第二单元科学家怎样研究有机物 (3)

1、专题1 认识有机化合物研究有机化合物的一般步骤和方法第二单元 第一课时有机物的分离和提纯有机化合物的混合物分离、提纯元素定量分析确定实验式 波谱分析确定结构式测定相对分子质量确定分子式研究有机物一般经历的步骤：（一）物质分离和提纯的区别一、物质分离和提纯分离是把混合物分成几种纯净物，提纯是除去杂质。（三）物质分离提纯的一般方法：蒸馏重结晶萃取分液色谱法（液态有机物）（固态有机物）（固态或液态）（固态或液态）（二）物质提纯的原则：不增、不减、易分“杂转纯，杂变沉，化为气，溶剂分”的思想核磁共振仪 质谱仪二、分离、提纯1、蒸馏：利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分离的方法。如石油的分馏。常用于分

2、离提纯液态有机物。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（30左右）课本P.17实验1-1工业乙醇的蒸馏含杂工业乙醇工业乙醇(95.6%)无水乙醇（99.5%以上）蒸馏加CaO蒸馏核磁共振仪 质谱仪蒸馏烧瓶冷凝管温度计尾接管冷水热水使用前要检查装置的气密性！主要仪器：蒸馏烧瓶、冷凝管、接收器、 温度计、铁架台（铁圈、铁夹）、 石棉网、锥形瓶等注意要点：1. 加入碎瓷片2. 温度计位置3. 冷凝水流向：下进上出(与蒸气流向相反)核磁共振仪 质谱仪2、重结晶： 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。 关键：选择适当的溶剂溶剂的条件：（1）杂质在溶剂中的

3、溶解度很小或很大；（2）被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大。例如：苯甲酸的重结晶粗产品热溶解热过滤冷却结晶提纯产品核磁共振仪 质谱仪3、萃取：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成的溶液中提取出来的方法。主要仪器：分液漏斗操作过程：质谱仪萃取包括： (1)液液萃取：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的过程。 (2)固液萃取：是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。（专用仪器设备）思考：如何分离下列混合物？1. NaCl和KCl3.4. Br2和H2ONO2和2. CCl

4、4和H2O重结晶、过滤分液蒸馏萃取练习1下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是A 乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水B 四氯化碳和水，溴苯和水，苯和水C 甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇D 汽油和水，苯和水，己烷和水练习2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 B 苯和甲苯 C 汽油和苯 D 硝基苯和水B DD质谱仪4、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、提纯有机物的方法叫色谱法。俄国植物学家茨卫特1906年，茨卫特在一根玻璃管的细端塞上一小团绵花，在管中充填碳酸钙粉末，让溶有绿色植物叶子色素的石油醚溶液自上而下地通过。结果植物色素便被碳酸

5、钙吸附，分成三段不同颜色：绿色、黄色、黄绿色。再将碳酸钙吸附柱取出，并用乙醇洗脱，即得色素的溶液：叶绿素、叶黄素、胡萝卜素。德国化学家库恩茨卫特的色谱实验当时并未引起人们的注意。直到25年后的1931年，德国化学家库恩在分离、提纯、确定胡萝卜素异构体和维生素的结构中，应用了色谱法，并获得1938年诺贝尔化学奖。 根据物质在两相(气液、液液等)间溶解性或吸附能力不同，分为纸上色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、液相色谱法等。常用的吸附剂：碳酸钙、硅胶、氧化铝、活性炭等。色谱法是化学家分离、提纯有机物不可缺少的方法。 第二课时有机物的分离和提纯有机物（纯净）确定 分子式？首先要确定有机物中含有哪些元素

6、如何利用实验的方法确定有机物中C、H、O各元素的质量分数？李比希法现代元素分析法如何用实验的方法确定葡萄糖中的元素组成？思考：2元素分析与相对分子质量的测定(1)元素分析定性分析用化学方法鉴定有机物分子的元素组成，如燃烧后C ，H ，S ，N .定量分析将一定量有机物燃烧后分解为简单无机物，并测定各产物的量从而推算出有机物分子中所含元素原子的最简单整数比，即 CO2H2OSO2N2实验式“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H（O）的有机物加氧化铜 氧化H2OCO2用无水CaCl2吸收用KOH浓溶液吸收得前后质量差得前后质量差计算C、H含量计算O含量得出实验式 将一定量的有机物燃烧，分解为简

7、单的无机物，并作定量测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式（又称为最简式）。例1、5.8 g某有机物完全燃烧，生成CO2 13.2 g , H2O 5.4 g 。含有哪些元素?思考：能否直接确定该有机物的分子式? 实验式和分子式有何区别?C3H6O实验式和分子式的区别;实验式：表示化合物分子中所含元素的原子数目最 简整数比的式子。分子式：表示化合物所含元素的原子种类及数目的式 子,表示物质的真实组成。例2、实验测得某碳氢化合物A中，含碳80%、含氢 20%，求该化合物的实验式。又测得该化合物的相对分子质量是3

8、0，求该化合物的分子式。答案：实验式是CH3，分子式是C2H6确定有机化合物的分子式的方法：方法一 由物质中各原子（元素）的质量分数 各原子的个数比(实验式)由相对分子质量和实验式 有机物分子式 方法二 1 mol物质中各原子（元素）的质量除以原子的摩尔质量 1 mol物质中的各种原子的物质的量知道一个分子中各种原子的个数 有机物分子式 练习2吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为O。已知其分子量不超过300。试求： 吗啡的分子量； 吗啡的分子式。分析：可先假设分子中只含1个氮原子，可通过N的百分含量和N的原子量，计算出吗啡的最小分子

9、量。解：吗啡最小分子量 ，而又知吗啡分子量不超过300，故可知吗啡分子量即为285。一个吗啡分子中碳原子数为 氢原子数为 氮原子数为1氧原子数为 故吗啡的分子式为 1、确定相对分子质量的常见方法：（1）根据标况下气体的密度可求：M = 22.4L/mol g/L=22.4 g/mol（2）依据气体的相对密度：M1 = DM2(D:相对密度)（3）求混合物的平均式量：（4）运用质谱法来测定相对分子质量三、确定相对分子质量确定分子式核磁共振仪 相对分子质量的确定质谱法有机物分子高能电子束轰击带电的 “碎片”确定结构碎片的质荷比质荷比：碎片的相对质量（m）和所带电荷（e-）的比值（由于分子离子的质荷

10、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质量）质谱法作用：测定相对分子质量 测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快捷的方法。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。2.质谱法核磁共振仪 质谱仪核磁共振仪 质谱仪CH3CH2OH+质荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相对丰度/%乙醇的质谱图 最大分子、离子的质荷比越大，达到检测器需要的

11、时间越长，因此质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。核磁共振仪 质谱仪例32002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（109g）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后测定其质荷比。设H的质荷比为，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，信号强度与该离子的多少有关），则该有机物可能是（ ）A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯B核磁共振仪 质谱仪练习4某有机物的结构确定：测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃

12、烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%, 则其实验式是（ ）。 确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（ ），分子式为（ ）。C4H10O74C4H10O核磁共振氢谱氢原子种类不同（所处的化学环境不同）特征峰也不同红外光谱作用：获得分子中含有何种化学键或官能团的信息作用：测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目 四、分子结构的鉴定 核磁共振仪 红外光谱法确定有机物结构的原理是：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，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、

13、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，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。1.红外光谱(IR)核磁共振仪 2、红外光谱的应用原理例一下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：COCC=O不对称CH3CH3COOCH2CH3核磁共振仪 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，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，在谱图上出现的位置也不同。且吸收峰的面积与氢原子数成正比。可以推知该有机

14、物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目多少。2.核磁共振氢谱核磁共振仪 结构分析：核磁共振法（HNMR）作用：测定有机物中H 原子的种类信号个数和数目信号强度之比峰面积吸收峰数目氢原子类型不同吸收峰的面积之比（强度之比）不同氢原子的个数之比核磁共振仪 核磁共振仪 问题探究：1.下列有机物中有几种H原子以及个数之比？种；种种；种；CH3-CH-CH3CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH-CH3CH3CH3-CH2-OH核磁共振仪 例5、分子式为C2H6O的两种有机化合物的1H核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR谱图吗?分子式为C2H6O的两种有机物的1H核磁共振

15、谱图 核磁共振氢谱HCOCH HCCOH H HH HH HH H核磁共振仪 C7.下列有机物在H-NMR上只给出一组峰的是( ) A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3A练习6.下图是某有机物的1H核磁共振谱图，则该有机物可能是 ( )A. CH3CH2OH B. CH3CH2CH2OH C. CH3OCH3 D. CH3CHO2.分子式为C3H6O2的二元混合物，分离后,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强度为11；第二种情况峰给出的强度为321。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式） 。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2