1、第四節第四節 研究有機化合物的研究有機化合物的 一般步驟和方法一般步驟和方法一、研究有機化合物的基本步驟一、研究有機化合物的基本步驟 分離、提純分離、提純元素定量分析以元素定量分析以確定實驗式確定實驗式測定相對分子質量以測定相對分子質量以確定分子式確定分子式波譜分析確定結構波譜分析確定結構二、分離和提純二、分離和提純1.1.蒸餾蒸餾 2.2.重結晶重結晶 3.3.萃取萃取 4.4.色譜法色譜法三、元素分析與相對原子質量的測定三、元素分析與相對原子質量的測定二、元素分析與相對分子質量的測定二、元素分析與相對分子質量的測定1、元素分析：、元素分析：定性分析定性分析有機物的組成元素分析；有機物的組成

2、元素分析；定量分析定量分析分子內各元素原子的質量分數分子內各元素原子的質量分數李比希氧化產物吸收法李比希氧化產物吸收法現代元素分析法現代元素分析法數據經處理后即可確定有機物的實驗式（最簡式）數據經處理后即可確定有機物的實驗式（最簡式）分析方法分析方法1.元素分析：元素分析：李比希法李比希法現代元素分析法現代元素分析法元素分析儀元素分析儀三、元素分析與相對分子質量的確定三、元素分析與相對分子質量的確定德國化學家李比希德國化學家李比希（1803180318731873）化學史話化學史話李比希對有機化合物結構的研究有什么貢獻？李比希對有機化合物結構的研究有什么貢獻？定量測定有機物中碳和氫元素含量的一

3、種分析方法定量測定有機物中碳和氫元素含量的一種分析方法 將準確稱量的樣品置于一燃燒管中將準確稱量的樣品置于一燃燒管中，再將其徹底燃燒成二氧化碳和水，用，再將其徹底燃燒成二氧化碳和水，用純的氧氣流把它們分別趕入燒堿石棉劑純的氧氣流把它們分別趕入燒堿石棉劑（附在石棉上粉碎的氫氧化鈉）及高氯（附在石棉上粉碎的氫氧化鈉）及高氯酸鎂的吸收管內，前者將排出的二氧化酸鎂的吸收管內，前者將排出的二氧化碳變為碳酸鈉，后者吸收水變為含有結碳變為碳酸鈉，后者吸收水變為含有結晶水的高氯酸鎂，這兩個吸收管增重量晶水的高氯酸鎂，這兩個吸收管增重量分別表示生成的二氧化碳和水的重量，分別表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可

4、計算樣品中的碳和氫的含量。由此即可計算樣品中的碳和氫的含量。如果碳與氫的百分含量相加達不到如果碳與氫的百分含量相加達不到100%100%，而又檢測不出其他元素，則差數就是，而又檢測不出其他元素，則差數就是氧的百分含量。本法的特點是碳氫分析氧的百分含量。本法的特點是碳氫分析在同一樣品中進行，且對儀器裝置稍加在同一樣品中進行，且對儀器裝置稍加改裝后，即能連續檢測其他元素。改裝后，即能連續檢測其他元素。“李比希元素分析法李比希元素分析法”的原理：的原理：取定量含取定量含C C、H H（O O）的）的有機物有機物加氧化銅加氧化銅 氧化氧化H2OCO2用無水用無水CaClCaCl2 2吸收吸收用用KOH

5、KOH濃濃溶液吸收溶液吸收得前后得前后質量差質量差得前后得前后質量差質量差計算計算C C、H H含量含量計算計算O含量含量得出實驗式得出實驗式 將將一定量一定量的有機物燃燒，的有機物燃燒，轉化轉化為簡單的無機物，并作為簡單的無機物，并作定量測定定量測定，通過無機物的質量通過無機物的質量推算推算出組成該有機物元素原子的出組成該有機物元素原子的質量分數質量分數，然，然后計算出該有機物分子所含元素后計算出該有機物分子所含元素原子最簡單的整數比原子最簡單的整數比，即，即確定其確定其實驗式實驗式（又稱為（又稱為最簡式最簡式）。）。例例1某含某含C、H、O三種元素組成的未知有機物三種元素組成的未知有機物A

6、 A，經燃燒分析實驗測定該未知物中碳的質量分數為經燃燒分析實驗測定該未知物中碳的質量分數為52.16%，氫的質量分數為氫的質量分數為13.14%。試求該未知物試求該未知物A A的實驗式（分子中各原子的最簡的實驗式（分子中各原子的最簡單的整數比）。單的整數比）。n(C) n(H) n(O)（52.1612） （13.141） （34.716） 2 6 1 實驗式為實驗式為 C2H6O思考思考：能否直接確定該有機物的分子式能否直接確定該有機物的分子式? ? 實驗式和分子式有何區別實驗式和分子式有何區別? ?上題若要確定它的分子式，還需要什么條件？上題若要確定它的分子式，還需要什么條件？相對分子質量

7、相對分子質量確定有機化合物的分子式的方法：確定有機化合物的分子式的方法： 方法一方法一 由物質中各原子（元素）的由物質中各原子（元素）的質量分數質量分數 各原子的各原子的個數比個數比( (實驗式實驗式)由由相對分子質量相對分子質量和實驗式和實驗式 有機物有機物分子式分子式 方法二方法二 1 mol1 mol物質中各原子（元素）的物質中各原子（元素）的質量質量除除以原子的以原子的摩爾質量摩爾質量 1 mol1 mol物質中的各種原子物質中的各種原子的的物質的量物質的量知道知道一個分子一個分子中各種原子的中各種原子的個數個數 有機物有機物分子式分子式 三、元素分析與相對分子質量的確定三、元素分析與

8、相對分子質量的確定解法一解法一解法二解法二 n(C) n(H)（8012） （201）1 3該化合物的實驗式：該化合物的實驗式：CH3設分子式為設分子式為 (CH3)n 則則 15n30 n2 分子式為分子式為 C2H61mol有機物中含有機物中含C原子原子122mol1mol有機物中含有機物中含H原子原子16mol則一個分子中含則一個分子中含2個個C原子原子6個個H原子原子 分子式為分子式為 練練 5.8 g5.8 g某有機物完全燃燒，生成某有機物完全燃燒，生成COCO2 2 13.2 g , H 13.2 g , H2 2O O 5.4 g 5.4 g 。含有哪些元素。含有哪些元素? ?(

9、1)(1)若該有機物的相對分子質量為若該有機物的相對分子質量為5858，則分子式如，則分子式如何何? ? n(C) n(H) n(O)（13.244） （5.4218） （1.616） 0.3：0.6：0.13 6 1 實驗式為實驗式為 C3H6O分子式為分子式為 C C3 3HH6 6OO分子式為分子式為 C C6 6HH1212OO2 2（1）M = m/n（2）M1 = DM2 (D(D為相對密度為相對密度) )（3）M = 22.4 L/mol g/L=22.4 g/mol( (標況下氣體標況下氣體) )三、元素分析與相對分子質量的確定三、元素分析與相對分子質量的確定 質譜法（最精確、

10、快捷測質譜法（最精確、快捷測MrMr的方法）的方法）思考：思考：確定相對分子質量的方法有哪些？確定相對分子質量的方法有哪些？相對分子質量的確定相對分子質量的確定有機物有機物分子分子高能電子束轟擊高能電子束轟擊帶電的帶電的 “碎片碎片”確定確定結構結構碎片的質荷比碎片的質荷比質荷比：質荷比：碎片的相對質量（碎片的相對質量（m m）和所帶電荷（）和所帶電荷（e e- -）的比值）的比值（由于分子離子的質荷比越大，達到檢測器需要的時間最長，（由于分子離子的質荷比越大，達到檢測器需要的時間最長，因此因此譜圖中的最后到達或質荷比最大的就是未知物的相對分子譜圖中的最后到達或質荷比最大的就是未知物的相對分子

11、質量質量）質譜法作用：測定相對分子質量質譜法作用：測定相對分子質量 測定相對分子質量的方法很多，質譜法是最精確、最測定相對分子質量的方法很多，質譜法是最精確、最快捷的方法。它是用高能電子流等轟擊樣品分子，使該快捷的方法。它是用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。這分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。這些不同離子具有不同的質量，質量不同的離子在磁場作些不同離子具有不同的質量，質量不同的離子在磁場作用下達到檢測器的時間有差異，其結果被記錄為質譜圖用下達到檢測器的時間有差異，其結果被記錄為質譜圖。2.2.質譜法質譜法質譜儀質譜儀CH3CH2OH+質荷

12、比質荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相對豐度相對豐度/ /%乙醇的質譜圖乙醇的質譜圖 最大分子離子的最大分子離子的質荷比越大，達質荷比越大，達到檢測器需要的到檢測器需要的時間越長，因此時間越長，因此認為認為質譜圖中最質譜圖中最后到達或質荷比后到達或質荷比最大最大的就是未知的就是未知物的物的相對分子質相對分子質量。量。三、元素分析與相對分子質量的確定三、元素分析與相對分子質量的確定乙醇的相對乙醇的相對分子質量分子質量質譜儀質譜儀例例3 320022002年諾貝爾化學獎獲得者的貢獻之一是發明了年諾貝爾化學獎獲得者的貢獻之

13、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（量的（10109 9g g）化合物通過質譜儀的離子化室使樣品分）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。如子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C C2 2H H6 6離離子化后可得到子化后可得到C C2 2H H6 6、C C2 2H H5 5、C C2 2H H4 4，然后測定其質，然后測定其質荷比。設荷比。設H H的質荷比為的質荷比為，某有機物樣品的質荷比如，某有機物樣品的質荷比如右圖所示（假設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與右圖所示（假

14、設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關），則該有機物可能是（該離子的多少有關），則該有機物可能是（ ）A A 甲醇甲醇 B B 甲烷甲烷 C C 丙烷丙烷 D D 乙烯乙烯B質譜圖質譜圖 練習練習44某有機物的結構確定：某有機物的結構確定：測定實驗式：某含測定實驗式：某含C C、H H、O O三種元素的有機物，經燃三種元素的有機物，經燃燒分析實驗測定其碳的質量分數是燒分析實驗測定其碳的質量分數是64.86%64.86%，氫的質量，氫的質量分數是分數是13.51%, 13.51%, 則其實驗式是（則其實驗式是（ ）。）。 確定分子式：下圖是該有機物的質譜圖，則其相對確定分子式：下圖

15、是該有機物的質譜圖，則其相對分子質量為（分子質量為（ ），分子式為），分子式為（ ）。）。C4H10O74C4H10O74n(C) n(H) n(O)64.8612 13.511 21.6316 4 10 1 實驗式為：實驗式為： C4H10O 設分子式為設分子式為； (C4H10O)n 則則 74n74 n1 分子式為分子式為 C4H10O 練習練習22嗎啡和海洛因都是嚴格查禁的毒品。嗎啡分嗎啡和海洛因都是嚴格查禁的毒品。嗎啡分子含子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余為、其余為O O。已。已知其分子量不超過知其分子量不超過300300。試求：試求： 嗎啡的分子量；嗎啡的

16、分子量； 嗎啡的分子式。嗎啡的分子式。余數法余數法用烴的相對分子質量除以用烴的相對分子質量除以1414，視商數和余數，視商數和余數若烴的類別不確定若烴的類別不確定C Cx xH Hy y，可用相對分子質量，可用相對分子質量M M除以除以1212，看商和余數，即，看商和余數，即M/12M/12x x余余y y，分，分子式為子式為C Cx xH Hy yM(CM(Cx xH Hy y)/M(CH)/M(CH2 2) )M/14M/14a a(a(a為碳原子數為碳原子數) )余余2 2為烷烴為烷烴整除為烯烴或環烷烴整除為烯烴或環烷烴差差2 2整除為炔烴或二烯烴整除為炔烴或二烯烴差差6 6整除為苯或其

17、同系物整除為苯或其同系物此法用于確定通式的烴此法用于確定通式的烴( (如烷、烯、炔、苯的同系物等如烷、烯、炔、苯的同系物等) )【例題例題】分別寫出相對分子質量為分別寫出相對分子質量為128128、7272的烴的烴的分子式的分子式（1）C10H8或或C9H20（2）C5H12核磁共振氫譜核磁共振氫譜氫原子種類不同氫原子種類不同（所（所處的化學環境不同）處的化學環境不同）特征峰也不同特征峰也不同紅外光譜紅外光譜作用：作用：獲得分子中含有何種獲得分子中含有何種化學鍵化學鍵或或官能團官能團的信息的信息作用：作用：測定有機物分子中等效氫原子的類型和數目測定有機物分子中等效氫原子的類型和數目 四、分子結

18、構四、分子結構的鑒定的鑒定 利用特征反應鑒定出官能團，再進一步確認分子結構利用特征反應鑒定出官能團，再進一步確認分子結構2.2.物理方法：物理方法：1.1.化學方法：化學方法：由于有機物中組成化學鍵、官能團的原子處于不由于有機物中組成化學鍵、官能團的原子處于不斷振動狀態，且振動頻率與紅外光的振動頻譜相當。斷振動狀態，且振動頻率與紅外光的振動頻譜相當。所以，當用紅外線照射有機物分子時，分子中的化學所以，當用紅外線照射有機物分子時，分子中的化學鍵、官能團可發生震動吸收，鍵、官能團可發生震動吸收，不同的化學鍵、官能團不同的化學鍵、官能團吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于

19、不同位置處于不同位置。因。因此，我們就可以此，我們就可以根據紅外光譜圖，推知有機物含有哪根據紅外光譜圖，推知有機物含有哪些化學鍵、官能團，以確定有機物的結構些化學鍵、官能團，以確定有機物的結構。紅外光譜法確定有機物結構的原理是：紅外光譜法確定有機物結構的原理是：1.1.紅外光譜紅外光譜(IR)(IR)四、分子結構的確定四、分子結構的確定 2、紅外光譜的應用原理、紅外光譜的應用原理紅外光譜紅外光譜可以獲得化學鍵和官能團的信息CH3CH2OH的紅外光譜的紅外光譜結論：結論：A A中含有中含有O-HO-H、C-OC-O、C-HC-H例例4 4、下圖是一種分子式為、下圖是一種分子式為C4H8O2的有機

20、物的紅外光的有機物的紅外光譜譜圖譜譜圖, ,則該有機物的結構簡式為：則該有機物的結構簡式為：COCC=O不對稱不對稱CH3CHCH3 3CHCH2 2COOCHCOOCH3 3或或CHCH3 3COOCHCOOCH2 2CHCH3 3或或CHCH3 3COCHCOCH2 2OCHOCH3 3核磁共振儀核磁共振儀 練習練習5 5：有一有機物的相對分子質量為：有一有機物的相對分子質量為7474，確定分子結，確定分子結構，請寫出該分子的結構簡式構，請寫出該分子的結構簡式 COC對稱對稱CH3對稱對稱CH2CH3CH2OCH2CH3核磁共振儀核磁共振儀 核磁共振中的核指的是氫原子核。氫原子核核磁共振中

21、的核指的是氫原子核。氫原子核具有磁性，如用電磁波照射氫原子核，它能通過具有磁性，如用電磁波照射氫原子核，它能通過共振吸收電磁波能量，發生躍遷。用核磁共振儀共振吸收電磁波能量，發生躍遷。用核磁共振儀可以記錄到有關信號，處于不同化學環境中的氫可以記錄到有關信號，處于不同化學環境中的氫原子因產生共振時吸收的頻率不同，在譜圖上出原子因產生共振時吸收的頻率不同，在譜圖上出現的現的位置也不同。且吸收峰的面積與氫原子數成位置也不同。且吸收峰的面積與氫原子數成正比。可以正比。可以推知該有機物分子有幾種不同類型的推知該有機物分子有幾種不同類型的氫原子及它們的數目多少氫原子及它們的數目多少。2.2.核磁共振氫譜核

22、磁共振氫譜四、分子結構的確定四、分子結構的確定 結構分析：結構分析：核磁共振法核磁共振法 （HNMR）作用：作用：測定有機物中測定有機物中H 原子的原子的種類種類信信號號個個數數和和數目數目信號強度信號強度之比之比峰峰面面積積吸收峰數目氫原子類型吸收峰數目氫原子類型不同吸收峰的面積之比（強度之比）不同吸收峰的面積之比（強度之比）不同氫原子的個數之比不同氫原子的個數之比例例5 5、分子式為、分子式為C2H6O的兩種有機化合物的的兩種有機化合物的1 1H H核磁共振核磁共振譜，你能分辨出哪一幅是乙醇的譜，你能分辨出哪一幅是乙醇的1 1H-NMRH-NMR譜圖嗎譜圖嗎? ?分子式為分子式為C2H6O

23、的兩種有機物的的兩種有機物的1H核磁共振譜圖核磁共振譜圖 核磁共振氫譜核磁共振氫譜1 1. .下圖是某有機物的下圖是某有機物的1 1H H核磁共振譜圖，則該有機核磁共振譜圖，則該有機物可能是物可能是 ( )( )A. CH3CH2OH B. CH3CH2CH2OH C. CH3OCH3 D. CH3CHOC2 2. .下列有機物在下列有機物在H-NMR上只給出一組峰的是上只給出一組峰的是( ) ( ) A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3A問題探究：問題探究：種；種；種種種；種；種；種；CHCH3 3-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-C

24、-CH-C-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-OH-OH1.1.下列有機物中有幾種下列有機物中有幾種H H原子以及原子以及個數之比？個數之比？諾貝爾化學獎諾貝爾化學獎與物質結構分析與物質結構分析(2002(2002年年) )引入了核磁共振光譜學觀察到了引入了核磁共振光譜學觀察到了DNADNA、蛋、蛋白質等大分子的真面目。白質等大分子的真面目。 美國美國 芬恩芬恩日本日本田中耕一田中耕一瑞士瑞士 維特里希維特里希一、研究有機化合物的基本步驟一、研究有機化合物的基本步驟分離提純分離提純

25、元素定量分析以確定實驗式元素定量分析以確定實驗式測定相對分子測定相對分子質量以確定分子式質量以確定分子式波譜分析確定結構。波譜分析確定結構。二、分離和提純二、分離和提純1.1.蒸餾蒸餾 2.2.重結晶重結晶 3.3.萃取萃取 4.4.色譜法色譜法三、元素分析與相對原子質量的測定三、元素分析與相對原子質量的測定1.1.元素分析：李比希法元素分析：李比希法2.2.質譜法質譜法相對原子質量的測定相對原子質量的測定四、有機物分子結構的確定四、有機物分子結構的確定1.1.化學方法：利用特征反應鑒定出官能團，再進一步確認分子結構化學方法：利用特征反應鑒定出官能團，再進一步確認分子結構第四節第四節 研究有機

26、化合物的一般步驟和方法研究有機化合物的一般步驟和方法小節小節2.2.物理方法：物理方法：紅外光譜確定化學鍵、官能團；紅外光譜確定化學鍵、官能團； 核磁共振氫譜核磁共振氫譜確定確定等效氫原子的類型和數目等效氫原子的類型和數目確定有機物結構式的一般步驟是：確定有機物結構式的一般步驟是：1 1、根據分子式寫出可能的同分異構體。、根據分子式寫出可能的同分異構體。2 2、利用該物質的性質推測可能含有的官能團，最后確定正確的結、利用該物質的性質推測可能含有的官能團，最后確定正確的結構。構。練習練習1、2002年諾貝爾化學獎表彰了兩項成果，其年諾貝爾化學獎表彰了兩項成果，其中一項是瑞士科學家庫爾特中一項是瑞士科學家庫爾特維特里希發明了維特里希發明了“利利用核磁共振技術測定溶液