《研究有机化合物的一般步骤和方法》课

第一章认识有机化合物研究有机化合物的基本步骤分离、提纯元素定量分析确定实验式测定相对分子质量确定分子式波谱分析确定结构式(有哪些官能团）【思考与交流】1、常用的分离、提纯物质的方法有哪些？2、下列物质中的杂质（括号中是杂质）可以用什么方法除去。（1）酒精（水）（2）壬烷（己烷）（3）KNO3（NaCl

（4）乙酸乙酯（乙醇）（5）甲烷（乙烯）（6）NaCl（泥沙）（7）溴水（水）（8）CO2（HCl）3、归纳分离、提纯物质的总的原则是什么过滤、蒸馏、重结晶、萃取1、常用的分离、提纯物质的方法有哪些？2、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。（1）NaCl（泥沙）（2）酒精（水）（3）溴（水）（4）

KNO3(NaCl)3、分离、提纯物质的总的原则是什么？有机物的分离与提纯过滤、蒸馏、重结晶、萃取过滤蒸馏萃取重结晶不增、不减、易分离、易复原一、分离、提纯2、物理方法：利用有机物与杂质物理性质的差异而将它们分开有机物分离的常用物理方法蒸馏重结晶萃取分液1、化学方法：一般是加入或通过某种试剂进行化学反应。1、蒸馏：（2）蒸馏提纯的条件

有机物热稳定性较强；与杂质的沸点相差较大（一般约大于30℃）（1）蒸馏的原理利用混合物的沸点不同，除去难挥发或不挥发的杂质（3）蒸馏的注意事项：温度计水银球的部位（蒸馏烧瓶支管处）烧瓶中放少量沸石或碎瓷片（防止暴沸）进出水方向（下进上出）烧瓶中所盛放液体不能超过1/3实验：含有杂质的工业乙醇的蒸馏是分离提纯液态有机物的常用方法。蒸馏烧瓶冷凝管温度计尾接管冷水热水锥形瓶蒸馏操作中的注意事项仪器组装的顺序：“先下后上，由左至右”；不得直接加热蒸馏烧瓶。其盛装的液体，最多不超过容积的2/3；不得将全部溶液蒸干；冷凝水水流方向：从下口进水，上口出水温度计水银球位置应与蒸馏烧瓶支管口齐平，以测量馏出蒸气的温度；加入素烧瓷片的目的。含杂质的工业酒精的蒸馏：1、杂质：水、甲醇等2、通过蒸馏可获得95.6℅的乙醇和4.4℅水的共沸混合物（沸点78.15℃）若要得到更纯净的乙醇如何操作呢？使用前要检查装置的气密性！

【思考与交流】1、下列实验的步骤是什么？

提纯KNO3、NaCl混合物中的KNO3

提纯NaCl

、KNO3

混合物中的NaCl2、进行上述实验时，用到的仪器有哪些？要注意哪些问题？2、重结晶选择溶剂的条件杂质在此溶剂中溶解度很小或很大被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度，受温度的影响较大学与问

在苯甲酸重结晶的实验中，滤液放置冷却可以结晶出纯净的苯甲酸晶体。请你思考并与同学交流：温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸晶体，是不是结晶时的温度越低越好？3、阅读课本P18,归纳重结晶的步骤。二、重结晶原理：利用固体混合物中目标组分在某种溶剂中的溶解度随温度变化有明显差异,将有机物溶解在热的溶剂中制成饱和溶液，冷却后，由于溶解度减小，溶质又重新成晶体析出。由于产品与杂质在溶剂中的溶解度不同，可以通过过滤将杂质除去，从而达到分离提纯的目的。选择溶剂的要求：杂质在溶剂中溶解度很大或很小（前一种情况杂质将留在母液中不析出，后一种情况是使杂质在热过滤时被除去）

目标组分在此溶剂中的溶解度，受温度的影响较大（该有机物在热溶液中的溶解度较大，在冷溶液中溶解度较小，冷却后易于形成晶体。）重结晶操作中的使用的仪器：烧杯、三脚架、石棉网、玻璃棒、酒精灯、漏斗、铁架台实验：粗苯甲酸的重结晶并完成教材中的学与问不纯固体物质残渣(不溶性杂质)滤液母液(可溶性杂质和部分被提纯物)晶体(产品)溶于溶剂，制成饱和溶液，趁热过滤冷却，结晶，过滤，洗涤【思考与交流】1、如何提取溴水中的溴？2、实验原理是什么？3、用到的实验仪器（玻璃仪器）有哪些？4、如何选取萃取剂？3、萃取萃取固—液萃取液—液萃取萃取：萃取的原理：萃取的条件：用一种溶剂把溶质从它与另一溶剂所组成的溶液中提取出来的方法利用混合物中一种溶质在不同溶剂里的溶解度的不同（1）萃取剂和原溶剂互不相溶和不发生化学反应（2）溶质在萃取剂中的溶解度大于在原溶剂中的溶解度常见的有机萃取剂：乙醚、石油醚、二氯甲烷、四氯化碳……主要仪器：分液漏斗、烧杯、铁架台萃取分类：

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）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。例如：用粉笔分离色素……[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BDD适当记忆一些有机物质相对与水的密度大小，对于解决萃取分液的实验题是很有帮助的洗涤沉淀或晶体的方法：用胶头滴管

往晶体上加蒸馏水直至晶体被浸没，

待水完全流出后，重复两至三次，直

至晶体被洗净。检验洗涤效果：取最后一次的洗出液，

再选择适当的试剂进行检验。二、元素分析与相对分子质量的测定李比希法现代元素分析仪分析方法定量分析的原理：将一定量的有机物燃烧，使其分解为简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。从而获得有机物的实验式1、元素分析：定性分析——有机物的组成元素分析；定量分析——分子内各元素原子的质量分数燃烧法二、元素分析与相对分子质量的测定元素定量分析的原理：

将一定量的有机物燃烧，分解为简单的无机物，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）定量分析确定物质的步骤：计算组成各原子的整数比（确定实验式）测定相对分子质量（确定分子式）鉴定分子结构（确定物质）一、元素分析与相对分子质量的确定1、元素分析方法：李比希法→现代元素分析法例1、某含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为13.14%。（P20）（1）试求该未知物A的实验式（分子中各原子的最简单的整数比）。（2）若要确定它的分子式，还需要什么条件？

未知物的相对分子质量有机物分子式的确定1、有机物组成元素的确定5.8g某有机物完全燃烧，生成CO213.2g,H2O5.4g.含有哪些元素?含碳3.6g(0.3mol)含氢0.6g(0.6mol)含氧1.6g(0.1mol)能否直接确定含有氧?如何确定?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?C3H6O2、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。例题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30，求该化合物的分子式。答案：实验式是CH3，分子式是C2H62、相对分子质量的测定---质谱法原理：⑴、质荷比是什么？⑵、质谱图的作用：谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量最右边的分子离子峰的质荷比就是相对分子质量。分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值[原理]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。【思考与交流】1、质荷比是什么？2、如何确定有机物的相对分子质量？相对分子质量的测定—质谱法（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）[例2]．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[练习2]某有机物的结构确定：①测定实验式：某含C、H、O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64.86%，氢的质量分数是13.51%,则其实验式是（）。

②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三、分子结构的鉴定结构式（确定有机物的官能团）分子式H—C—O—C—HH—C—C—O—HHHHHHHHH分子式都是C2H6O，能否推测出它的结构？1、红外光谱原理：课本P22用途：推知有机物含有哪些化学键

红外光谱图中不包括C－C键绝大多数的化学键、官能团、化合物的红外光谱图已建成数据库，通过对比就可直接获得有机物的结构。三、分子结构的鉴定

读P22红外光谱图，推测例1未知物A的官能团判断甲酸甲酯、乙酸在红外光谱图有几个振动吸收？3、4[指出]当化合物结构比较复杂时，若用化学方法，时间长、浪费试剂，因此科学上常常需要采取一些物理方法。与鉴定有机物结构有关的物理方法有质谱、红外光谱、核磁共振谱等。1、红外光谱[讲述]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、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。三、分子结构的鉴定[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：C—O—CC=O不对称CH3CH3COOCH2CH32、核磁共振氢谱（HNMR）

原理：不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的

吸收峰的面积不同。用途：由峰的组数可推测等效氢的种类由峰的强度（包括峰的面积或积分曲线的高度）判断等效氢的相对数目（读P22图1-191-20）2、核磁共振氢谱[讲述]对于CH3CH2OH、CH3—O—CH3这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式也不同、所处的化学环境不同，即等效碳、等效氢的种数不同。明确：不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的面积不同。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的

类型及数目。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[练习2]2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特·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”。在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是AHCHOBCH3OHCHCOOHDCH3COOCH3A[练习3]分子式为C3H6O2的二元混合物，如果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1︰1；第二种情况峰给出的强度为3︰2︰1。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）

。CH3COOCH3和CH3CH2COOHCH3COOCH3CH3CH2COOHHCOOCH2CH3参考结构式，分析核磁谱图，回答下列问题：分子中共有

种化学环境不同的氢原子；谱线最高者表示有

个环境相同氢原子，谱线最低者表示有

个环境相同氢原子，结构式中的Et表示烷烃基，从什么图谱中可以推断结构式中的这个烷烃基是

。

研究有机物的一般步骤分离、提纯元素定量分析

确定实验式测定相对分子质量

确定分子式现代物理实验

方法

确定结构式练习4、一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳碳双键和C＝O的存在，核磁共振氢谱列如下图：①写出该有机物的分子式：②写出该有机物的可能的结构简式：C4H6OCH2=CH-C-CH3O[练习3]某工厂废液经测定得知主要含有乙醇，其中还溶有丙酮、乙酸和乙酸乙酯。根据各物质的性质（如下表），确定通过下列步骤回收乙醇和乙酸。物质丙酮乙酸乙酯乙醇乙酸沸点（℃）56.277.0678117.9①向废液中加入烧碱溶液，调整溶液的pH＝10②将混和液放入蒸馏器中缓缓加热③收集温度在70～85℃时的馏出物④排出蒸馏器中的残液。冷却后向其中加浓硫酸（过量），然后再放入耐酸蒸馏器进行蒸馏，回收馏出物请回答下列问题：（1）加入烧碱使溶液的pH＝10的目的是

；（2）在70～85℃时的馏出物的主要成份是

；（3）在步骤④中，加入过量浓硫酸的目的是（用化学方程式表示）

（4）当最后蒸馏的温度控制在85～125℃一段时间后，残留液中溶质的主要成份是

。将乙酸与碱反应先分离乙酸乙酯和乙醇2CH3COONa+H2SO4=Na2SO4+2CH3COOH硫酸钠利用实验式和相对分子质量常见有哪些方法求相对分子质量？3、确定分