选修5 1-4 研究有机化合物的一般步骤和方法

1、第一章 认识有机化合物第四节第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法研究有机化合物的一般步骤和方法arronli研究有机化合物要经过以下几个步骤研究有机化合物要经过以下几个步骤:粗产品粗产品分离提纯分离提纯定性分析定性分析定量分析定量分析除除杂杂质质确定确定组成组成元素元素质质量量分分析析测测定定分分子子量量结结构构分分析析实验式或最简式实验式或最简式分子式分子式结构式结构式每一个操作步骤每一个操作步骤是怎样完成的呢是怎样完成的呢?2)、分离提纯的方法、分离提纯的方法一、分离、提纯一、分离、提纯 混合物分离中常用的操作有哪些混合物分离中常用的操作有哪些? 分离除杂的基本原则：分离除杂的基本原则：

2、 不增、不减、易分、复原不增、不减、易分、复原 怎样获得一种纯净的有机产品呢？怎样获得一种纯净的有机产品呢？ 1)、来源：天然或人工合成、来源：天然或人工合成过滤过滤蒸馏蒸馏重结晶重结晶萃取萃取含杂工含杂工业乙醇业乙醇95.6%(m/m)工业乙醇工业乙醇无水乙醇无水乙醇（99.5%以上）以上）蒸馏蒸馏加吸水加吸水剂蒸馏剂蒸馏1、蒸馏：、蒸馏： 、定义：利用、定义：利用混合液体混合液体或或液液-固体系固体系中各组分沸点不同，中各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。是蒸发和冷凝两种

3、单元操作的联合。 、目的：常用于分离提纯液态有机物或固液混合物。、目的：常用于分离提纯液态有机物或固液混合物。 、条件：有机物热稳定性较强、含少量杂质、与杂质、条件：有机物热稳定性较强、含少量杂质、与杂质沸点相差较大（沸点相差较大（30左右）左右） 、优点：在于不需使用系统组分以外的其它溶剂、优点：在于不需使用系统组分以外的其它溶剂,从而从而保证不会引入新的杂质。保证不会引入新的杂质。 普通酒精含乙醇普通酒精含乙醇95.57%(质量质量)和水和水4.43%，这是恒沸点混合物，这是恒沸点混合物，它的沸点是它的沸点是78.15，比纯乙醇的沸点，比纯乙醇的沸点(78.5)低。把这种混合物低。把这种混

4、合物蒸馏时，气相和液相的组成是相同的，即乙醇和水始终以这个混蒸馏时，气相和液相的组成是相同的，即乙醇和水始终以这个混合比率蒸出，不能用蒸馏法制得无水酒精。合比率蒸出，不能用蒸馏法制得无水酒精。 实验室制备无水酒精时，在实验室制备无水酒精时，在95.57%酒精中加入生石灰酒精中加入生石灰(CaO)加热加热回流，使酒精中的水跟氧化钙反应，生成不挥发的氢氧化钙来除回流，使酒精中的水跟氧化钙反应，生成不挥发的氢氧化钙来除去水分，然后再蒸馏，这样可得去水分，然后再蒸馏，这样可得99.5%的无水酒精。如果还要去的无水酒精。如果还要去掉这残留的少量的水，可以加入金属镁来处理，可得掉这残留的少量的水，可以加入

5、金属镁来处理，可得100%乙醇，乙醇，叫做绝对酒精。叫做绝对酒精。 工业上制备无水酒精的方法是在普通酒精中加入一定量的苯，再工业上制备无水酒精的方法是在普通酒精中加入一定量的苯，再进行蒸馏。于进行蒸馏。于64.9沸腾，蒸出苯、乙醇和水的三元恒沸混合物沸腾，蒸出苯、乙醇和水的三元恒沸混合物(比率为比率为74 18.5 7.5)，这样可将水全部蒸出。继续升高温度，这样可将水全部蒸出。继续升高温度，于于68.3蒸出苯和乙醇的二元混合物蒸出苯和乙醇的二元混合物(比率为比率为67.6 32.4)，可将苯，可将苯全部蒸出。最后升高温度到全部蒸出。最后升高温度到78.5，蒸出的是无水乙醇。，蒸出的是无水乙醇

6、。 近年来，工业上也使用强酸性阳离子交换树脂近年来，工业上也使用强酸性阳离子交换树脂(具有极性基团，具有极性基团，能强烈吸水能强烈吸水)来制取无水酒精来制取无水酒精.无水酒精的制取无水酒精的制取蒸蒸馏馏烧烧瓶瓶冷冷凝凝管管温度计温度计尾尾接接管管冷水冷水(进进)热水热水(出出)使用前要检查装置的气密性！使用前要检查装置的气密性！、操作、操作操作时要注意：操作时要注意：（1）在蒸馏烧瓶中放少量碎瓷片，防止液体暴沸。）在蒸馏烧瓶中放少量碎瓷片，防止液体暴沸。（2）温度计水银球的位置应与支管口下缘位于同一水平线上。）温度计水银球的位置应与支管口下缘位于同一水平线上。（3）蒸馏烧瓶中所盛放液体不能超过

7、其容积的）蒸馏烧瓶中所盛放液体不能超过其容积的2/3，也不能，也不能少于少于1/3。（4）冷凝管中冷却水从下口进，上口出。）冷凝管中冷却水从下口进，上口出。（5）加热温度不能超过混合物中沸点最高物质的沸点。（）加热温度不能超过混合物中沸点最高物质的沸点。（6）蒸馏完毕，应先停止加热，然后停止通水蒸馏完毕，应先停止加热，然后停止通水 、定义：将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从、定义：将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从溶液溶液或熔体中结晶的过程。又称再结晶。利用被提纯物质与杂质或熔体中结晶的过程。又称再结晶。利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同而将其杂质除去的方法。在同一溶剂中的溶解度不同

8、而将其杂质除去的方法。 、目的：用来提纯固体有机物、目的：用来提纯固体有机物 、关键：选择适当的溶剂、关键：选择适当的溶剂 选择溶剂的条件：选择溶剂的条件：2、重结晶：、重结晶： 杂质在溶剂中的溶解度杂质在溶剂中的溶解度很小或很大；很小或很大； 被提纯的有机物在此溶被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影剂中的溶解度受温度的影响较大。响较大。 选择的溶剂沸点不宜太选择的溶剂沸点不宜太高，以免该溶剂在结晶和高，以免该溶剂在结晶和重结晶时附着在晶体表面重结晶时附着在晶体表面不容易除尽不容易除尽 粗产品粗产品热溶解热溶解热过滤热过滤冷却结晶冷却结晶提纯产品提纯产品是不是温度越低越好？是不是温度越低

9、越好？例如：苯甲酸的重结晶例如：苯甲酸的重结晶P.18图图1-9 原理：利用混合物中一种溶质在互不相溶的两种溶剂中原理：利用混合物中一种溶质在互不相溶的两种溶剂中的溶解性不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组的溶解性不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来的方法。成的溶液中提取出来的方法。 主要仪器：分液漏斗主要仪器：分液漏斗 操作过程：操作过程：振振荡荡静静置置分分液液3、萃取：、萃取： 萃取包括：萃取包括： 1）液）液液萃取：是利用有机物在两种互不相溶的溶剂液萃取：是利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂中的溶解性不同，将有机物

10、从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。的过程。 2）固）固液萃取：是用有机溶剂从固体物质中溶解液萃取：是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程出有机物的过程 。（专用仪器设备）。（专用仪器设备）4、色谱法：阅读、色谱法：阅读P.19 利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，分离、提纯利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，分离、提纯有机物的方法。有机物的方法。例如：用粉笔分离色素例如：用粉笔分离色素练习练习1、下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离、下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是的是A 乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水B 四氯化碳和水，

11、溴苯和水，硝基苯和水四氯化碳和水，溴苯和水，硝基苯和水C 甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇D 汽油和水，苯和水，己烷和水汽油和水，苯和水，己烷和水练习练习2、可以用分液漏斗分离的一组液体混和物是、可以用分液漏斗分离的一组液体混和物是A 溴和四氯化碳溴和四氯化碳 B 苯和溴苯苯和溴苯 C 汽油和苯汽油和苯 D 硝基苯和水硝基苯和水 有机物有机物(纯净纯净)确定实验式确定实验式首先要确定有机物中含首先要确定有机物中含有哪些元素有哪些元素如何利用实验的方法确定有机物中如何利用实验的方法确定有机物中C、H、O各元各元素的质量分数？素的质量分数？李比希法李比希法现代元素分析法

12、现代元素分析法二、定性定量分析二、定性定量分析“李比希元素分析法李比希元素分析法”的原理：的原理：取定量含取定量含C、H(O)的有机的有机物物加氧化铜加氧化铜 氧化氧化H2OCO2用无水用无水CaCl2吸吸收收用用KOH浓浓溶液吸收溶液吸收得前后得前后质量差质量差得前后得前后质量差质量差计算计算C、H含量含量计算计算O含量含量得出实验式得出实验式1、元素分析、元素分析 例例1、某含、某含C、H、O三种元素的未知物三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为定该未知物中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为，氢的质量分数为13.14%。（。（P20）（1）

13、试求该未知物）试求该未知物A的实验式（分子中各原子的最简单的整的实验式（分子中各原子的最简单的整数比）。数比）。（2）若要确定它的分子式，还需要什么条件？）若要确定它的分子式，还需要什么条件？ 确定有机物分子式方法一确定有机物分子式方法一原子个数的原子个数的最简整数比最简整数比C2H6O有机物的实验式有机物的实验式有机物的分子式有机物的分子式相对分子质量相对分子质量练习练习1、某同学为测定维生素、某同学为测定维生素C（可能含（可能含C、H或或C、H、O）中碳、氢的质量分数，取维生素中碳、氢的质量分数，取维生素C样品研碎，称取该样品样品研碎，称取该样品0.352 g，置于铂舟并放入燃烧管中，不断

14、通入氧气流。用酒，置于铂舟并放入燃烧管中，不断通入氧气流。用酒精喷灯持续加热样品，将生成物先后通过无水硫酸铜和碱石精喷灯持续加热样品，将生成物先后通过无水硫酸铜和碱石灰，两者分别增重灰，两者分别增重0.144g和和0.528g，生成物完全被吸收。试回，生成物完全被吸收。试回答以下问题：答以下问题：（1）维生素）维生素C中碳的质量分数是中碳的质量分数是 ，氢的质量分数，氢的质量分数是是 。（2）维生素）维生素C中是否含有氧元素？为什么？中是否含有氧元素？为什么？（3）试求维生素）试求维生素C的实验式：的实验式： （3）若维生素）若维生素C的相对分子质量为的相对分子质量为176，请写出它的分子式，

15、请写出它的分子式C3H4O3 414.55肯定含有氧肯定含有氧C6H8O6 例例2、P21的的“学与问学与问”1mol物质中各种原子（元素）的物质中各种原子（元素）的质量质量物质的摩尔质量物质的摩尔质量与各种原子（元素）的质量分数之积与各种原子（元素）的质量分数之积 1mol物质中的各种原子的物质中的各种原子的物质的量物质的量 1mol物质中各原物质中各原子（元素）的子（元素）的质量质量除以原子的除以原子的摩尔质量摩尔质量知道一个分子中各种原子的知道一个分子中各种原子的个数个数有机物分子式有机物分子式 确定有机物分子式方法二确定有机物分子式方法二 确定有机物分子式方法一确定有机物分子式方法一原

16、子个数的原子个数的最简整数比最简整数比有机物的实验式有机物的实验式有机物的分子式有机物的分子式相对分子质量相对分子质量1mol物质中各种原子（元素）的质量物质中各种原子（元素）的质量物质的摩尔质量与各种原子（元素）的质量分数之积物质的摩尔质量与各种原子（元素）的质量分数之积 1mol物质中的各种原子的物质的量物质中的各种原子的物质的量 1mol物质中各原物质中各原子（元素）的质量除以原子的摩尔质量子（元素）的质量除以原子的摩尔质量知道一个分子中各种原子的个数知道一个分子中各种原子的个数有机物分子式有机物分子式 确定有机物分子式方法二确定有机物分子式方法二确定相对分子质量的方法有哪些？确定相对分

17、子质量的方法有哪些？（1）M = m/n（2）M1 = DM2(D:相对密度相对密度)（3）M = 22.4L/mol g/L=22.4 g/mol (标况下气体标况下气体)有没有仪器可以测定相对分子质量呢？有没有仪器可以测定相对分子质量呢？测定相对分子质量的方法很多，测定相对分子质量的方法很多，质谱法质谱法是最是最精确、最快捷的方法。精确、最快捷的方法。2、相对分子质量的确定、相对分子质量的确定质谱法质谱法相对丰度相对丰度/%质荷比质荷比/m/z由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子

18、质量因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量1、质谱仪有什么作用？其原理是什么？、质谱仪有什么作用？其原理是什么？它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。2、质荷比是什么？、质荷比是什么？3、如何确定有机物的相对分子质量？、如何确定有机物的相对分子质量？分子离子与碎片

19、离子的相对质量与其电荷的比值分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值相对丰度相对丰度/%例例3、2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机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结构分析的质谱法。其方法是让极少量的物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少量的(109g)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。如分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化后可得到离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后测定其质荷比。某有机物样品的质，然后测定其质荷比。某有机物样品的质荷比如右图所示

20、（假设离子均带一个单位正电荷，信号强度荷比如右图所示（假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关），则该有机物可能是与该离子的多少有关），则该有机物可能是 A 甲醇甲醇 B 甲烷甲烷 C 丙烷丙烷 D 乙烯乙烯 练习练习3、某有机物的结构确定：、某有机物的结构确定：测定实验式：某含测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃烧分三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是，氢的质量分数是13.51%, 则其实验式是（则其实验式是（ ）。）。 确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质确定分子式：下图是该有机物

21、的质谱图，则其相对分子质量为（量为（ ），分子式为（），分子式为（ ）。）。C4H10O74C4H10O有机物的性质有机物的性质结构式结构式（确定有机物的官能团）（确定有机物的官能团）分子式分子式计算不饱和度计算不饱和度推测可能的推测可能的官能团官能团写出可能的写出可能的同分异构体同分异构体利用官能团的特利用官能团的特征性质，通过化征性质，通过化学实验确定。学实验确定。当化合物结构比较当化合物结构比较复杂时，若用化学复杂时，若用化学方法，时间长、浪方法，时间长、浪费试剂，因此科学费试剂，因此科学上常常需要采取一上常常需要采取一些物理方法。与鉴些物理方法。与鉴定有机物结构有关定有机物结构有关的物

22、理方法有质谱、的物理方法有质谱、红外光谱、核磁共红外光谱、核磁共振谱等。振谱等。3、分子结构的测定分子结构的测定 计算不饱和度计算不饱和度有机物的不饱和度有机物的不饱和度n(C)12n(H) 若有卤族原子则视为氢原子若有卤族原子则视为氢原子 若含有氧原子，可不考虑若含有氧原子，可不考虑 若有氮原子，则从氢原子总数中减去氮原子数若有氮原子，则从氢原子总数中减去氮原子数、红外光谱法确定有机物结构的原理是：红外光谱法确定有机物结构的原理是：由于有机物中组成由于有机物中组成化学键化学键、官能团官能团的的原子原子处于不断振动状处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，当用红态，且振动频率

23、与红外光的振动频谱相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团化学键、官能团可发生可发生震动吸收，震动吸收，不同的化学键、官能团吸收频率不同不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外，在红外光谱图中将光谱图中将处于不同位置处于不同位置。因此，我们就可以根据红外光。因此，我们就可以根据红外光谱图，谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。物的结构。 红外光谱红外光谱透过率透过率波数波数/cm-1波长波长/m键伸缩振动键伸缩振动波数波数/cm-1波长波长/ mO-H3650-31002.74-3.23C=O1850-16505.40-6.05C=C1680-16005.95-6.252260-21004.43-4.761600-14506.25-6.90CC、常见键及官能团的特征频率、常见键及官能团的特征频率C-O1400-6507.00-15.75如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？ 对于对于CH3CH2OH、CH3OCH3这两种物质来说，这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子氢