第二單元科學家怎樣研究有機物 江蘇省宿遷中學高一化學組2020年3月3日星期二 專題1認識有機化合物 有機化反應的研究 復習 研究有機化合物的一般步驟和方法 分離 提純 元素定量分析確定實驗式 測定相對分子質量確定分子式 波譜分析確定結構式 步驟 方法 蒸餾重結晶萃取 紅外光譜核磁共振氫譜 質譜法 元素分析 結構 相對分子質量 組成 三 有機化學反應的研究 機理與方法 有機化學反應需要什么條件 受哪些因素的影響 反應機理如何等等 這些都是科學家們研究的課題 通過實例理解有機反應的機理 甲烷氯代反應機理的研究 化合物分子在光或熱等條件下 共價鍵發生均裂 形成具有很強反應活性的單電子原子或基團 它們可與其他反應物分子作用 生成新的游離基 引發鏈式反應 1 化學方程式與反應機理 將氯氣先用光照 在黑暗中放置一段時間后 再與甲烷混合 不生成甲烷氯代產物 解 在黑暗中放置一段時間后 氯氣經光照而產生的氯自由基已銷毀 此時再將氯氣與甲烷混合 沒有自由基引發反應 不生成甲烷氯代產物 將氯氣先用光照 立即在黑暗中與甲烷混合 生成甲烷的氯代產物 解 氯氣經光照后可產生自由基 立即在黑暗中與甲烷混合 氯自由基來不及銷毀 可引發反應 生成甲烷的氯代產物 甲烷用光照后 立即在黑暗中與氯氣混合 不生成甲烷氯代產物 解 甲烷分子中c h鍵較強 不會在光照下發生均裂 產生自由基 問題解決 酯化反應的反應機理 酯的水解反應機理 2 反應機理的研究方法 同位素示蹤法 海維西 georgehevesy 匈牙利化學家 1943年 海維西研究的同位素示蹤技術 推進了對生命過程的化學本質的理解而獲得了諾貝爾化學獎 拓展視野 諾貝爾化學獎與同位素示蹤法 海維西 georgehevesy 匈牙利化學家 1885年8月1日生于布達佩斯 海維西曾就讀于柏林大學和弗賴堡大學 1911年在曼徹斯特大學e 盧瑟福教授的指導下研究鐳的化學分離 為他日后研究放射性同位素作示蹤物打下了基礎 海維西主要從事稀土化學 放射化學和x射線分析方面的研究 他與f 帕內特合作 在示蹤研究上取得成功 1920年 海維西與科斯特合作 按照玻爾的建議在鋯礦石中發現了鉿 1926年海維西任弗賴堡大學教授 開始計算化學元素的相對豐度 1934年在制備一種磷的放射性同位素之后 進行磷在身體內的示蹤 以研究各生理過程 這項研究揭示了身體成分的動態 1943年 海維西任斯德哥爾摩有機化學研究所教授 同年 他研究同位素示蹤技術 推進了對生命過程的化學本質的理解而獲得了諾貝爾化學獎 1945年后海維西人瑞典國籍 海維西發表的主要專著是 放射性同位素探索 海維西于1966年7月5日在德國去世 享年81歲 1 c o 酯鍵中的 c o 碳氧單鍵2 利用同位素的核物理性質 具有放射性 質量不同 3 可以研究如2na2o2 2co2 2na2co3 o2 氧原子的去向 o o 問題解決 蛋白質分子 dna分子 拓展視野 諾貝爾化學獎與逆合成分析理論 1967年美國有機化學家科里 eliasjamescorey 他提出了具有嚴格邏輯性的 逆合成分析原理 由于科里提出有機合成的 逆合成分方法 并成功地合成50多種藥劑和百余種天然化合物 對有機合成有重大貢獻 而獲得1990年諾貝爾化學獎 拓展視野 諾貝爾化學獎與不對稱合成 2001年度諾貝爾化學獎授予給三位科學家 他們分別是美國科學家諾爾斯 日本科學家野依良治及美國科學家夏普雷斯 得獎理由 在手性催氫化反應研究方面做出卓越貢獻 對有機化合物進行了不對稱合成 他們的研究成果涉及到手性分子與對映異構 什么是手性分子與對映異構 小結 1 有機化合物組成的研究分子式的確定2 有機化合物結構的研究核磁共振譜分析法3 有機化學反應的研究反應歷程和同位素示蹤 8 法國化學家伊夫 肖萬獲2005年諾貝爾化學獎 他發現了烯烴里的碳 碳雙鍵會被拆散 重組 形成新分子 這種過程被命名為烯烴復分解反應 烯烴復分解反應可形象地描述為交換舞伴 如圖所示 烯烴復分解反應中的催化劑是金屬卡賓 如ch2 m 金屬卡賓與烯烴分子相遇后 兩對舞伴會暫時組合起來 手拉手跳起四人舞蹈 隨后它們 交換舞伴 組合成兩個新分子 其中一個是新的烯烴分子 另一個是金屬原子和它的新舞伴 后者會繼續尋找下一個烯烴分子 再次 交換舞伴 把c6h5ch2ch ch2與ch2 m在一定條件下混合反應 下列產物不可能存在的是a c6h5ch2ch mb ch2 ch2c c6h5ch2ch2c6h5d c6h5ch2ch chch2c6h5 12 下圖是某藥物中間體的結構示意圖 試回答下列問題 1 觀察上面的結構式與立體模型 通過對比指出結構式中的 et 表示 該藥物中間體分子的化學式為 2 請你根據結構示意圖 推測該化合物所能發生的反應及所需反應條件 3 解決有機分子結構問題的最強有力手段是核磁共振氫譜 pmr 有機化合物分子中有幾種化學環境不同的氫原子 在pmr中就有幾個不同的吸收峰 吸收峰的面積與h原子數目成正比 現有一種芳香族化合物與該藥物中間體互為同分異構體 其模擬的核磁共振氫譜圖如上圖所示 試寫出該化合物的結構簡式 1 化合物a b的分子式都c2h4br2 a的結構簡式為ch2br ch2br 則a的1h nmr譜上有幾個峰 b的1h nmr譜上有2個峰 強度比為3 1 則b的結構簡式 鞏固練習 2 某一元醇c2h6o中氧為18o 它與乙酸反應生成的酯的相對分子質量為 a 86b 88c 90d 92 c 3 分子式為c3h6o2兩種化合物 在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰 第一種化合物給出的強度為1 1的兩個峰 第二種化合物給出的強度為3 2 1三個峰 由此推斷這兩種化合物的組成分別是 寫結構簡式 c3h6o2可能的結構為 ch3ch2cooh ch3cooch3 hcooch2ch3 氫譜峰值類型3 2 11 11 2 3 1 或 3 本單元作業 1 mmolc2h2跟nmolh2在密閉容器中反應 當該可逆反應達到平衡時 生成pmolc2h4 將反應后的混合氣體完全燃燒 生成co2和h2o 所需要氧氣的物質的是 a 3m n molb c 3m n 2p mold 2 在密閉容器中某氣態烴和氧氣按一定比例混和 點火爆炸后恢復到原溫度 20 壓強減小至原來的一半 若加naoh的溶液則氣體全部被吸收 則此烴為 a c3h8b c2h4c c2h6d c6h6 3 在一密閉容器中充入一種氣態烴和足量的氧氣 用電火花點燃完全燃燒后 容器內氣體體積保持不變 若氣體體積均在120 和相同的壓強下測定的 這種氣態烴可能是 a ch4b c2h6c c2h4d c3h6 4 當燃燒8 96升由ch4 co c2h6組成的混和氣體時 除生成水外 還生成13 44升co2氣體 氣體體積均在標準狀況下測定 則原混和氣體中含c2h6的物質的量是 a 0 2molb 0 4molc 0 6mold 0 8mol 6 某一元醇c3h8o中氧為18o 它與乙酸反應生成的酯的相對分子質量為 a 100b 102c 104d 1067 由乙烯和乙醇蒸氣組成的混和氣體中 若碳元素的質量百分含量為60 則氧元素的質量百分含量為a 15 6 b 26 7 c 30 d 無法確定8 下列最簡式中 不用相對分子質量就可以確定分子式的是 a ch3b ch2c chd c2h5 9 2 3g有機物a完全燃燒后 生成0 1molco2和2 7gh2o 測得該化合物蒸氣對空氣的相對密度是1 6 該化合物的分子式為 10 燃燒30 6g醫用膠的單體樣品 實驗測得 生成70 4g二氧化碳 19 8g水 2 24l氮氣 換算為標準狀況 請通過計算確定其實驗式 若由質譜分析法測定出該樣品的相對分子質量為153 0 請確定其分子式 11 8分 有0 2mol有機物和0 4mol的氧氣在密閉容器中燃燒后產物為co2 co和氣態水 產物通過濃h2so4后 濃h2so4增重10 8g 再通過灼熱的cuo充分反應后 cuo減輕了3 2g 最后該氣體再通過堿石灰完全吸收 質量增加17 6g 1 如何確定各產物的量 2 反應后 氧氣有無剩余 為什么 3 如何判斷有機物中是否含有氧元素 4 根據以上分析結果 如何求得分子式 12 2002年諾貝爾化學獎獲得者的貢獻之一是發明了對有機物分子進行結構分析的質譜法 其方法是讓極少量的 10 9g 化合物通過質譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化 少量分子碎裂成更小的離子 如c2h6離子化后可得到c2h6 c2h5 c2h4 然后測定其質荷比 某有機物樣品的質荷比如圖所示該有機物可能是