§选5-1-4研究有机化合物的一般步骤和方法3分子结构的鉴定

1、选修5第一章 认识有机化合物第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法三三 分分子结构的鉴定子结构的鉴定（1）了解研究有机化合物的一般方法，）了解研究有机化合物的一般方法，（2）能根据有机化合物的元素含量、相对分子质量）能根据有机化合物的元素含量、相对分子质量确定有机化合物的分子式。确定有机化合物的分子式。（3）了解确定有机化合物结构的化学方法）了解确定有机化合物结构的化学方法(鉴定官能鉴定官能团团)和某些物理方法和某些物理方法(红外光谱、核磁共振氢谱红外光谱、核磁共振氢谱)。学习目标研究有机物的几个基本步骤：实验式：有机物中各元素的物质的量之比(最简式)； ( (或理解为：有机物一个分子中各元素

2、原子个数比。或理解为：有机物一个分子中各元素原子个数比。) )分子式：有机物一个分子中各元素的原子个数；结构式：有机物分子中各元素原子的结构方式； ( (应考虑同分异构体应考虑同分异构体) )1根据标准状况下气体的密度根据标准状况下气体的密度，计算该气体的摩尔，计算该气体的摩尔质量，质量， 即即数值上等于该气体的相对分子质量：数值上等于该气体的相对分子质量：M22.4(限于标准状况下限于标准状况下)2依据气体的相对密度依据气体的相对密度D，计算气体的相对分子质量，计算气体的相对分子质量： MADMB.有机物相对分子质量的有机物相对分子质量的确定确定 三三、分子结构的鉴定分子结构的鉴定1鉴定鉴定

3、方法方法 化学方法化学方法: 通过通过特征反应来鉴别特征反应来鉴别 物理方法：质物理方法：质谱、谱、紫外光谱紫外光谱、 、 红外光谱红外光谱官能团官能团核磁共振氢谱核磁共振氢谱XOH2红外光谱红外光谱(确定化学键、官能团确定化学键、官能团) 用用红外线照射有机物时，分子中的化学键或官红外线照射有机物时，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，在红外光谱上将处于不同的位置，从而频率不同，在红外光谱上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种可以获得分子中含有何种 或或 的信的信息息化学键化学键官能团官能团 示例：课本示

4、例：课本P20示例中有机物示例中有机物A的分子式是的分子式是C2H6O，其红外光谱图如下，其结构简式为：其红外光谱图如下，其结构简式为：据红外光谱图分析，该有机物含：据红外光谱图分析，该有机物含：CH键、键、OH键、键、CO键；键；CH3CH2OHCOCC=O不对称不对称CH3 例例5 5、下图是一种分子式为下图是一种分子式为C3H6O2的有机物的红外光谱谱图的有机物的红外光谱谱图, ,则该有机物的结构简式为：则该有机物的结构简式为：CH3COCH3O 例例6 6、某有机物、某有机物的相对分子质量为的相对分子质量为7474，其红外光谱图如下，确定，其红外光谱图如下，确定分子结构，请写出该分子的

5、结构简分子结构，请写出该分子的结构简式：式： COC对称对称CH3对称对称CH2CH3CH2OCH2CH33核磁共振氢谱核磁共振氢谱(1)作用：作用：测定有机物分子中氢原子的测定有机物分子中氢原子的 和和 (2)原理：原理：处于不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的处于不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的 ，而且吸收峰的面积与而且吸收峰的面积与 成正比成正比类型类型数目数目位置不同位置不同氢原子个数氢原子个数 注意：注意： 红外光谱图可确定有机物中含有的官能团，红外光谱图可确定有机物中含有的官能团，核磁共振氢谱可以测定分子中有多少氢原子，二者相结合一核磁共振氢谱可以测定分子中有多少氢原子，二者相

6、结合一般可以确定分子的般可以确定分子的结构。结构。化学位移化学位移：H原子所处的环境不同，连接的原子不同，则吸收电磁波的频原子所处的环境不同，连接的原子不同，则吸收电磁波的频率也不同，这个不同的频率叫做化学位移（率也不同，这个不同的频率叫做化学位移（d）。）。H原子处的电子密度越小，原子处的电子密度越小，则化学位移则化学位移 d 越大。越大。吸收峰吸收峰：峰的相对高度与分子中这类：峰的相对高度与分子中这类H原子的数量成正比。原子的数量成正比。 右图，二甲醚，含有两个甲基右图，二甲醚，含有两个甲基CH3，连接在同一个，连接在同一个O原子之上，六个原子之上，六个H原原子的化学环境完全等同，所以只有

7、一个吸收峰。子的化学环境完全等同，所以只有一个吸收峰。 核磁共振氢谱的观察要点：核磁共振氢谱的观察要点：化学位移化学位移：H原子所处的环境不同，连接的原子不同，则吸收电磁波的频率也不同，原子所处的环境不同，连接的原子不同，则吸收电磁波的频率也不同，这个不同的频率叫做化学位移（这个不同的频率叫做化学位移（d）。）。H原子处的电子密度越小，则化学位移原子处的电子密度越小，则化学位移 d 越大。越大。 吸收峰吸收峰：峰的相对高度与分子中这类：峰的相对高度与分子中这类H原子的数量成正比。原子的数量成正比。 左图，三个吸收峰，说明含有三类左图，三个吸收峰，说明含有三类H原子，它们的峰高比大约为原子，它们

8、的峰高比大约为 2:1:3，分别对应着，分别对应着2个、个、1个、个、3个个H原子。原子。 （1）最右边的）最右边的3个个H原子是普通甲基原子是普通甲基CH3； （2）最左边的）最左边的2个个H原子对应着原子对应着 CH3CH2OH 中的中的 CH2，它同时与一个，它同时与一个C、一个、一个O相连；相连； （3）中间的）中间的1个个H原子是羟基上的原子是羟基上的H。 核磁共振氢谱的观察要点：核磁共振氢谱的观察要点：核磁共振氢谱的观察要点：核磁共振氢谱的观察要点： 通过通过核磁共振氢谱可知道有机物里有多少种氢原子，不同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。氢原子的

9、数目之比是多少。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（强度之比）不同吸收峰的面积之比（强度之比）不同氢原子的个数之比不同氢原子的个数之比例例3核磁共振氢谱是指有机物分子中的氢原子核所处的化学环境核磁共振氢谱是指有机物分子中的氢原子核所处的化学环境(即其附即其附近的基团近的基团)不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振图中坐标的位置图中坐标的位置(化学位移，符号为化学位移，符号为)也就不同现有一物质的核磁共振氢也就不同现有一物质的核磁共振氢谱如图所示则可能是下列物质中的谱如图所示则可能是下列物质中的

10、()ACH3CH2CH3 BCH3CH2CH2OHC DCH3CH2CHOB 例例7. 某某有机物有机物X的分子式为的分子式为C2H6O，其红外光谱和核磁共振，其红外光谱和核磁共振 氢谱如下：氢谱如下：你能确定你能确定X的结构吗？的结构吗？分析：分析：由由X的红外光谱确定的红外光谱确定X分子分子结构中存在结构中存在CH键、键、CO键、键、OH键由键由X的核磁共振氢谱确的核磁共振氢谱确定定X分子结构中有三种不同类型分子结构中有三种不同类型的氢原子，且强度比为的氢原子，且强度比为1 2 3.答案：答案： CH3CH2OH 例例8. 已知某有机物已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示的红外光

11、谱和核磁共振氢谱如图所示,下列说法中错误的下列说法中错误的是是( ) A由红外光谱可知由红外光谱可知,该有机物中至少含有三种不同的化学键该有机物中至少含有三种不同的化学键 B由核磁共振氢谱可知由核磁共振氢谱可知,该有机物分子中有三种不同的氢原子且个数比为该有机物分子中有三种不同的氢原子且个数比为1 2 3 C仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数 D若若A的化学式为的化学式为C2H6O,则其结构简式为则其结构简式为CH3OCH3有机物有机物A A的红外光谱的红外光谱有机物有机物A A的核磁共振氢谱的核磁共振氢谱D1在核磁共振氢谱中出现两组峰

12、，且其面积之比为在核磁共振氢谱中出现两组峰，且其面积之比为 3 2的化合物是的化合物是 ()D2、2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特学家库尔特维特里希发明了维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物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大分子三维结构的方法”。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，。在化学上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出的信号不它是根据不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的氢原子。下列有机物分子在核磁同来确定有

13、机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出共振氢谱中只给出一种一种信号的是信号的是AHCHOBCH3OHCHCOOHDCH3COOCH3A3、一个有机物的分子量为一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳碳双键和红外光谱表征到碳碳双键和CO的存在，核的存在，核磁共振氢谱列如下图：磁共振氢谱列如下图：写出该有机物的分子式：写出该有机物的分子式：写出该有机物的可能的结构简式：写出该有机物的可能的结构简式：C4H6OCH3CH=CHCHO CH2=CH-CH2-CHO 4、分子式为分子式为C3H6O2的二元混合物，如果在核磁共振氢谱上的二元混合物，如果在核磁共振氢谱上观察到氢原子

14、给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为为11；第二种情况峰给出的强度为；第二种情况峰给出的强度为321。由此推断混合。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）物的组成可能是（写结构简式）。CH3COOCH3 CH3CH2COOH归纳：确定有机物分子式、结构式的基本方法1根据价键规律确定根据价键规律确定 某些某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确定其结构式例如据分子式确定其结构式例如C2H6，只能是，只能是CH3CH3.要点概括三有机物结构式确定的基本方法有机物结构式确定的基本

15、方法2通过定性实验确定通过定性实验确定实验实验有机物表现的性质及相关结论有机物表现的性质及相关结论官能团官能团确定确定结式结式 如：能如：能使溴的四氯化碳使溴的四氯化碳溶液褪色溶液褪色的有机物分子中可能含的有机物分子中可能含有有 ，或，或CC， 不能不能使溴的四氯化碳使溴的四氯化碳溶液褪色溶液褪色却能使酸性高锰酸钾却能使酸性高锰酸钾溶液溶液褪色褪色的可能是苯的同系物等的可能是苯的同系物等3通过定量实验确定通过定量实验确定(1)通过定量实验确定有机物的官能团，如乙醇结构式的确通过定量实验确定有机物的官能团，如乙醇结构式的确 定；定；(2)通过定量实验确定官能团的数目，如测得通过定量实验确定官能团

16、的数目，如测得1 mol 某醇与某醇与足量钠反应可得到足量钠反应可得到1 mol 气体，则可说明醇分子含有气体，则可说明醇分子含有2个个OH.要点概括三有机物结构式确定的基本方法有机物结构式确定的基本方法4根据实验测定的有机物的结构片段根据实验测定的有机物的结构片段“组装组装”有机物有机物 实验实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律如价键规律、性质和量的规律等根据有机物的结构规律如价键规律、性质和量的规律等来对其进行来对其进行“组装组装”和和“拼凑拼凑”5其他方法确定有机物的结构其他方法确定有机物的结构 可用可用红外光谱、核磁共

17、振氢谱确定有机物中的官能团红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的官能团和各类氢原子数目，确定结构式和各类氢原子数目，确定结构式要点概括三有机物结构式确定的基本方法有机物结构式确定的基本方法例例为了测定某有机物为了测定某有机物A的结构，做如下实验：的结构，做如下实验：将将2.3 g该有机物完全该有机物完全燃烧，生成燃烧，生成0.1 mol CO2和和2.7 g水；水；用质谱仪测定其相对分子质量，得如用质谱仪测定其相对分子质量，得如图图1所示的质谱图；所示的质谱图；用核磁共振仪处理该化合物，得到如图用核磁共振仪处理该化合物，得到如图2所示图谱，所示图谱，图中三个峰的面积之比是图中三个峰的面积之比是1

18、 2 3.完成下列问题：完成下列问题：(1)有机物有机物A的相对分子质量是的相对分子质量是_(2)有机物有机物A的实验式是的实验式是_(3)能否根据能否根据A的实验式确定的实验式确定A的分子式的分子式_(填填“能能”或或“ 不能不能”)，若能，则，若能，则A的分子式是的分子式是_(若不能，则若不能，则此空此空不填不填)(4)写出有机物写出有机物A可能的结构简式可能的结构简式_46C2H6O能能 CH3CH2OH 有有A、B两种有机物，按要求回答下列问题：两种有机物，按要求回答下列问题：(1)取有机物取有机物A 3.0 g，完全燃烧后生成，完全燃烧后生成3.6 g水和水和3.36 L CO2(标

19、准状况标准状况)，已知，已知该有机物的蒸气对氢气的相对密度为该有机物的蒸气对氢气的相对密度为30，求该有机物的，求该有机物的分子分子_。(2)有机物有机物B的分子式为的分子式为C4H8O2，其红外光谱图如下，其红外光谱图如下，试推测该有机物的可能结构：试推测该有机物的可能结构：_。C3H8OCH3COCH2OCH3、CH3CH2COOCH3、CH3COOCH2CH3BD红外光谱法红外光谱法核磁共振氢谱法核磁共振氢谱法4232解析： 为了为了测定乙醇的结构式，有人设计了用无水酒精与钠反应的实验装置和测定乙醇的结构式，有人设计了用无水酒精与钠反应的实验装置和测定氢气体积的装置进行实验。可供选用的实验仪器如图所示：测定氢气体积的装置进行实验。可供选用的实验仪器如图所示：实验探究请回答以下问题：请回答以下问题：(1)测量氢气体积的正确测量氢气体积的正确装置是装置是_(填写编号填写编号)。(2)装置中装置中A部分的分液漏斗部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是所起的作用是_(填写编号填写编号)。A防止无水酒精挥发防止无水酒精挥发B保证实验装置不漏气保证实验装置不漏气C使无水酒精容易滴下使无水酒精容易滴下B