有机化反应的研究-课件完整版

第二单元科学家怎样研究有机物专题1认识有机化合物有机化合物结构的研究有机化合物组成的研究——元素分析（一）原理：燃烧法1、实验法----李比希元素分析法P62、元素分析仪----元素分析仪P7（二）作用：得出组成元素和含量（三）计算：确定最简式或分子式回顾确定有机物结构简式的一般步骤组成元素分子式结构式定量定量有机物

基团连接方式德国化学家李比希（1803～1873）1832年和维勒合作提出“基团论”：有机化合物由“基”组成，这类稳定的“基”是有机化合物的基础。

1838年李比希还提出了“基”的定义

有机化合物结构的研究——结构分析阅读：课本7~8页化学史话思考李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？例题：有机化合物中不含有的基团是()A.醛基B.羧基C.羟基D.烃基D－ＯＨ羟基、－ＣＨＯ醛基、－ＣＯＯＨ羧基、－ＮＨ2氨基、－Ｒ烃基、－ＣＨ3甲基、－ＣＨ2ＣＨ3乙基、－Ｃ6Ｈ5苯基、－Ｎ０2硝基等“基”与“根”的区别1、基团应是中性基团，不带电荷，必有某原子含有未成对电子，不可以独立存在。2、“根”带有电荷的原子团，可以在溶液中独立存在。

练习：—OH，OH—

的电子式。

有机物中的“基”包括两类，一类是烃基，另一类是官能团。烃分子失去一个或几个氢原子所剩余的部分叫做烃基（如甲基、乙基），一般用R－表示，官能团决定着有机化合物的主要化学性质，是有机化学重要的分类依据。①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②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

二、现代化学测定有机物结构的方法③质谱法等核磁共振仪1、核磁共振仪的应用原理

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。可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目多少。２、结构分析核磁共振法（H’—NMR）作用：测定有机物中H原子的种类信号个数信号强度之比峰面积和数目P8—观察与思考分子式为C2H6o的两种有机化合物的1H核磁共振谱图，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR谱图吗?请与同学交流你作出判断的理由。

分子式为C2H6O的两种有机物的1H核磁共振谱图

核磁共振氢谱H—C—O—C—HH—C—C—O—HHHHHH

HH

H例1、下图是某有机物的1H核磁共振谱图，则该有机物可能是()A.CH3CH2OHB.CH3CH2CH2OHC.CH3—O—CH3D.CH3CHOC课本P14.5练习.下列有机物在H’-NMR上只给出一组峰的是()A、HCHOB、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH3A问题探究：下列有机物中有几种H原子以及个数之比？２种；９：１１种３种；３：２：１４种；３：２：１：６CH3-CH-CH3CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH-CH3CH3CH3-CH2-OH2、红外光谱的应用原理

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，不同的化学键或官能团吸收频率不同，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学键或官能团的信息。红外光谱仪[例1]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：C—O—CC=O不对称CH3CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3[练习1]有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请写出该分子的结构简式

C—O—C对称CH3对称CH2CH3CH2OCH2CH3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。3、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荷质比：碎片的相对质量（m）和所带电荷（e）的比值质谱仪100806040200203040502729314546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+CH3CH2OH+质荷比相对丰度/%某有机物A的质谱图:乙醇的质谱图最大分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。例．2002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（10－9g）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β，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拓展视野诺贝尔化学奖与物质结构分析(2002年)引入了核磁共振光谱学观察到了DNA、蛋白质等大分子的真面目。美国芬恩日本田中耕一瑞士维特里希

拓展视野历史上许多科学家因在物质结构分析方面的突出贡献而获得诺贝尔化学奖。2002年诺贝尔化学奖授予了美国科学家芬恩(J．B．Fenn)、日本科学家田中耕一(KoichiTanaka)和瑞士科学家维特里希(K．Wuthrich)，以表彰他们发明对生物大分子进行识别和结构分析方法所作出的巨大成就。

“看清”DNA、蛋白质等生物大分子的真面目曾经是科学家们的梦想，如今这一梦想已成为现实。芬恩和田中耕一发明了“对生物大分子的质谱分析法”；维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。前一项成果解决了“看清”生物大分子是“谁”的问题，后一项成果则解决了“看清”生物大分子是“什么样子”的问题。这些分析方法可对溶液中的蛋白质进行分析，因而能对活细胞中的蛋白质进行分析，获得“活”蛋白质的结构。1985年，科学家利用这种方法第一次绘制出蛋白质的结构图。自人类基因组图、水稻基因组草图以及其他一些生物基因组图成功绘制后，生命科学和生物技术已进入后基因组时代。这一时代的重点课题是研究蛋白质的结构和功能，破译基因怎样控制和合成蛋白质，蛋白质又是如何发挥生理作用等。在这些课题中，判定生物大分子的“身份”，“看清”它们的结构非常重要。因此，三位诺贝尔化学奖得主发明的分析方法，对生物化学的发展将发挥重要作用。

在化学物质的“海洋"中，是否存在分子组成和原子连接方式完全相同的两种分子，由于分子中的原子在空间排列不同，而互为同分异构体?思考：顺反异构认识有机物的立体异构资料卡手性分子手性分子的两种异构体呈镜像对称，像人的左右手一样HH手性分子（1）手性分子如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称为手性异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。（分子内能找到对称轴或对称中心的分子为非手性的）（2）手性碳原子——连接四个不同的原子或基团的碳原子当四个不同的原子或基团连接在碳原子上时，形成的化合物存在手性异构体。对映异构认识有机物的立体异构分子不能与其镜像重叠者，称为手性分子(chiralmolecule)；两个互为镜像且不能重叠的异构体称为对映异构体(enantiomer)；

是否存在两种分子，它们犹如一个人的左右手，其中一只手只有在镜像中才能与另一只手完全重叠?手性分子丙氨酸的结构模型

丙氨酸分子CH3-CH-COOHCH3手性碳原子甘油醛存在1个手性碳原子，有两种D型和L型对映异构体，它们的旋光性恰好相反。

己醛糖有4个手性碳原子，有16种对映异构体，常见的葡萄糖溶液中绝大多数葡萄糖分子形成两种环状的旋光异构体。

两种分子式相同的有机分子，其空间结构互为镜像，且不能完全重叠，即成为对映异构体。这种分子称为手性分子。手性分子有旋光性。手性分子中具有与4个不同原子（或原子团）相连接的碳原子（手性碳原子）。L-丙氨酸D-丙氨酸图1-14手性分子丙氨酸的结构模型L-丙氨酸、D-丙氨酸

除甘氨酸外，α–氨基酸都是手性分子，构成天然蛋白质的α–氨基酸都是L型。L-丙氨酸可使偏振光向右旋转，D-丙氨酸则可使偏振光向左旋转。镜像，不仅仅是你熟悉的一个生活现象。

用于测手性化合物旋光性的偏振计及其原理

例题具有手性碳原子的物质往往具有旋光性，存在对映异构体，如等，下列化合物中存在对映异构体的是()A．B．CH3CH3C．甲烷D．C6H5CH(CH3)OCH3D具有手性碳原子的物质往往具有旋光性，存在对映异构体，下列化合物中存在对映异构体的是()A．CH3CHCH2CH3

B．CH3CH3C．甲烷D．CH3COOHA练习：Cl１．0.60g某饱和一元醇A，与足量的金属钠反应,生成氢气112mL(标准状况)。求该一元醇的分子式。将该一元醇进行1H核磁共振分析，其1H－NMR谱图如下，写出A的结构式。练习：解：设饱和一元醇A的分子式为CnH2n+1OH，则有：

CnH2n+1OH+Na→CnH2n+1ONa+H2↑ (14n+18)g11200mL0.60g112mL得n＝3∴A的分子式为C3H7OH。从A的1H核磁共振谱图分析知其有四种氢，可知其结构为CH3CH2CH2OH。

２．图1和图2是A、B两种物质的核磁共振氢谱。已知A、B两种物质都是烃类，都含有6个氢原子。请根据图1和图2两种物质的核磁共振氢谱谱图选择出可能属于图1和图2的两种物质是

A．A是C3H6；B是C6H6 B．A是C2H6；B是C3H6C．A是C2H6 ；B是C6H6 D．A是C3H6；B是C2H6[参考答案]B。根据峰的数目为分子中等效氢的种类：A只有一种氢，B有三种氢。３．未知物A的实验式和分子式都是C2H6O。A的红外光谱图如图(a)，未知物A的核磁共振氢谱有三个峰图（b），峰面积之比是1:2:3，未知物A的结构简式为

。

[参考答案]CH3－CH2－OH４．某有机物的蒸气密度是相同状况下甲烷密度的3．625倍。把1．16g该有机物在氧气中充分燃烧，将生成的气体混合物通过足量碱石灰，碱石灰增重3．72g，又知生成H2O和CO2的物质的量比为1：1，试求此有机物的分子式。红外光谱和核磁共振氢谱显示该分子中含有碳碳双键和羟基（

结构不稳定），试确定它的