高三复习研究有机化合物的一般步骤和方法

1、第四节第四节 研究有机化合物的研究有机化合物的 一般步骤和方法一般步骤和方法第一章第一章认识有机化合物认识有机化合物李时珍在李时珍在本草纲本草纲目目中记载，槟榔中记载，槟榔有有“下水肿、通关下水肿、通关节、健脾、治心痛节、健脾、治心痛积聚积聚”等诸多病症。等诸多病症。槟榔是槟榔是我国的我国的四大南四大南药之一药之一有机物有机物( (粗品）粗品）如果你是化学家，你该如何来研如果你是化学家，你该如何来研究槟榔中的有机化合物？一般的究槟榔中的有机化合物？一般的步骤和方法是什么？步骤和方法是什么？ 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: :粗粗产产品品分离分离提纯提纯定性定性分析分

2、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波波谱谱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结构式式分离提纯分离提纯的方法有的方法有哪些？哪些？每一个操作步骤是每一个操作步骤是怎样完成的呢怎样完成的呢? ?【思考思考】1、常用的分离、提纯物质的方法有哪、常用的分离、提纯物质的方法有哪些？些？2、下列物质中的杂质（括号中是杂质）、下列物质中的杂质（括号中是杂质）分别可以用什么方法除去。分别可以用什么方法除去。（1）NaCl（泥沙）（泥沙） （2）酒精（水）酒精（水）（3）溴水（水）溴水（水） （4） KNO3 (NaCl) 一、有机物的分

3、离与提纯一、有机物的分离与提纯 （一）蒸馏（一）蒸馏1.1.适用范围：适用范围：分离、提纯液态有机物。分离、提纯液态有机物。 如：如：2.2.对分离物的要求：对分离物的要求：液态有机物有少量液态有机物有少量杂质，被提纯物热稳定性较强，与杂质杂质，被提纯物热稳定性较强，与杂质的沸点相差较大（的沸点相差较大（3030）3.3.实验室进行蒸馏时，用到的实验室进行蒸馏时，用到的仪器仪器有哪有哪些？实验过程中要注意哪些问题？些？实验过程中要注意哪些问题？ 原油的分馏原油的分馏温度计温度计蒸馏蒸馏烧瓶烧瓶冷冷凝凝管管尾尾接接管管锥锥形形瓶瓶入水口入水口出水口出水口蒸馏蒸馏装置装置使用前要检查装置的气密性！

4、使用前要检查装置的气密性！蒸馏的注意事项蒸馏的注意事项 加热蒸馏烧瓶，需垫石棉网；加热蒸馏烧瓶，需垫石棉网； 蒸馏烧瓶盛装的液体，不超过容积的蒸馏烧瓶盛装的液体，不超过容积的2/3；不得将全部溶液蒸干；需使用沸；不得将全部溶液蒸干；需使用沸石（或碎瓷片）；石（或碎瓷片）； 冷凝水水流方向（逆流）；冷凝水水流方向（逆流）； 温度计水银球位置应放在蒸馏烧瓶支温度计水银球位置应放在蒸馏烧瓶支管口处，以测量馏出蒸气的温度；管口处，以测量馏出蒸气的温度； 收集到的馏出物叫馏分，它只是某一收集到的馏出物叫馏分，它只是某一温度范围内的蒸馏产物。温度范围内的蒸馏产物。4.4. 怎样用工业酒精得到无水酒精？怎样

5、用工业酒精得到无水酒精？工业工业乙醇乙醇95.6%加加CaO蒸馏蒸馏无水无水乙醇乙醇(99.5%以以上上)（二）（二）、重结晶：、重结晶：利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中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。的溶解度不同而将其杂质除去的方法。 例如：苯甲酸的重结晶例如：苯甲酸的重结晶二、分离、提纯二、分离、提纯粗产品粗产品热溶解热溶解热过滤热过滤冷却冷却结晶结晶提纯产品提纯产品COOH【探究探究2】在苯甲酸重结晶的实验在苯甲酸重结晶的实验中，为了得到更多的苯甲酸晶体，结中，为了得到更多的苯甲酸晶体，结晶时的温度是不是越低越好？晶时的温度是不是越低越好？不是。因为温度

6、过低，杂质的溶解不是。因为温度过低，杂质的溶解度也会降低，部分杂质也会析出，达度也会降低，部分杂质也会析出，达不到提纯苯甲酸的目的。不到提纯苯甲酸的目的。【探究探究1 】为什么要趁热过滤？为什么要趁热过滤？ 温度低导致部分苯甲酸析出在过滤温度低导致部分苯甲酸析出在过滤过程中造成损失过程中造成损失(1)萃取原理萃取原理液液液萃取液萃取 利用有机物在两种利用有机物在两种_的溶的溶 剂中的剂中的_不同，将有不同，将有机物机物 从一种溶剂转移到另一种溶剂的从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。过程。固固液萃取液萃取 用用_从固体物质中从固体物质中溶解溶解 出有机物的过程。出有机物的过程。互不相溶互不相溶溶

7、解度溶解度有机溶剂有机溶剂3 3、萃取、萃取（分液）分液）：(2)萃取操作过程及仪器萃取操作过程及仪器 萃取实验过程中要注意的问题：萃取实验过程中要注意的问题：1 1、要检查其上口和玻璃塞处是否漏液；、要检查其上口和玻璃塞处是否漏液；2 2、进行分液时，分液漏斗颈的尖端要靠、进行分液时，分液漏斗颈的尖端要靠在烧杯的内壁上。当分液漏斗内的下层在烧杯的内壁上。当分液漏斗内的下层液体恰好流尽时，立即关闭分液漏斗的液体恰好流尽时，立即关闭分液漏斗的活塞，上层液体从分液漏斗上口倒出；活塞，上层液体从分液漏斗上口倒出；3 3、常见有机萃取剂：苯、四氯化碳、常见有机萃取剂：苯、四氯化碳、汽油、乙醚、石油醚、

8、三氯甲烷汽油、乙醚、石油醚、三氯甲烷1 1、如果你家里的食用花生油不小心、如果你家里的食用花生油不小心混入了大量的水，利用你所学的知识，混入了大量的水，利用你所学的知识，最简单的分离方法是（最简单的分离方法是（ ）A B C DA B C D2、将甲、乙两种有机物在常温常压下、将甲、乙两种有机物在常温常压下的混合物分离，已知它们的物理性质如的混合物分离，已知它们的物理性质如下：下：物质物质 密度密度/(g/cm/(g/cm3 3) )沸点沸点/ /水溶水溶性性溶解溶解性性甲甲0.789 30.789 378.578.5溶溶溶于溶于乙乙乙乙1.2201.220100.7100.7溶溶溶于溶于甲甲

9、则应采用的分离方法是则应采用的分离方法是()A分液分液 B蒸馏蒸馏 C干馏干馏 D萃取萃取BD4 4、下列各组混合物的分离或提纯方法、下列各组混合物的分离或提纯方法不正确的是不正确的是A A用过滤法分离用过滤法分离Fe(OH)Fe(OH)3 3胶体和胶体和FeClFeCl3 3 溶液的混合物溶液的混合物B B用重结晶法提纯用重结晶法提纯NaClNaCl和和KNOKNO3 3的混的混 合物中的合物中的KNOKNO3 3C C用蒸馏法分离乙醇和甲醇的混合物用蒸馏法分离乙醇和甲醇的混合物D D用萃取和分液的方法可以分离碘用萃取和分液的方法可以分离碘 和水的混合物和水的混合物A二、元素分析与相对分子质

10、量的测定二、元素分析与相对分子质量的测定1、元素分析：、元素分析：定性分析定性分析有机物的组成元素分析；有机物的组成元素分析；定量分析定量分析分子内各元素原子的质量分子内各元素原子的质量分数分数李比希氧化产物吸收法李比希氧化产物吸收法现代元素分析法现代元素分析法数据经处理后即可确定有机物的实验式数据经处理后即可确定有机物的实验式（最简式）（最简式）分析方法分析方法“李比希元素分析法李比希元素分析法”的原理：的原理：取定量取定量含含C C、H H、O O的有机的有机物物加氧化加氧化铜氧化铜氧化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

11、量差质量差得前后得前后质量差质量差计算计算C C、H H含量含量计算计算O含量含量得出实验式（得出实验式（最简式）最简式）例例1 1 5.8 g5.8 g某有机物完全燃烧，生成某有机物完全燃烧，生成 COCO2 2 13.2 g , H 13.2 g , H2 2O 5.4 g O 5.4 g 。求。求有机物有机物的实验式的实验式? n(C) n(H) n(O)（13.244） （5.4218） （1.616） 0.3：0.6：0.13 6 1 实验式为实验式为 C3H6O上题若要确定它的分子式，还需要什么条件？上题若要确定它的分子式，还需要什么条件？确定有机化合物的分子式的方法：确定有机化合

12、物的分子式的方法： 方法一方法一 由物质中各元素的由物质中各元素的质量分数质量分数 各原子的各原子的个数比个数比( (实验式实验式)由由相对分子相对分子质量和实验式质量和实验式 有机物有机物分子式分子式 方法二方法二 1 mol1 mol物质中各元素的物质中各元素的质量除质量除以原以原子的子的摩尔质量摩尔质量 1 mol1 mol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知道知道一个分子一个分子中各种原子的中各种原子的个数个数 有机物有机物分子式分子式 1.元素分析元素分析例例2 2 某有机物的相对分子质量某有机物的相对分子质量 116，将，将2.92.9 g g有机物完全燃有机物完

13、全燃 烧，生成烧，生成COCO2 2 6.66.6 g , H g , H2 2O O 2.72.7 g g 。求。求有机物的分子式有机物的分子式? C C6 6HH1212OO2 2练习练习解法一解法一解法二解法二A的实验式：的实验式：CH3 Mr = 152设分子式为设分子式为 (CH3)n 则则 15n301mol烃烃中中N(C)=122mol1mol烃烃中中N（H）=16mol 分子式为分子式为 （1）M = m/n（2）M1 = DM2 (D(D为相对密度为相对密度) )（3）M = 22.4 L/mol g/L =22.4 g/mol( (标况下气体标况下气体) )二、元素分析与相

14、对分子质量的确定二、元素分析与相对分子质量的确定 质谱法（最精确、快捷测质谱法（最精确、快捷测MrMr的方法）的方法）思考：思考：确定相对分子质量的方法有哪些？确定相对分子质量的方法有哪些？相对分子质量的确定相对分子质量的确定有机有机物样物样品品高能电子高能电子束轰击束轰击带电的带电的 “碎片碎片”确定确定相对相对分子质量分子质量碎片的碎片的质荷比质荷比质荷比：质荷比：碎片的相对质碎片的相对质 量和所带电荷的比值量和所带电荷的比值（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此需要的时间最长，因此谱图中的最后到达或谱图中的最后到达或质荷比最大的就

15、是未知物的相对分子质量质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）质谱法作用：测定相对分子质量质谱法作用：测定相对分子质量2.2.质谱法质谱法质谱仪质谱仪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乙醇的相对乙醇的相对分子质量分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（质谱法。其方法是让极少量的（10109

16、 9g g）化）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大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离子。如量离子化，少量分子碎裂成更小离子。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，然后测定其质荷比。设，然后测定其质荷比。设H H的质荷的质荷比为比为，某有机物样品的质荷比如右图所，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），则该有机物强度与该离子的多少有关），则该有机物可能是（可能是（ ）A A 甲醇甲醇

17、 B B 甲烷甲烷 C C 丙烷丙烷 D D 乙烯乙烯B 练习练习22吗啡和海洛因都是严格查禁的毒吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含品。吗啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为、其余为O O。已知其分子量不超。已知其分子量不超过过300300。试求：。试求： 吗啡的分子量；吗啡的分子量； 吗吗啡的分子式。啡的分子式。3.3.余数法余数法用烃的相对分子质量除以用烃的相对分子质量除以1414， 视商数和余数视商数和余数若烃的类别不确定若烃的类别不确定C Cx xH Hy y，可用相对，可用相对分子质量分子质量M M除以除以1212，看商和余数，即，看商和余数，即M

18、/12M/12xx余余y y，分子式为，分子式为C Cx xH Hy yM(CM(Cx xH Hy y)/M(CH)/M(CH2 2) )M/14M/14aa(a(a为碳原子数为碳原子数) )余余2 2为烷烃为烷烃整除为烯烃或环烷烃整除为烯烃或环烷烃差差2 2整除为炔烃或二烯烃整除为炔烃或二烯烃差差6 6整除为苯或其同系物整除为苯或其同系物4.4.方程式法方程式法 在同温同压下，在同温同压下，10mL10mL某气态烃在某气态烃在50mL O50mL O2 2里充分燃烧，得到液态水和体积里充分燃烧，得到液态水和体积为为35mL35mL的混合气体，则该烃的分子式可的混合气体，则该烃的分子式可能为（

19、能为（ ）A A、CHCH4 4 B B、C C2 2H H6 6 C C、C C3 3H H8 8 D D、C C3 3H H6 6BDBD【例题例题】分别写出相对分子质量为分别写出相对分子质量为128128、7272的烃的分子式的烃的分子式（1）C10H8或或C9H20（2）C5H12核磁共核磁共振氢谱振氢谱氢原子种类不同氢原子种类不同（所处的化学（所处的化学环境不同）环境不同）特征峰也不同特征峰也不同红外光谱红外光谱作用：作用：获得分子中含有何种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：作用：测定有机物分子中等效氢原子的类测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目型和数

20、目 四、分子结构的鉴定四、分子结构的鉴定 利用特征反应鉴定出官能团，确认分子结构利用特征反应鉴定出官能团，确认分子结构2.2.物理方法：物理方法：1.1.化学方法：化学方法：由于有机物中组成化学键、官能团的原由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频率相当。所以，当用红外线照射有的振动频率相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团可发机物分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，生震动吸收，不同的化学键、官能团不同的化学键、官能团吸收频吸收频率不同，在红外光谱图中将率不同，在红外光谱图中将处于不

21、同位置处于不同位置。因此，我们就可以因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有根据红外光谱图，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。1.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：2、红外光谱的应用原理、红外光谱的应用原理红外光谱红外光谱已知分子式已知分子式C C2 2H H6 6O O的红外光谱图如下的红外光谱图如下CH3CH2OH例例4 4、下图是一种分子式为、下图是一种分子式为C4H8O2的有机的有机物的红外光谱谱图物的红外光谱谱图, ,则该有机物的结构简则该有机物的结构简式为：式为：COCC=O不对称不对

22、称CH3CHCH3 3CHCH2 2COOCHCOOCH3 3或或CHCH3 3COOCHCOOCH2 2CHCH3 3或或CHCH3 3COCHCOCH2 2OCHOCH3 3核磁共振仪核磁共振仪 练习练习5 5：有一有机物的相对分子质量为：有一有机物的相对分子质量为7474，确定分子结构，请写出该分子的结构简式确定分子结构，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氢原子核。核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量原子核，它能通过共振吸

23、收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到，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氢原子有关信号，处于不同化学环境中氢原子因产生共振时吸收频率不同，在谱图上因产生共振时吸收频率不同，在谱图上出现的出现的位置也不同。且吸收峰面积与氢位置也不同。且吸收峰面积与氢原子数成正比。原子数成正比。推知有机物分子有几种推知有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目多少不同类型的氢原子及它们的数目多少。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(1H-NMR)作用：作用：测定有机物中测定有机物中H 原子原子种类种类和和数目数目吸收峰数目氢原子类型吸收峰数

24、目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5 5、分子式为、分子式为C2H6O的两种有机化合的两种有机化合物的物的1 1H H核磁共振谱，你能分辨出哪一核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的幅是乙醇的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 下图是某有机物的下图是某有机物的1 1H H核磁共振谱核磁共振谱图，则该有机物可能是图，则该有机物可能是 ( ) ( )A. CH3CH2OH B. CH3CH2CH2OH C. HCHO D.

25、CH3CHOC问题探究：问题探究：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-OH-OH1.1.下列有机物中有几种下列有机物中有几种H H原原子以及个数之比？子以及个数之比？2.2.分子式为分子式为C3H6O2的二元混合物，分离的二元混合物，分离后后, ,在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出在核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的峰有两种情况。第一种情况

26、峰给出的强度为强度为1 11 1；第二种情况峰给出的强度；第二种情况峰给出的强度为为3 32 21 1。由此推断混合物的组成可能。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）。是（写结构简式）。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2CH33 33 33 32121若若2:2:1:1呢？呢？ HOCH2CH2CHO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 分离提纯分离提纯元素定量分析以元素定量分析以确定实验式确定实验式测定相对分子质量以测定相对分子质量以确定分子式确定分子式波谱分析确定结构。波谱分析确定结构。二、分离和提纯二、分离和提纯1.1.蒸馏蒸

27、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、元素分析与相对原子质量的测定1.1.元素分析：李比希法元素分析：李比希法2.2.相对原子质量的测定相对原子质量的测定质谱法质谱法小结四、有机物分子结构的确定四、有机物分子结构的确定1.1.化学方法：利用特征反应鉴定出官化学方法：利用特征反应鉴定出官 能团，再进一步确认分子结构能团，再进一步确认分子结构2.2.物理方法：物理方法： 红外光谱确定红外光谱确定 化学键、官能团；化学键、官能团； 核磁共振氢谱核磁共振氢谱确定确定等效氢原子等效氢原子 的类型和数目的类型和数目1 1、某有机物的分子量为、某有机物的分子量为70,70,红外光谱表红外光谱表征到碳碳双键和征到碳碳双键和C CO O的存在，核磁共振的存在，核磁共振氢谱列如下图。氢谱列如下图。该有机物的分子式和结该有机物的分子式和结构简式分别为？构简式分别为？ C4H6OCH3CH=CHCHO四种峰的面积比是：四种峰的面积比是：1：1：1：32下列化合物中，核磁共振氢谱只出下列化合物中，核磁共振氢谱只出现两组峰且峰面积之比为现两组峰且峰面积之比为3 2的是的是( )BDCH3ClACH3CH3BrBr