《研究有机化合物的一般步骤和方法》(第课时)

2023/2/31第一章认识有机化合物第四节研究有机化合物的一般步骤和方法第2课时新课标人教版高中化学课件系列选修5有机化学基础2023/2/321.元素分析：李比希法→现代元素分析法元素分析仪三、元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/2/33德国化学家李比希（1803～1873）化学史话李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？定量测定有机物中碳和氢元素含量的一种分析方法

将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增重量分别表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可计算样品中的碳和氢的含量。如果碳与氢的百分含量相加达不到100%，而又检测不出其他元素，则差数就是氧的百分含量。本法的特点是碳氢分析在同一样品中进行，且对仪器装置稍加改装后，即能连续检测其他元素。元素分析与相对分子质量的测定2023/2/34“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）。元素分析与相对分子质量的测定2023/2/35例1、5.8g某有机物完全燃烧，生成CO213.2g,H2O5.4g。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?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。n(C)∶n(H)∶n(O)＝13.2／44∶5.4×2／18∶1.6／16＝0.3：0.6：0.1＝3∶6∶1

∴实验式为

C3H6O元素分析与相对分子质量的测定2023/2/36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]

1mol物质中各原子（元素）的质量除以原子的摩尔质量→1mol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

三、元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/2/37[练习]某含C、H、O三种元素组成的未知有机物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%。（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？相对分子质量n(C)∶n(H)∶n(O)＝52.16／12∶13.14／1∶34.7／16＝2∶6∶1

∴实验式为

C2H6O元素分析与相对分子质量的测定2023/2/38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30，求该化合物的分子式。解法一解法二∵n(C)∶n(H)＝80／12∶20／1＝1∶3∴该化合物的实验式：CH3设分子式为(CH3)n则15n＝30∴n＝2分子式为C2H6∵1mol有机物中含C原子30×80%／12＝2mol1mol有机物中含H原子30×20%／1＝6mol则一个分子中含2个C原子6个H原子∴分子式为

C2H6元素分析与相对分子质量的测定2023/2/39思考：确定相对分子质量的方法有哪些？（1）M=m/n（2）M1=DM2

(D为相对密度)（3）M=22.4L/mol·ρg/L=22.4ρg/mol(标况下气体)三、元素分析与相对分子质量的确定（4）质谱法元素分析与相对分子质量的测定2023/2/310——相对分子质量的确定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.质谱法元素分析与相对分子质量的测定2023/2/311质谱仪元素分析与相对分子质量的测定2023/2/312CH3CH2OH+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。三、元素分析与相对分子质量的测定元素分析与相对分子质量的测定2023/2/313例3．2002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元素分析与相对分子质量的测定2023/2/314[练习]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（）。C4H10O74C4H10O74n(C)∶n(H)∶n(O)＝64.86％／12∶13.51％／1∶21.63％／16＝4∶10∶1∴实验式为：

C4H10O

设分子式为；(C4H10O)n则74n＝74

∴n＝1分子式为

C4H10O元素分析与相对分子质量的测定2023/2/315[练习]吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含C71.58%、H6.67%、N4.91%、其余为O。已知其分子量不超过300。试求：⑴吗啡的分子量；⑵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量。解：⑴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。⑵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

2023/2/316四、分子结构的鉴定

有机物的性质结构式（确定有机物的官能团）分子式计算不饱和度推测可能的官能团写出可能的同分异构体利用官能团的特征性质，通过化学实验确定。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。分子结构的鉴定2023/2/317②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①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、分子结构的鉴定利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构2.物理方法：1.化学方法：分子结构的鉴定2023/2/318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。红外光谱法确定有机物结构的原理是：1.红外光谱(IR)四、分子结构的鉴定分子结构的鉴定2023/2/3192、红外光谱的应用原理分子结构的鉴定2023/2/320例4、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分子结构的鉴定2023/2/321练习5：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分子结构的鉴定2023/2/322核磁共振仪分子结构的鉴定2023/2/323

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.核磁共振氢谱四、分子结构的确定分子结构的鉴定2023/2/324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分子结构的鉴定2023/2/325核磁共振氢谱分子结构的鉴定2023/2/326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核磁共振谱图

H—C—O—C—HH―C―C―O-H

HHHHH

HH

H分子结构的鉴定2023/2/327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.CH3—O—CH3

D.CH3CHOC下列有机物在H’-NMR上只给出一组峰的是()

A、HCHO

B、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH3A分子结构的鉴定2023/2/328问题探究：２种；９∶１１种３种；３∶２∶１４种；３∶２∶１∶６CH3-CH-CH3CH3CH3-