有机化学基础鲁科全优课堂时PPT课件

1、第2课时有机化合物结构式的确定第1页/共51页1测定有机化合物的结构，关键步骤是_及_，进而确定分子中所含有的_及其_。有机物不饱和度有机物不饱和度判断分子的不饱和度 典型的化学性质 官能团所处的位置 第2页/共51页第3页/共51页2有机化合物分子不饱和度的计算不饱和度也称_，它可以通过有机化合物的分子式计算得出。这个数值能为测定分子结构提供分子中是否有不饱和键或碳环等结构的信息。有机化合物分子不饱和度的计算公式为：分子的不饱和度_。缺氢指数 第4页/共51页其中：n(C)为碳原子数，n(H)为氢原子数。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，则不予

2、考虑；若含有氮原子，就在氢原子总数中减去氮原子数。例如，分子式为C6H5NO2的分子的不饱和度为：_。第5页/共51页1官能团的鉴别有机化合物的官能团都有着相对独立和明确的_，所以可以通过_对其进行鉴别和确定，从而推断有机化合物的可能官能团。有机物结构式的确定有机物结构式的确定化学性质化学反应第6页/共51页2有机化合物官能团的确定(1)化学检验方法一些官能团的化学检验方法官能团种类官能团种类试剂试剂判断依据判断依据碳碳双键或碳碳双键或碳碳叁键碳碳叁键溴的四氯化碳溶液溴的四氯化碳溶液红棕色退去红棕色退去酸性酸性KMnO4溶液溶液紫色退去紫色退去卤素原子卤素原子NaOH溶液加热溶液加热AgNO3

3、溶液和稀硝酸溶液和稀硝酸有沉淀产生有沉淀产生醇羟基醇羟基钠钠有氢气放出有氢气放出第7页/共51页酚羟基酚羟基FeCl3溶液溶液显色显色溴水溴水有白色沉淀产生有白色沉淀产生醛基醛基银氨溶液银氨溶液(水浴水浴)有银镜生成有银镜生成新制氢氧化铜悬浊新制氢氧化铜悬浊液液(加热加热)有砖红色沉淀产生有砖红色沉淀产生羧基羧基NaHCO3溶液溶液有有CO2放出放出硝基硝基(NO2)(NH4)2Fe(SO4)2溶溶液、硫酸及液、硫酸及KOH的甲醇溶液的甲醇溶液1分钟内溶液由淡分钟内溶液由淡绿色变红棕色绿色变红棕色氰基氰基(CN)强碱水溶液强碱水溶液(加热加热)有氨气放出有氨气放出第8页/共51页(2)物理方法

4、红外光谱：不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上出现位置不同，由此可判断官能团种类以及样品浓度。核磁共振氢谱：用电磁波照射氢原子核，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不同，且吸收面积与氢原子个数成正比，由此来测定氢原子在碳骨架上的位置和数目。第9页/共51页3有机化合物结构式的确定(1)物质的结构决定其性质，物质的性质又反映其结构特点。确定物质的结构，主要是利用物质所具有的_来确定该物质所具有的_，即主要确定该物质的_。(2)确定有机化合物结构式的一般步骤根据分子式写出它可能具有的_。利用该物质的性质推测其可能含有的_，最后确定所写同分异构体的一种

5、结构。化学性质官能团官能团种类和位置结构式官能团第10页/共51页【慎思1】 怎样理解分子的不饱和度的求算和应用？第11页/共51页第12页/共51页第13页/共51页第14页/共51页立体封闭有机化合物分子(多面体或笼状结构)不饱和度的计算，其成环的不饱和度比面数少1。如：立方烷如图：面数为6，不饱和度为5。第15页/共51页(2)不饱和度的应用应用不饱和度求物质的化学式，对于结构较复杂的有机化合物，碳氧原子数较为直观，而氢原子往往不容易确定，应用不饱和度可顺利求出物质的化学式。第16页/共51页【慎思2】 确定有机化合物结构的步骤有哪些？答案 (1)先确定有机化合物的分子式。(2)根据分子

6、式依据化合价写出可能的结构式。(3)通过实验测出的数据或依据其特殊的化学性质来确定其结构式。有机化合物结构式或结构简式的确定总结如下：第17页/共51页【慎思3】 有机化合物中重要官能团的化学特性是什么？答案重要官能团的化学特性：(1)能与Na反应：醇羟基、酚羟基、羧基。(2)能与NaOH反应：酚羟基、羧基。(3)能与Na2CO3反应：酚羟基(但不产生CO2)、羧基。(4)能与NaHCO3反应：羧基。(5)能发生银镜反应的物质类别：醛、甲酸、甲酸某酯、甲酸盐、葡萄糖。第18页/共51页第19页/共51页有机化合物不饱和度有机化合物不饱和度第20页/共51页(2)不饱和度(也称缺氢指数)可以为测

7、定有机化合物分子结构提供其是否含有双键、叁键或碳环等不饱和结构的信息。 (3)几种官能团的不饱和度化学键化学键一个碳一个碳碳双键碳双键一个一个羰基羰基一个一个脂环脂环一个一个碳碳碳碳叁键叁键一个一个苯环苯环不饱和度不饱和度11124第21页/共51页【例1】分别计算出(1)(5)有机化合物的不饱和度和写出(6)(10)有机化合物的分子式。(1)C6H14(2)C17H33COOH(3)C1 033H866(4)C10H17Cl(5)丙烯腈(C3H3N)第22页/共51页第23页/共51页答案(1)0(2)2(3)601(4)2(5)3(6)C13H16(7)C10H12O2ClBr(8)C11

8、H12O(9)C6H8(10)C11H11N第24页/共51页 (1)CxHy中的y一定是偶数；(2)CxHyOz中的y一定是偶数；(3)CxHyNzOw中，z为奇数时y一定为奇数；z为偶数时，y一定为偶数，因为N原子形成3个键。第25页/共51页第26页/共51页答案(1)33(2)562760第27页/共51页1鉴定有机化合物结构的物理方法(1)红外光谱的应用原理在有机化合物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，当用红外线照射有机化合物时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的

9、位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。有机化合物结构式的确定有机化合物结构式的确定第28页/共51页(2)核磁共振氢谱的应用原理氢原子核具有磁性，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。因此，从核磁共振氢谱图上可以推知该有机化合物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目。第29页/共51页2确定有机化合物结构式的一般思路(1)物质的结构决定物质的性质，物质的性质又反映其结构特点。确定物质的结构，主要是利用物质所具有的

10、特殊性质来确定该物质所具有的特殊结构，即主要确定该物质的官能团。(2)确定有机化合物结构式的一般步骤根据分子式写出它可能具有的同分异构体。利用该物质的性质推测其可能含有的官能团，最后确定所写同分异构体中的一种结构。第30页/共51页3化学方法可以通过化学反应对有机化合物的官能团进行鉴定和确定，从而推断有机化合物的可能官能团。但用化学方法来确定有机化合物的结构有时是相当复杂的。第31页/共51页【例2】A的实验式和分子式都是C2H6O。A的红外光谱图如图(a)，A的核磁共振氢谱有三个峰图(b)，峰面积之比是123，未知物A的结构简式为_。第32页/共51页第33页/共51页解析由分子式为C2H6

11、O推测A的结构可能为CH3OCH3、CH3CH2OH，根据图(a)判断A中有三种键“CH”“OH”“CO”，根据图(b)判断A中有三种氢且由吸收强度判断三种H的个数比为123。该有机化合物A的结构简式为CH3CH2OH。答案CH3CH2OH第34页/共51页第35页/共51页(3)通过定量实验确定：通过定量实验确定有机化合物的官能团；通过定量实验确定官能团的数目，如测得某醇1 mol与足量钠反应可得到1 mol气体，则可说明醇分子含2个OH。(4)根据实验测定的有机化合物的结构片断“组装”有机化合物：实验测得的往往不是完整的有机化合物，这就需要我们根据有机化合物的结构规律如价键规律、性质和量的

12、规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。第36页/共51页第37页/共51页第38页/共51页【思路展示】实验探究十七未知有机化合物结构的探究实验探究十七未知有机化合物结构的探究第39页/共51页【探究举例】问题讨论：公元前1500年，古埃及人用柳树的叶子来止痛；公元前400多年，希腊医学之父希波克拉底采用咀嚼柳树皮的方法为患者退热止痛。柳树的药用功效启发人类不断探索。科学研究证明：垂柳中有一种成分具有解热镇痛的作用。垂柳中这种可以解热镇痛的成分是什么？第40页/共51页实验用品：水杨酸(试剂标签上没有名称)、三氯化铁溶液、紫色石蕊溶液、氢氧化钠溶液、稀盐酸、碳酸氢钠粉末、无水乙醇、蒸馏水、药匙、

13、试管架、试管若干。第41页/共51页实验过程：(一)分离提纯实验桌上有一小瓶没有名称的物质，这就是柳树中能够解热镇痛的有效成分经过提纯而成的。(二)测定实验式燃烧13.8 g样品，实验测得生成30.8 g二氧化碳、5.4 g水，没有其他生成物，请通过计算确定其实验式：_。(三)确定分子式由质谱分析法测出该样品的相对分子质量为138，请确定其分子式：_。第42页/共51页(四)推导结构式(1)计算该样品分子的不饱和度为_，推测分子中可能含有_个苯环和_个碳氧双键。(2)用化学方法推测样品分子中的官能团。利用该样品分别做如下实验：在洁净的试管中取少量样品，加入2 mL乙醇、2 mL水振荡溶解后，分

14、成三份，分别装在A、B、C三个试管中。在试管A中滴加23滴FeCl3溶液，发现溶液呈紫色。第43页/共51页在试管B中加入一药匙碳酸氢钠粉末，有无色气体生成。由以上现象可以知该有机化合物可能具有的官能团是_和_。(3)推测样品分子的碳骨架结构和官能团在碳链上的位置。通过对样品分子核磁氢谱图和核磁碳谱图的分析，发现碳骨架为环状结构，且官能团位于环状碳环的相邻位置。(4)综上所述，该有机化合物的结构简式为_。第44页/共51页解析本题是一道综合性测定有机化合物结构的试题，考查测定过程中的分析、计算能力。由燃烧分析法可以求得该样品所含有的元素种类以及原子个数，写出实验式；由相对分子质量和实验式可确定

15、其分子式；再根据不饱和度的计算以及对官能团定性的分析，确定官能团在碳链上的位置，即可写出其结构简式。(二)30.8 g二氧化碳的物质的量为0.7 mol，5.4 g水的物质的量为0.3 mol，所以样品中含碳的质量为8.4 g，含氢的质量为0.6 g，含氧的质量为13.8 g8.4 g0.6 g4.8 g，即氧原子的物质的量为0.3 mol，所以该样品的实验式为C7H6O3。第45页/共51页第46页/共51页第47页/共51页名师指导(1)由实验式确定分子式的特殊方法：某些特殊组成的实验式，在不知化合物相对分子质量时，也可根据组成特点确定其分子式。例如，实验式为CH3的有机化合物，其分子式可表示为(CH3)n，当n2时，氢原子已达饱和，故其分子式为C2H6。同理，实验式为CH3O的有机化合物，当n2时，其分子式为C2H6O