的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為 ；該烴在

26、光照下生成的一氯代物在NMR譜中可產(chǎn)生幾種信號(hào) ，試確定強(qiáng)度比為 。（2）在常溫下測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量為128的某烴的NMR，觀察到兩種類型的H原子給出的信號(hào)，其強(qiáng)度之比為9∶1，若為鏈烴，則該烴的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為 ；觀察到兩種類型的H原子給出的信號(hào)，其強(qiáng)度之比為1∶1，若為芳香烴，則該烴的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為 。,,4種信號(hào),

27、3 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 2,,鞏固練習(xí)：,由于相對(duì)質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的數(shù)據(jù)就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量。,說明：,質(zhì)荷比：碎片的相對(duì)質(zhì)量（m）和所帶電荷（e）的比值。,氧元素的確定,某有機(jī)物完全燃燒后，若產(chǎn)物只有CO2和H2O ，其組成元素肯定有C、H。,設(shè)有機(jī)物燃燒后CO2中碳元素的質(zhì)量為m (C)， H2O中氫元素質(zhì)量為m (H)。若： m(有機(jī)物)＞m (C)＋m