第四节研究有机化合物的一般步骤和方法

第四节研究有机化合物的一般步骤和方法屠呦呦2011年9月获得拉斯克临床医学奖，获奖理由是“因为发现青蒿素——一种用于治疗疟疾的药物，挽救了全球特别是发展中国家的数百万人的生命。”一、研究有机物的步骤:粗产品分离提纯定量分析（确定实验式）确定分子式确定结构式核磁共振仪

质谱仪二、分离、提纯

1、蒸馏：工业乙醇乙醇(95.6%)无水乙醇蒸馏加CaO蒸馏核磁共振仪

质谱仪2、重结晶：粗产品加热溶解趁热过滤冷却结晶提纯产品3、萃取：思考：如何分离下列混合物？1.NaCl和KCl3.4.Br2和H2ONO2和2.CCl4和H2O重结晶、过滤分液蒸馏萃取1.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确定德国化学家李比希“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）。例1：8g某有机物完全燃烧，生成CO211g,H2O9g含有哪些元素?实验式？CH4O若要确定分子式，还需什么数据？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。答案：实验式是CH3，分子式是C2H6若要确定它的分子式，还需要什么条件？相对分子质量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。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”确定分子量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【笔记】：1、作用：测定相对分子质量2.质谱法2、质谱图中的质荷比最大值就是未知物的相对分子质量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。质谱仪例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核磁共振仪

质谱仪[练习4]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（）。C4H10O74C4H10O②核磁共振氢谱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（波普分析）

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1.红外光谱(IR)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、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

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

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（等效氢）及它们的数目多少。2.核磁共振氢谱结构分析：核磁共振法（H’—NMR）作用：测定有机物中H原子的种类和数目【笔记】吸收峰数目＝等效氢原子类型不同吸收峰的面积之比（强度比）＝不同氢原子的个数之比例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

核磁共振氢谱H—C—O—C—HH—C—C—O—H

HHHHH

HH

HC7.下列有机物在H’-NMR上只给出一组峰的是()A、HCHOB、CH3OHC、HCOOHD、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.CH3CH2OHB.CH3CH2CH2OH

C.CH3—O—CH3D.CH3CHO问题探究：1.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.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）

。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2CH31∶13∶2∶1核磁共振仪

质谱仪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注意！一、研究有机化合物的基本步骤分离提纯→元素定量分析以确定实验式→测定相对分子质量以确定分子式→波谱分析确定结构。二、分离和提纯1.蒸馏2.重