第2节有机化合物结构的测定

1、第第3 3章有机合成及其应用章有机合成及其应用合成高分子化合物合成高分子化合物第第2 2节有机化合物结构的测定节有机化合物结构的测定一、有机化合物分子式的确定一、有机化合物分子式的确定(一一)确定有机化合物的元素组成确定有机化合物的元素组成1燃烧法测定烃分子中碳、氢两元素的质量分数燃烧法测定烃分子中碳、氢两元素的质量分数。 2氮元素质量分数的测定。氮元素质量分数的测定。3卤素质量分数的测定。卤素质量分数的测定。4氧元素质量分数的测定。氧元素质量分数的测定。 栏目链接栏目链接(二二)有机化合物相对分子质量的测定有机化合物相对分子质量的测定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， 求算

2、该气体的摩尔质量，即该气体的式量，求算该气体的摩尔质量，即该气体的式量， M_(限于标准状况下使用限于标准状况下使用)。2.根据气体的相对密度根据气体的相对密度D，求气体的式量，求气体的式量MADMB。3.使用质谱仪测定。使用质谱仪测定。22.4戊烷的质谱图戊烷的质谱图质谱记录了有质谱记录了有机化合物分子机化合物分子失去一个电子失去一个电子而成为带正电而成为带正电荷的离子的质荷的离子的质量大小，其中量大小，其中最大的离子质最大的离子质量就是有机化量就是有机化合物的相对分合物的相对分子质量。子质量。 栏目链接栏目链接二、有机化合物结构式的确定二、有机化合物结构式的确定(一一)有机物不有机物不饱和

3、度饱和度有机化合物分子不饱和度的计算公式为：分子的有机化合物分子不饱和度的计算公式为：分子的不饱和度不饱和度121412化学性质化学性质化学反应化学反应2有机化合物官能团的确定。有机化合物官能团的确定。(1)化学方法。化学方法。溴的溴的CCl4溶液溶液KMnO4(H)NaOH溶液、稀硝酸溶液、稀硝酸HNO3、AgNO3溶液溶液NaFe3溴水溴水银氨溶液银氨溶液新制新制Cu(OH)2NaHCO3(NH4)2Fe(SO4)2强碱强碱(2)物理方法。物理方法。红外光谱：不同的化学键或官能团吸收频率不同，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在红

4、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。样品浓度。核磁共振氢谱：用电磁波照射氢原子核，处于不同核磁共振氢谱：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，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。由此来测定氢原子在碳骨架上的位置和数目。3有机化合物结构式的确定。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

5、要是利用物质所具有的构特点。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来确定该物质所具有的_，即主要确定，即主要确定该物质的该物质的_。(2)确定有机化合物结构式的一般步骤。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结构。最后确定所写同分异构体的一种结构。化学性质化学性质官能团官能团官能团种类和位置官能团种类和位置结构式结构式官能团官能团 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接知识点知识点1 有机化合物分子式的确定有机化合物分子式的确定1研

6、究有机化合物的一般步骤。研究有机化合物的一般步骤。(1)分离提纯：研究一种新的有机化合物首先要将它分离提纯：研究一种新的有机化合物首先要将它分离提纯，保证达到应有的纯度。分离提纯的方法包括：分离提纯，保证达到应有的纯度。分离提纯的方法包括：重结晶、升华、蒸馏、层析法以及离子交换法等。重结晶、升华、蒸馏、层析法以及离子交换法等。(2)纯度的检验：纯的有机化合物有固定的物理常数，纯度的检验：纯的有机化合物有固定的物理常数，如固定的熔点、沸点、密度、折射率等。测定有机化合如固定的熔点、沸点、密度、折射率等。测定有机化合物的物理常数可检验其纯度，纯的化合物的熔点距很小。物的物理常数可检验其纯度，纯的化

7、合物的熔点距很小。 栏目链接栏目链接(3)实验式和分子式的确定：实验式和分子式的确定：进行元素定性分析，找出组成中存在哪些元素。进行元素定性分析，找出组成中存在哪些元素。进行元素定量分析，找出各种原子的相对数目，进行元素定量分析，找出各种原子的相对数目，即决定其实验式。即决定其实验式。测定相对分子质量，确定各种原子的确实数目，测定相对分子质量，确定各种原子的确实数目，根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱等确定结构。根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱等确定结构。(4)为了确定有机化合物的分子式，需要测定有机化为了确定有机化合物的分子式，需要测定有机化合物的元素组成和相对分子质量。合物的元素组成和相

8、对分子质量。 栏目链接栏目链接还可以借助可燃性等化学性质测定其元素组成、利用质谱还可以借助可燃性等化学性质测定其元素组成、利用质谱仪或理想气体方程确定其相对分子质量。为了确定有机化仪或理想气体方程确定其相对分子质量。为了确定有机化合物的结构式，可以借助有机化合物官能团的化学特性或合物的结构式，可以借助有机化合物官能团的化学特性或红外光谱仪测定其具有的官能团，借助对核磁氢谱图和核红外光谱仪测定其具有的官能团，借助对核磁氢谱图和核磁碳谱图的分析确定其碳骨架结构。磁碳谱图的分析确定其碳骨架结构。 2确定有机化合物的元素组成。确定有机化合物的元素组成。 (1)组成有机化合物的元素种类最常见的是组成有机

9、化合物的元素种类最常见的是C、H、O、N、X等元素。各元素的质量分数通常需要借助有机化合等元素。各元素的质量分数通常需要借助有机化合物的可燃性等化学性质进行定量测定。物的可燃性等化学性质进行定量测定。 栏目链接栏目链接得知得知C、H、N、X等元素的质量分数后，其总和若小于等元素的质量分数后，其总和若小于100%，其差值一般就是氧元素的质量分数。，其差值一般就是氧元素的质量分数。 (2)有机化合物元素组成测定示意图如下：有机化合物元素组成测定示意图如下： 栏目链接栏目链接3有机化合物的相对分子质量的测定。有机化合物的相对分子质量的测定。(1)测定有机化合物的相对分子质量的方法很多，可测定有机化合

10、物的相对分子质量的方法很多，可以依据理想气体状态方程并采用特定的装置进行测定，也以依据理想气体状态方程并采用特定的装置进行测定，也可以使用质谱仪进行测定。可以使用质谱仪进行测定。(2)质谱记录了有机化合物分子失去一个电子而成为质谱记录了有机化合物分子失去一个电子而成为带正电荷的离子的质量大小，其中最大的离子质量就是有带正电荷的离子的质量大小，其中最大的离子质量就是有机化合物的相对分子质量。机化合物的相对分子质量。 栏目链接栏目链接4确定有机化合物分子式的基本方法。确定有机化合物分子式的基本方法。(1)根据有机化合物中各元素的质量分数，求出有机化根据有机化合物中各元素的质量分数，求出有机化合物的

11、实验式，再根据有机化合物的相对分子质量确定分子合物的实验式，再根据有机化合物的相对分子质量确定分子式。式。(2)根据有机化合物的摩尔质量和各元素的质量分数，根据有机化合物的摩尔质量和各元素的质量分数，求出求出1 mol该有机化合物中各元素原子的物质的量，从而确该有机化合物中各元素原子的物质的量，从而确定出该有机化合物的分子式。定出该有机化合物的分子式。(3)根据有机化合物的燃烧通式及消耗根据有机化合物的燃烧通式及消耗O2的量的量(或生成产或生成产物的量物的量)，通过计算确定出有机化合物的分子式。，通过计算确定出有机化合物的分子式。 栏目链接栏目链接(4)根据有机化合物的分子通式和化学反应的有关

12、数根据有机化合物的分子通式和化学反应的有关数据求分子通式中的据求分子通式中的n，得出有机化合物的分子式。得出有机化合物的分子式。（5）确定有机化合物分子式的基本方法可归纳为）确定有机化合物分子式的基本方法可归纳为下表：下表： 栏目链接栏目链接例例1电炉加热时用纯氧气氧化管内样品，根据产物电炉加热时用纯氧气氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成，下列装置是用燃烧法确定有的质量确定有机物的组成，下列装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。机物分子式常用的装置。 栏目链接栏目链接(1)产生的氧气按从左到右流向，所选装置各导管的产生的氧气按从左到右流向，所选装置各导管的连接顺序是连接顺序是_。

13、(2)C装置中浓装置中浓H2SO4的作用是的作用是_。(3)D装置中装置中MnO2的作用是的作用是_。(4)燃烧管中燃烧管中CuO的作用是的作用是_。 栏目链接栏目链接(5)若准备称取若准备称取0.90 g样品样品(只含只含C、H、O三种元素中的三种元素中的两种或三种两种或三种)，经充分燃烧后，经充分燃烧后，A管质量增加管质量增加1.32 g，B管质管质量增加量增加0.54 g，则该有机物的实验式为，则该有机物的实验式为_。(6)要确定该有机物的分子式，还要知道要确定该有机物的分子式，还要知道_。解析解析：本题利用本题利用H2O2在在MnO2催化下分解产生氧气，催化下分解产生氧气，用浓硫酸除去

14、其中的水蒸气后氧化有机物生成用浓硫酸除去其中的水蒸气后氧化有机物生成CO2和和H2O，利用装置利用装置B测定测定H2O的质量，的质量， 栏目链接栏目链接利用装置利用装置A测定测定CO2的质量，从而可求出有机物含有的的质量，从而可求出有机物含有的C、H(或或O)的质量，进而求出有机物的实验式。电炉中的质量，进而求出有机物的实验式。电炉中CuO的作用是为了尽可能保证有机物全部氧化生成的作用是为了尽可能保证有机物全部氧化生成CO2和和H2O。 栏目链接栏目链接因因n(C)n(H)n(O)0.03 mol0.03 mol20.03 mol121，故该有机物的实验式为，故该有机物的实验式为CH2O。(6

15、)要确定有机物的分子式，还需测出有机物的相对要确定有机物的分子式，还需测出有机物的相对分子质量。分子质量。答案答案：(1)gf，eh，ic(或或d)，d(或或c)a(或或b)，b(或或a)(2)吸收水分，干燥氧气吸收水分，干燥氧气(3)催化剂，加快催化剂，加快O2的生成速率的生成速率(4)使有机物充分氧化生成使有机物充分氧化生成CO2和和H2O(5)CH2O(6)有机物的相对分子质量有机物的相对分子质量 栏目链接栏目链接点评点评：本题通过实验考查了确定有机物分子式确定本题通过实验考查了确定有机物分子式确定的常用方法的常用方法燃烧分析法，通过有机物燃烧，测定产燃烧分析法，通过有机物燃烧，测定产物

16、物CO2、H2O的量，从而确定碳、氢、氧的量，同时本题的量，从而确定碳、氢、氧的量，同时本题还考查基本实验技能，该方法的关键之一是要确定是否还考查基本实验技能，该方法的关键之一是要确定是否含有氧元素。含有氧元素。 栏目链接栏目链接变 式变 式训训 练练1某有机物含碳某有机物含碳40%，氢，氢6.67%，氧，氧53.33%，如果，如果0.2 mol该有机物的质量为该有机物的质量为6.0 g，则它的分子式为，则它的分子式为()AC3H8O BC2H4OCCH2O DC3H6O答案：答案：C 栏目链接栏目链接知识点知识点2有机化合物结构式的确定有机化合物结构式的确定1测定有机化合物结构的流程。测定有

17、机化合物结构的流程。有机物结构测定的方法很多，归根结底都是依据它有机物结构测定的方法很多，归根结底都是依据它们自身所具有的物理性质和化学性质来进行的。测定有机们自身所具有的物理性质和化学性质来进行的。测定有机物结构的核心步骤是确定其分子式，以及检测分子中所含物结构的核心步骤是确定其分子式，以及检测分子中所含的官能团及其在碳骨架上的位置。的官能团及其在碳骨架上的位置。测定有机化合物结构流程示意图测定有机化合物结构流程示意图 栏目链接栏目链接2确定有机化合物的结构式。确定有机化合物的结构式。测定有机化合物的结构，关键是根据有机化合物的分测定有机化合物的结构，关键是根据有机化合物的分子式来计算其不饱

18、和度，并根据其特殊的化学性质，来确子式来计算其不饱和度，并根据其特殊的化学性质，来确定分子中所含的官能团种类及官能团所处的具体位置。定分子中所含的官能团种类及官能团所处的具体位置。确定有机化合物结构流程示意图确定有机化合物结构流程示意图 栏目链接栏目链接(1)不饱和度计算：不饱和度也称缺氢指数，它可以不饱和度计算：不饱和度也称缺氢指数，它可以通过有机化合物的分子式计算得出。通过有机化合物的分子式计算得出。不饱和度不饱和度n（C）-n(H)/2。 栏目链接栏目链接 (2) 确定有机化合物的官能团。确定有机化合物的官能团。有机化合物的官能团都有其特有的化学性质，通有机化合物的官能团都有其特有的化学

19、性质，通过特有反应对其进行鉴别和确定其可能官能团。也可以过特有反应对其进行鉴别和确定其可能官能团。也可以通过红外光谱图分析分子中含有何种化学键或官能团。通过红外光谱图分析分子中含有何种化学键或官能团。案例分析：案例分析： 栏目链接栏目链接医用胶单体红外光谱图医用胶单体红外光谱图 栏目链接栏目链接(3)推测分子中碳骨架结构和官能团在碳链上的位置。推测分子中碳骨架结构和官能团在碳链上的位置。利用核磁共振氢谱图和碳谱图，确定有机化合物分利用核磁共振氢谱图和碳谱图，确定有机化合物分子中氢原子的个数以及在碳骨架上的位置，进而推断出有子中氢原子的个数以及在碳骨架上的位置，进而推断出有机化合物的碳骨架结构。

20、机化合物的碳骨架结构。(4)确定有机化合物的结构式。确定有机化合物的结构式。例例2 分子中每减少分子中每减少2个碳氢键，必然会同时增加个碳氢键，必然会同时增加1个个碳碳键。它可能是重键碳碳键。它可能是重键(双键或叁键双键或叁键)，也可能是连结成环，也可能是连结成环状烃，状烃， 栏目链接栏目链接都称为增加了都称为增加了1个不饱和度个不饱和度(用希腊字母用希腊字母表示表示)。例如若。例如若干烃类分子和烃基的不饱和度如下：干烃类分子和烃基的不饱和度如下： 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接点评点评：不饱和度的求算是新增加的内容，在今后的高不饱和度的求算是新增加的内容，在今后的高考命题中相信应该会有所

21、体现，掌握了不饱和度的概念和考命题中相信应该会有所体现，掌握了不饱和度的概念和求法，利用它解题，特别是解某些高考题将会变得十分方求法，利用它解题，特别是解某些高考题将会变得十分方便。便。 栏目链接栏目链接烃基是烃去烃基是烃去H后剩余部分，与对应烃具有相同的后剩余部分，与对应烃具有相同的不饱和度，如不饱和度，如C6H6与与C6H5、C6H4、 ，C2H2与与 C CH、 C C 等，前者不饱和度都等，前者不饱和度都是是4，后者的不饱和度都是，后者的不饱和度都是2。推断有机物中的不饱和度。推断有机物中的不饱和度还可利用常见官能团的不饱和度进行计算。还可利用常见官能团的不饱和度进行计算。 栏目链接栏

22、目链接变 式变 式训训 练练2合成相对分子质量在合成相对分子质量在2 00050 000范围内具有确定范围内具有确定结构的有机化合物是一个新的研究领域。结构的有机化合物是一个新的研究领域。1993年报道合成了年报道合成了两种烃两种烃A和和B，其分子式分别为，其分子式分别为C1 134H1 146和和C1 398H1 278，B的的结构跟结构跟A相似，但分子中多了一些结构为相似，但分子中多了一些结构为 的结构单的结构单元。元。(1)B分子比分子比A分子多了分子多了_个这样的结构单元个这样的结构单元(填数字填数字)；(2)A的不饱和度是的不饱和度是_，B的不饱和度是的不饱和度是_。 栏目链接栏目链

23、接变 式变 式训训 练练 栏目链接栏目链接例例3核磁共振谱是测定有机物分子结构最有用的核磁共振谱是测定有机物分子结构最有用的工具之一。瑞士科学家维特里希等三人即是利用核磁共工具之一。瑞士科学家维特里希等三人即是利用核磁共振技术测定生物大分子的三维结构而获得振技术测定生物大分子的三维结构而获得2002年诺贝尔年诺贝尔化学奖。在有机物分子中，不同位置的氢原子在质子核化学奖。在有机物分子中，不同位置的氢原子在质子核磁共振谱磁共振谱(PMR)中给出的峰值中给出的峰值(信号信号)也不同，根据峰值也不同，根据峰值(信号信号)可以确定有机物分子中氢原子的种类和数目。例可以确定有机物分子中氢原子的种类和数目。例如：乙醛的结构式为：如：乙醛的结构式为： ，其，其PMR谱中有谱中有2个个信号峰，其强度之比为信号峰，其强度之比为31。 栏目链接栏目链接(1)下列有机物分子中，在质子核磁共振谱中只给下列有机物分子中，在质子核磁共振谱中只给出一种峰出一种峰(信号信号)的是的是_。ACH3CH3 BCH3COOHCCH3COOCH3 DCH3COCH3(2)化合物化合物A和和B的分子式都是的分子式都是C2H4Br2，A的的PMR谱上只有谱上只有1个峰，则个峰，则A的结构简式为的结构简式为_，B的的PMR谱上有谱上有_个峰，强度比为个峰，强度比为_。 栏目链接栏目链接解析：解析：根据题给信息，不