第四节研究有机化合物的一般步骤和方法

1、 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一、研究有机物的步骤一、研究有机物的步骤: :粗粗产产品品分离分离提纯提纯定量定量分析分析（确定（确定实验式）实验式）确定分子式确定分子式确定结构式确定结构式核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪二、分离、提纯二、分离、提纯1、蒸馏：、蒸馏：工业工业乙醇乙醇乙醇乙醇(95.6%)无水乙醇无水乙醇蒸馏蒸馏加加CaO蒸馏蒸馏核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪2 2、重结晶：、重结晶：粗产品粗产品加热溶解加热溶解趁热过滤趁热过滤冷却冷却结晶结晶提纯提纯产品产品3 3、萃取：、萃取：思考：思考：如何分离下列混合物？如何分离下列混合物

2、？1. NaCl和和KCl3.4. Br2和和H2ONO2和和2. CCl4和和H2O重结晶、过滤重结晶、过滤分液分液蒸馏蒸馏萃取萃取1.元素分析：元素分析：李比希法李比希法现代元素分析法现代元素分析法元素分析仪元素分析仪三、元素分析与相对分子质量的确定三、元素分析与相对分子质量的确定德国化学家李比希德国化学家李比希“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 C、H H（O O）的有）的有机物机物加氧化铜加氧化铜 氧化氧化H2OCO2用无水用无水CaClCaCl2 2吸收吸收用用KOHKOH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

3、C C、H H含量含量计算计算O O含量含量得出实验式得出实验式 将将一定量一定量的有机物燃烧，的有机物燃烧，分解分解为简单的无机物，并作为简单的无机物，并作定量测定定量测定，通过无机物的质量，通过无机物的质量推算推算出组成该有机物元素出组成该有机物元素原子的原子的质量分数质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素，然后计算出该有机物分子所含元素原原子最简单的整数比子最简单的整数比，即，即确定其确定其实验式实验式（又称为（又称为最简式最简式）。）。例例1 1：8g8g某有机物完全燃烧，生成某有机物完全燃烧，生成COCO2 211g ,H11g ,H2 2O O 9g 9g 含有哪些元素含有哪些元

4、素? ?实验式？实验式？CH4O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？相对分子质量相对分子质量核磁共振仪核磁共振仪 相对分子质量的确定相对分子质量的确定质谱法质谱法有机物有机物分子分子高能电子束轰击高能电子束轰击带电的带电的 “碎片碎片”确定分确定分子量子量碎片的质荷比碎片的质荷比质荷比：质荷比：碎片的相对质量（碎片的相对质量（m m）和所带电荷（）和所带电荷（e e- -）的比值）的比值【笔记笔记】：1、作用：测定相对分子质量、作用：测定相对分子质量2.2.质谱法质谱法2、质谱图中的质荷比最大值、质谱图中的质荷比最大值就是未知物的相对分子质量就是未知物的相对

5、分子质量CH3CH2OH+质荷比质荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相对丰度相对丰度/%乙醇的质谱图乙醇的质谱图 最大分子、离最大分子、离子的质荷比越大子的质荷比越大，达到检测器需要达到检测器需要的时间越长的时间越长，因因此此质谱图中的质质谱图中的质荷比最大的就是荷比最大的就是未知物的相对分未知物的相对分子质量子质量。质谱仪质谱仪例例3 320022002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有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是

6、让极少量的（量的（10109 9g g）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分）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离离子化后可得到子化后可得到C C2 2H H6 6、C C2 2H H5 5、C C2 2H H4 4，然后测定其质，然后测定其质荷比。设荷比。设H H的质荷比为的质荷比为，某有机物样品的质荷比如，某有机物样品的质荷比如右图所示（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（该离子的多少有关），则该有

7、机物可能是（ ）A A 甲醇甲醇 B B 甲烷甲烷 C C 丙烷丙烷 D D 乙烯乙烯B核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪 练习练习44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 C、H H、O O三种元素的有机物，经燃烧分析三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是实验测定其碳的质量分数是64.86%64.86%，氢的质量分数是，氢的质量分数是13.51%, 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，则其相对分子质量确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（为（ ），分子式为），分子式为

8、（ ）。）。C4H10O74C4H10O核磁共振氢谱核磁共振氢谱红外光谱红外光谱 作用：获得分子中含有何种作用：获得分子中含有何种化学键化学键或或官能团官能团的信息的信息 作用：测定有机物分子中作用：测定有机物分子中等效氢等效氢原子的原子的类型类型和和数目数目 四、分子结构的鉴定四、分子结构的鉴定（波普分析）（波普分析） 当用红外线照射有机物时，分子中的化当用红外线照射有机物时，分子中的化学健或官能团可发生振动吸收，不同的学健或官能团可发生振动吸收，不同的化学键化学键或官能团或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同位置，从而可以获得分子中含有何种化于不同位

9、置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。学键或官能团的信息。红外光谱仪红外光谱仪1.1.红外光谱红外光谱(IR)(IR)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处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学化学键、官能团键、官能团可发生震动吸收，可发生震动吸收，不同的化学键、官能团不同的化学键、官能团吸收频率不同吸收频率不同，在红外光谱图中将

10、，在红外光谱图中将处于不同位置处于不同位置。因。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。些化学键、官能团，以确定有机物的结构。1.1.红外光谱红外光谱(IR)(IR)核磁共振仪核磁共振仪 例例4 4、下图是一种分子式为下图是一种分子式为C C4 4H H8 8O O2 2的有机物的红外光的有机物的红外光谱谱图谱谱图, ,则该有机物的结构简式为：则该有机物的结构简式为：COCC=O不对称不对称CH3CH3CH2COOCH3或或CH3COOCH2CH3练习练习5 5：有一有机物的相对分子质量为：有一有机物的

11、相对分子质量为7474，确定分子结，确定分子结构，请写出该分子的结构简式构，请写出该分子的结构简式 COC对称对称CH3对称对称CH2CH3CH2OCH2CH3 核磁共振中的核指的是核磁共振中的核指的是氢原子核氢原子核。氢原子核具有磁。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率不同，在谱图上出现的，在谱图上出现的位置也不同位置也不同

12、。且。且吸收峰的面积吸收峰的面积与氢原子数成正比与氢原子数成正比。可以推知该有机物分子有几种不同。可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子类型的氢原子（等效氢）（等效氢）及它们的数目多少。及它们的数目多少。2.2.核磁共振氢谱核磁共振氢谱结构分析：结构分析：核磁共振法核磁共振法（HNMR）作用：测定有机物中作用：测定有机物中H 原子的原子的种类种类和数目和数目【笔记笔记】吸收峰数目吸收峰数目等效等效氢原子类型氢原子类型 不同吸收峰的面积之比（强度比）不同吸收峰的面积之比（强度比） 不同氢原子的个数之比不同氢原子的个数之比例例5 5、分子式为、分子式为C C2 2H H6 6O O的两种有机化

13、合物的的两种有机化合物的1 1H H核磁共振核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的1 1H-NMRH-NMR谱图吗谱图吗? ?分子式为分子式为C2H6O的两种有机物的的两种有机物的1H核磁共振谱图核磁共振谱图 核磁共振氢谱核磁共振氢谱C7.7.下列有机物在下列有机物在H-NMR上只给出一组峰的是上只给出一组峰的是( ) ( ) A A、HCHO BHCHO B、CHCH3 3OH OH C C、HCOOH DHCOOH D、CHCH3 3COOCHCOOCH3 3A6.6.下图是某有机物的下图是某有机物的1 1H H核磁共振谱图，则该有机核磁共振谱图，则该有机物可能是

14、物可能是 ( )( )A. CHA. CH3 3CHCH2 2OH B. CHOH B. CH3 3CHCH2 2CHCH2 2OH OH C. CHC. CH3 3O OCHCH3 3 D. CH D. CH3 3CHOCHO问题探究：问题探究：1.1.下列有机物中有几种下列有机物中有几种H H原子原子以及个数之比？以及个数之比？种；种；种种种；种；种；种；CHCH3 3-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-C-CH-C-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-O

15、H-OH2.2.分子式为分子式为C C3 3H H6 6O O2 2的二元混合物，分离后的二元混合物，分离后, ,在核在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情磁共振氢谱上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况。第一种情况峰给出的强度为1 11 1；第二种；第二种情况峰给出的强度为情况峰给出的强度为3 32 21 1。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） 。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2CH31 13 2 1核磁共振仪核磁共振仪 质谱仪质谱仪诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖与物质结构分析与物质结构分析(2002(2002年年) )引入了核磁共振光谱学观察到了引入了核磁共振光谱学观察到了DNADNA、蛋、蛋白质等大分子的真面目。白质等大分子的真面目。 美国美国 芬恩芬恩日本日本田中耕一田中耕一瑞士瑞士 维特里希维特里希一、研究有机化合物的基本步骤一、研究有机化合物的基本步骤分离分离提纯提纯元素定量分析以确定元素定量分析以确定实验式实验式测定相对分子质量以测定相对分子质量以确定确定分子式分子式波谱分析确定波谱分析确定结构结构。二、分离和提纯二、分离和提纯1.1.蒸馏蒸馏 2.2.重结晶重结晶 3.3.萃取萃取 4.4.色谱法色谱法三、元素分析与相对原子质量的测定三、