有机化合物的结构测定PPT学习教案

1、会计学1有机化合物的结构测定有机化合物的结构测定情景激疑:这是从自然界提取的一种新的有机物，要想知道他是谁，你应该做哪些工作呢？第1页/共59页分子式分子式分子结分子结构构 有机化合物有机化合物 官能团及官能团及 碳骨架结构碳骨架结构 相对分子质量相对分子质量定性定量分析测定相对分子质量化学分析光谱分析第2页/共59页碳、氢质量碳、氢质量分数的测定分数的测定在氧气在氧气中燃烧中燃烧氮元素氮元素质量分数测定质量分数测定卤素卤素质量分数测定质量分数测定在在CO2中反应中反应测卤化银测卤化银的质量的质量与与NaOH反应反应稀硝酸酸化，稀硝酸酸化，加加AgNO31确定元素组成确定元素组成测测N2体积体

2、积 测测CO2和和H2O的质量的质量测测CO2和和H2O的质量的质量 测测CO2和和H2O的质量的质量第3页/共59页2、确定相对分子质量、确定相对分子质量（1）M = m总总/n总总（2）根据有机蒸气的相对密度）根据有机蒸气的相对密度D，M1 = DM2（3）若标况下有机物蒸气的密度为）若标况下有机物蒸气的密度为g/L， 则则M = 22.4L/mol g/L（4 4）质谱法）质谱法(MS)(MS)：根据质谱图，可看出有机根据质谱图，可看出有机化合物分子失去一个电子成为带正电荷的离化合物分子失去一个电子成为带正电荷的离子的质量大小，其中子的质量大小，其中最大的离子质量最大的离子质量就是有就是

3、有机化合物的相对分子质量。机化合物的相对分子质量。第4页/共59页相对分子质量的测定：质谱法（相对分子质量的测定：质谱法（MS）质谱仪质谱仪第5页/共59页1527314546m/e相对丰度乙醇100%060%20%50302029原理：原理：用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。在磁场的作用下，由于正电荷的分子离子和碎片离子。在磁场的作用下，由于它们的质量不同而使其到达检测器的时间不同，其结果它们的质量不同而使其到达检测器的时间不同，其结果被记录为质谱图被记录为质谱图( (反映不同质量的离子的质荷比反映不同质量的离子的

4、质荷比) )。 乙醇的质谱图乙醇的质谱图CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+CH3CH2OH+第6页/共59页 例：例：20022002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机物分子进行了对有机物分子进行结构分析的质谱法结构分析的质谱法。某有机物样品。某有机物样品的质谱图如下的质谱图如下, ,则该有机物可能则该有机物可能（ ） A、甲醇、甲醇 B、甲烷、甲烷 C、丙烷、丙烷 D、乙烯、乙烯B第7页/共59页1）先确定最简式，再结合相对分子质量求分）先确定最简式，再结合相对分子质量求分子式子式3）对只知道）对只知道相对分子质量范围相对分子质量范围

5、的有机的有机物，要通过物，要通过估算估算求相对分子质量，再求求相对分子质量，再求分子式分子式2）根据分子通式和相对分子质量求分）根据分子通式和相对分子质量求分子式子式第8页/共59页 医用胶医用胶 外科手术外科手术常用的一种化学合成材料常用的一种化学合成材料 案例探究代替传统的手术缝合线，代替传统的手术缝合线，特点：黏合伤口速度快、免敷料包扎、特点：黏合伤口速度快、免敷料包扎、抑菌性能强、伤口愈合后抑菌性能强、伤口愈合后无明显疤痕等优点无明显疤痕等优点 正在缝合正在缝合第9页/共59页1 1、确定最简式、确定最简式 燃烧燃烧30.6g医用胶的单体样品，实验测得：生成医用胶的单体样品，实验测得：

6、生成 70.4gCO2、19.8gH2O、2.24LN2（换算成标准状况）（换算成标准状况）请通过计算确定其实验式请通过计算确定其实验式.n(CO2)=70.4g44gmol-1=1.6moLn(C)=1.6moLn(N2)=2.24L22.4Lmol-1=0.1moLn(N)=0.2moLn(O)=(30.6-1.6X12-1.1X2-0.1X2X4)g16gmoL-1=0.4moL实验式（最简式）：实验式（最简式）：C8H11O2Nn(H)=2.2moL19.8gn(H2O)=18gmol-1=1.1moL18gmol-1=1.1moL第10页/共59页 由质谱分析法测定出该样品的相对分子

7、质量为由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0，确定请分子式：，确定请分子式：设该化合物的分子式为设该化合物的分子式为(C8H11O2N)n则则n=153/M(C8H11O2N)=1该化合物的分子式为该化合物的分子式为C8H11O2N2 2 、确定分子式、确定分子式第11页/共59页 解答：由于该物质为烃，则它只含碳、氢两种元解答：由于该物质为烃，则它只含碳、氢两种元素，则碳元素的质量分数为素，则碳元素的质量分数为(10017.2)%82.8%。则该烃中各元素原子数（则该烃中各元素原子数（N）之比为：）之比为：C2H5是该烃的最简式，不是该烃的分子式是该烃的最简式，不是该烃的分子式

8、设设该烃有该烃有n n个个C C2 2H H5 5，则，则 229/58n因此，烃的分子式为因此，烃的分子式为 C4H10。例例1 1、某、某烃烃含氢元素的质量分数为含氢元素的质量分数为17.2%17.2%，求此烃的，求此烃的最最简式（实验式）。简式（实验式）。又测得该烃的相对分子质量是又测得该烃的相对分子质量是5858，求该烃的分子式。求该烃的分子式。 第12页/共59页例例3 3、4.6g4.6g某饱和一元醇某饱和一元醇C C与足量金属钠反应，与足量金属钠反应，得到得到1.12L1.12L（标准状况）的氢气。求该饱和一（标准状况）的氢气。求该饱和一元醇的分子式。元醇的分子式。 C C2 2

9、H H6 6O O第13页/共59页 例例4 4、吗啡分子含、吗啡分子含C:71.58%C:71.58%、H:6.67%H:6.67%、 N:4.91%, N:4.91%, 其余为氧，其分子量不超过其余为氧，其分子量不超过300300。试确定其分子式。试确定其分子式。 解：由已知条件可知含氧为解：由已知条件可知含氧为16.84%，观察，观察可知含可知含N量最少。量最少。 设含设含n个个N原子，则吗啡的分子量为原子，则吗啡的分子量为 14n/4.91% = 285n300，即吗啡含有，即吗啡含有1个个N，相对分子质量为相对分子质量为285。 则吗啡分子中则吗啡分子中 N(C)=17 , N (H

10、)=19 N (O)=3 吗啡的分子式为吗啡的分子式为C17H19NO3第14页/共59页谢 谢！第15页/共59页2）先根据各元素的质量分数或求得的质量确）先根据各元素的质量分数或求得的质量确定实验式，再根据相对分子质量求分子式定实验式，再根据相对分子质量求分子式3）对只知道）对只知道相对分子质量范围相对分子质量范围的有机的有机物，要通过物，要通过估算估算求相对分子质量，再求求相对分子质量，再求分子式分子式1）直接根据相对分子质量和元素的质）直接根据相对分子质量和元素的质量分数或分子通式求分子式量分数或分子通式求分子式第16页/共59页例例1 1、某、某烃烃含氢元素的质量分数为含氢元素的质量

11、分数为17.2%17.2%，求此烃的求此烃的最简式（实验式）最简式（实验式）。又测得该烃的相对分子质量是又测得该烃的相对分子质量是5858，求该，求该烃的分子式。烃的分子式。 第17页/共59页解答：由于该物质为烃，则它只含碳、解答：由于该物质为烃，则它只含碳、氢两种元素，则碳元素的质量分数为氢两种元素，则碳元素的质量分数为（10017.2）%82.8%。则该烃中各。则该烃中各元素原子数（元素原子数（N）之比为：）之比为：C2H5是该烃的实验式，不是该烃的分子式是该烃的实验式，不是该烃的分子式 设该烃有设该烃有n n个个C C2 2H H5 5，则，则因此，烃的分子式为因此，烃的分子式为 C4

12、H10。229/58n第18页/共59页例例2. 2. 燃烧某有机物燃烧某有机物A 1.50gA 1.50g，生成，生成1.12L1.12L（标准状况）二氧化碳和（标准状况）二氧化碳和0.05mol0.05mol水水 。该有机物的蒸气对空气的相对密。该有机物的蒸气对空气的相对密度是度是1.041.04，求该有机物的分子式。，求该有机物的分子式。 解题思路：解题思路：1.1.求最简式求最简式2.2.根据相对分子质量确定分子式根据相对分子质量确定分子式第19页/共59页第20页/共59页 该物质的相对分子质量：该物质的相对分子质量： 1.04x29=30 所以该物质的分子式为所以该物质的分子式为

13、CH2O第21页/共59页例例3、4.6g某饱和一元醇某饱和一元醇C与足量金属钠反应，与足量金属钠反应，得到得到1.12L（标准状况）的氢气。求该饱和一（标准状况）的氢气。求该饱和一元醇的分子式。元醇的分子式。 C C2 2H H6 6O O第22页/共59页例例4 4、吗啡分子含、吗啡分子含C:71.58%C:71.58%、H:6.67%H:6.67%、N:4.91%, N:4.91%, 其余为氧，其分子量不超过其余为氧，其分子量不超过300300。试确定其分子。试确定其分子式。式。解：由已知条件可知含氧为解：由已知条件可知含氧为16.84%，观察可知，观察可知含含N量最少，据原子量可知，含

14、量最少，据原子量可知，含N原子的个数最原子的个数最少，可设含少，可设含n个个N原子，则吗啡的分子量为原子，则吗啡的分子量为14n/4.91% = 285n300，即吗啡含有，即吗啡含有1个个N，分，分子量为子量为285。则吗啡分子中：。则吗啡分子中：N(C)=17 N (H)=19 N (O)=3 吗啡的分子式为吗啡的分子式为C17H19NO3第23页/共59页第24页/共59页第25页/共59页分子式分子式分子结分子结构构 有机化合物有机化合物 官能团及官能团及 碳骨架结构碳骨架结构 相对分子质量相对分子质量定性定量分析测定相对分子质量化学分析光谱分析第26页/共59页第27页/共59页1、

15、确定元素组成、确定元素组成李比希法李比希法第28页/共59页第29页/共59页2、确定有机物相对分子质量、确定有机物相对分子质量(常用方法常用方法)（1）M = m总总/n总总（2）根据有机蒸气的相对密度）根据有机蒸气的相对密度D，M1 = DM2（3）若标况下有机物蒸气的密度为）若标况下有机物蒸气的密度为g/L，则，则M = 22.4L/mol g/L（4 4）质谱法）质谱法(MS)(MS)：根据有机化合物的质谱图根据有机化合物的质谱图，可看出有机化合物分子失去一个电子成为，可看出有机化合物分子失去一个电子成为带正电荷的离子的质量大小，其中带正电荷的离子的质量大小，其中最大的离最大的离子质量

16、子质量就是有机化合物的相对分子质量。就是有机化合物的相对分子质量。第30页/共59页相对分子质量的测定：质谱法（相对分子质量的测定：质谱法（MS）质谱仪质谱仪第31页/共59页1527314546m/e相对丰度乙醇100%060%20%50302029原理：原理：用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子，在磁场的作用下，由于正电荷的分子离子和碎片离子，在磁场的作用下，由于它们的质量不同而使其到达检测器的时间不同，其结果它们的质量不同而使其到达检测器的时间不同，其结果被记录为质谱图被记录为质谱图( (反映不同质量的离子的质荷比

17、反映不同质量的离子的质荷比) )。 乙醇的质谱图乙醇的质谱图CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+CH3CH2OH+第32页/共59页由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大的数据就是未知物的相对分子质量质荷比最大的数据就是未知物的相对分子质量。质荷比：碎片的相对质量（质荷比：碎片的相对质量（m）和所带电）和所带电荷（荷（e）的比值。）的比值。第33页/共59页例：例：20022002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一是发明了对

18、有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极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（少量的（10109 9g g）化合物通过质谱仪的离子化室使样品）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。如分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C C2 2H H6 6离子化后可得到离子化后可得到C C2 2H H6 6、C C2 2H H5 5、C C2 2H H4 4，然后，然后测定其质荷比。测定其质荷比。某有机物样品的质荷比如下图所示。某有机物样品的质荷比如下图所示。则该有机物可能是则该有机物可能是（ ）A、甲醇、甲醇 B、甲烷、甲烷 C、丙烷、丙烷

19、D、乙烯、乙烯B第34页/共59页第35页/共59页推测化学推测化学键类型键类型判断官能团种判断官能团种类及所处位置类及所处位置确定有机化确定有机化合物结构式合物结构式计算不饱和计算不饱和度度化学性质实验或化学性质实验或仪器分析图谱仪器分析图谱v测定有机物的结构，关键步骤是测定有机物的结构，关键步骤是判定有机物的不饱和度判定有机物的不饱和度及其及其典型化学性质典型化学性质，进而确定进而确定有机物所含的官能团及其所处的位置。有机物所含的官能团及其所处的位置。第36页/共59页1 1、有机化合物分子不饱和度的计算有机化合物分子不饱和度的计算 不饱和度也称缺氢指数不饱和度也称缺氢指数 ，可以通过有机

20、化合物的分子式计算得出。，可以通过有机化合物的分子式计算得出。 几种官能团的不饱和度几种官能团的不饱和度化学键化学键不饱和度不饱和度化学键化学键不饱和度不饱和度一个碳碳双键一个碳碳双键1一个碳碳三键一个碳碳三键2一个羰基一个羰基1一个苯环一个苯环4一个脂环一个脂环1一个氰基一个氰基2不饱和度计算公式：不饱和度计算公式：分子的不饱和度分子的不饱和度=n(C)+1-n(H)2(若含卤素原子，可视为H原子；氧硫原子不予考虑；氮原子则在氢原子中减去)第37页/共59页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三键碳碳双键或三键溴的四氯化碳溶液溴的四氯化碳溶液红棕色褪去红棕色褪去酸性高锰酸钾

21、溶液酸性高锰酸钾溶液紫色褪去紫色褪去卤素原子卤素原子NaOHNaOH溶液溶液 稀硝酸稀硝酸 硝酸银溶液硝酸银溶液有沉淀生成有沉淀生成醇羟基醇羟基钠钠有氢气放出有氢气放出酚羟基酚羟基三氯化铁溶液三氯化铁溶液显色显色浓溴水浓溴水有白色沉淀生成有白色沉淀生成醛基醛基银氨溶液银氨溶液有银镜生成有银镜生成新制氢氧化铜悬浊液新制氢氧化铜悬浊液有砖红色沉淀生成有砖红色沉淀生成羧基羧基碳酸氢钠溶液碳酸氢钠溶液有气体放出有气体放出硝基硝基硫酸亚铁铵溶液、硫酸与氢氧硫酸亚铁铵溶液、硫酸与氢氧化钾的甲醇溶液化钾的甲醇溶液1分钟内溶液由淡绿分钟内溶液由淡绿色变红棕色色变红棕色氰基氰基稀碱水溶液，加热稀碱水溶液，加热有

22、氨气放出有氨气放出第38页/共59页红外光谱红外光谱(IR)：每种官能团在红外光谱中都有一个特定的吸收每种官能团在红外光谱中都有一个特定的吸收区域，因此从一未知物的红外光谱就可以准确区域，因此从一未知物的红外光谱就可以准确判断有机化合物含有哪些判断有机化合物含有哪些官能团官能团。红外光谱不。红外光谱不仅可以用于定性鉴定，也可以定量算出样品的仅可以用于定性鉴定，也可以定量算出样品的浓度。浓度。核磁共振谱核磁共振谱(NMR)：核磁共振谱分为核磁共振谱分为氢谱氢谱和和碳谱碳谱两类，其中比较常用的是氢谱。氢谱能够测定有机化合物分子中两类，其中比较常用的是氢谱。氢谱能够测定有机化合物分子中氢原子氢原子在

23、碳骨架上的在碳骨架上的位置和数目位置和数目，进而推断出有机化合物的碳骨架结构。，进而推断出有机化合物的碳骨架结构。光谱分析的作用 ：紫外光谱紫外光谱：紫外光谱可以确定分子中有无共轭双键紫外光谱可以确定分子中有无共轭双键第39页/共59页红外光谱（红外光谱（IR）红外光谱仪红外光谱仪第40页/共59页用途：用途：通过红外光谱可以通过红外光谱可以推知有机物含推知有机物含有哪些有哪些化学键、官能团化学键、官能团例、某有机物的相对分子质量为例、某有机物的相对分子质量为7474，试，试根据下列红外光谱图确定其分子结构，根据下列红外光谱图确定其分子结构，并写出该分子的结构简式。并写出该分子的结构简式。 第

24、41页/共59页COC对称对称CH3对称对称CH2第42页/共59页核磁共振氢谱（核磁共振氢谱（1H-NMR）核磁共振仪核磁共振仪用途：用途：通过核磁共振氢谱可知道有机物里有多少种氢通过核磁共振氢谱可知道有机物里有多少种氢原子，不同氢原子的数目之比是多少。原子，不同氢原子的数目之比是多少。第43页/共59页吸收峰数目吸收峰数目氢原子类型氢原子类型不同吸收峰的面积之比不同吸收峰的面积之比(强度之比强度之比)不同氢原子的个数之比不同氢原子的个数之比CH3CH2OHCH3OCH3CH3CH2BrCH3CHOC2H6O第44页/共59页练习、练习、2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成年诺贝尔化学奖表彰了

25、两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特果，其中一项是瑞士科学家库尔特维特里维特里希发明了希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法生物大分子三维结构的方法”。在化学上。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不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中给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出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出谱中只给出一种一种信号的是：信号的是： A. HCHO B. CH3OH C. HC

26、OOH D. CH3COOCH3第45页/共59页图谱解题建议图谱解题建议：1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。方法。2、必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。、必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。3、根据图谱获取的信息，按碳四价的原、根据图谱获取的信息，按碳四价的原则对官能团、基团进行合理的拼接。则对官能团、基团进行合理的拼接。4、得出结构（简）式后，再与谱图提供信息对、得出结构（简）式后，再与谱图提供信息对照检查，主要为分子量、官能团、基团的类别照检查，主要为分子量、官能团、基团的类别是否吻合。是否吻合。第46页/共59页第47页/共59页医用胶医用胶

27、正在缝正在缝合合外科手术常用化学合成材料外科手术常用化学合成材料医用胶医用胶常用作手术常用作手术缝合线，缝合线，特点：粘特点：粘合伤口速度快、免敷料包扎、合伤口速度快、免敷料包扎、抑菌性能强、伤口愈合后无明抑菌性能强、伤口愈合后无明显疤痕等优点显疤痕等优点小知识第48页/共59页1 1、测定实验式、测定实验式燃烧燃烧30.6g医用胶的单体样品，实验测得：生成医用胶的单体样品，实验测得：生成70.4gCO2、19.8gH2O、2.24LN2（换算成标准状（换算成标准状况），请通过计算确定其实验式况），请通过计算确定其实验式n(CO2)=70.4g44gmol-1=1.6moLn(C)=1.6mo

28、Ln(N2)=2.24L22.4Lmol-1=0.1moLn(N)=0.2moLn(O)=(30.6-1.6X12-1.1X2-0.1X2X4)g16gmoL-1=0.4moL实验式（最简式）：实验式（最简式）：C8H11O2Nn(H)=2.2moL19.8gn(H2O)=18gmol-1=1.1moL18gmol-1=1.1moL第49页/共59页 由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0，确定请分子式：，确定请分子式：设该化合物的分子式为设该化合物的分子式为(C8H11O2N)n则则n=153/M(C8H11O2N)=1该化合物的分子式为该

29、化合物的分子式为C8H11O2N1)计算样品的不饱和度，推测分子中是否含有苯环，计算样品的不饱和度，推测分子中是否含有苯环，碳碳双键、碳碳叁键或碳氧双键或氰基碳碳双键、碳碳叁键或碳氧双键或氰基=n(C)+1-n(H)-n(N)/2 =8+1-(11-1)/2 =4可能有一个苯环、或可能有一个苯环、或者是叁键、双键等的者是叁键、双键等的结合结合2 2 、确定分子式、确定分子式第50页/共59页2)2)用化学方法测定样品分子中的官能团用化学方法测定样品分子中的官能团利用医用胶的单体分别做如下实验：利用医用胶的单体分别做如下实验： 加入酸性加入酸性KMnO4溶液溶液, 溶液紫色褪去溶液紫色褪去 加入

30、加入(NH4 )2Fe(SO4)2溶液、硫酸及溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液的甲醇溶液,无明显变化无明显变化 加入稀碱水溶液并加热加入稀碱水溶液并加热,有氨气放出有氨气放出由以上现象可以得知该有机化合物可能具有哪些官能团由以上现象可以得知该有机化合物可能具有哪些官能团?可能含有碳碳双键、碳碳叁键、碳氧双键等可能含有碳碳双键、碳碳叁键、碳氧双键等无硝基无硝基有氰基有氰基样品的官能团可以通过分析其红外光谱图而确定。通过谱图分析样品的官能团可以通过分析其红外光谱图而确定。通过谱图分析, ,可知该样品分子含有可知该样品分子含有-CN-CN、C=CC=C、C=O (C=O (酯羰基酯羰基) )等官能团。等

31、官能团。第51页/共59页 样品分子核磁氢谱图和核磁碳谱图提示：该有机样品分子核磁氢谱图和核磁碳谱图提示：该有机化合物分子中含有如下结构。请据此推测样品分子的化合物分子中含有如下结构。请据此推测样品分子的官能团在碳链上的位置。官能团在碳链上的位置。4)综上所述综上所述,该有机化合物的结构简式为该有机化合物的结构简式为3)推测样品分子的碳骨架结构和官能团在碳链上的位置。推测样品分子的碳骨架结构和官能团在碳链上的位置。 结构简式：结构简式：CH2=C-C-O-CH2-CH2-CH2-CH3=O-CNCH2=C- -O-CH2-CH2-CH2-CH3 -C-OR =O第52页/共59页练习、某有机物由练习、某有机物由C C、H H、O O三种元素组成，它三种元素组成，它的红外吸收光谱表明有羟基的红外吸收光谱表明有羟基O OH H键和烃基上键和烃基上C CH H键的红外吸收峰，且烃基与羟基上氢原子个键的红外吸收峰，且烃基与羟基上氢原子个数比为数比为2 21 1，它们的相对分子质量为，它们的相对分子质量为6262，试，试写出该有机物的结构简式。写出该有机物的结构简式。 HOCH2CH2OH第53页/共59页练习、分子式为练习、分子式为C3H6O2的有机物，若在的有机物，若在1H-NMR谱上观察到氢原子峰的强度为谱上观察到氢原子峰的强度为3:3，