第四節研究有機化合物的一般步驟和方法第一章

認識有機化合物李時珍在《本草綱目》中記載，檳榔有“下水腫、通關節、健脾、治心痛積聚”等諸多病癥。檳榔是我國的四大南藥之一有機物(粗品）如果你是化學家，你該如何來研究檳榔中的有機化合物？一般的步驟和方法是什么？一、研究有機化合物的基本步驟:粗產品分離提純定性分析定量分析除雜質確定組成元素質量分析測定分子量波譜分析實驗式或最簡式分子式結構式分離提純的方法有哪些？每一個操作步驟是怎樣完成的呢?【思考】1、常用的分離、提純物質的方法有哪些？2、下列物質中的雜質（括號中是雜質）分別可以用什么方法除去。（1）NaCl（泥沙）（2）酒精（水）（3）溴水（水）（4）KNO3(NaCl)一、有機物的分離與提純

（一）蒸餾1.適用范圍：分離、提純液態有機物。如：2.對分離物的要求：液態有機物有少量雜質，被提純物熱穩定性較強，與雜質的沸點相差較大（30℃）3.實驗室進行蒸餾時，用到的儀器有哪些？實驗過程中要注意哪些問題？原油的分餾溫度計蒸餾燒瓶冷凝管尾接管錐形瓶入水口出水口蒸餾裝置使用前要檢查裝置的氣密性！蒸餾的注意事項加熱蒸餾燒瓶，需墊石棉網；蒸餾燒瓶盛裝的液體，不超過容積的2/3；不得將全部溶液蒸干；需使用沸石（或碎瓷片）；冷凝水水流方向（逆流）；溫度計水銀球位置應放在蒸餾燒瓶支管口處，以測量餾出蒸氣的溫度；收集到的餾出物叫餾分，它只是某一溫度范圍內的蒸餾產物。4.怎樣用工業酒精得到無水酒精？工業乙醇95.6%加CaO蒸餾無水乙醇(99.5%以上)（二）、重結晶：利用被提純物質與雜質在同一溶劑中的溶解度不同而將其雜質除去的方法。

例如：苯甲酸的重結晶二、分離、提純粗產品熱溶解熱過濾冷卻結晶提純產品【探究2】在苯甲酸重結晶的實驗中，為了得到更多的苯甲酸晶體，結晶時的溫度是不是越低越好？不是。因為溫度過低，雜質的溶解度也會降低，部分雜質也會析出，達不到提純苯甲酸的目的。【探究1】為什么要趁熱過濾？溫度低導致部分苯甲酸析出在過濾過程中造成損失(1)萃取原理①液—液萃取利用有機物在兩種____________的溶劑中的____________不同，將有機物從一種溶劑轉移到另一種溶劑的過程。②固—液萃取用____________從固體物質中溶解出有機物的過程。互不相溶溶解度有機溶劑3、萃取（分液）：(2)萃取操作過程及儀器萃取實驗過程中要注意的問題：1、要檢查其上口和玻璃塞處是否漏液；2、進行分液時，分液漏斗頸的尖端要靠在燒杯的內壁上。當分液漏斗內的下層液體恰好流盡時，立即關閉分液漏斗的活塞，上層液體從分液漏斗上口倒出；3、常見有機萃取劑：苯、四氯化碳、汽油、乙醚、石油醚、三氯甲烷……1、如果你家里的食用花生油不小心混入了大量的水，利用你所學的知識，最簡單的分離方法是（）ABCD對點訓練√2、將甲、乙兩種有機物在常溫常壓下的混合物分離，已知它們的物理性質如下：物質密度/(g/cm3)沸點/℃水溶性溶解性甲0.789378.5溶溶于乙乙1.220100.7溶溶于甲則應采用的分離方法是(

)A．分液B．蒸餾C．干餾D．萃取√3、下列每組中各有三對物質，它們都能用分液漏斗分離的是（）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，硝基苯和水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BD4、下列各組混合物的分離或提純方法不正確的是 A．用過濾法分離Fe(OH)3膠體和FeCl3

溶液的混合物B．用重結晶法提純NaCl和KNO3的混合物中的KNO3C．用蒸餾法分離乙醇和甲醇的混合物D．用萃取和分液的方法可以分離碘和水的混合物A二、元素分析與相對分子質量的測定1、元素分析：定性分析——有機物的組成元素分析；定量分析——分子內各元素原子的質量分數李比希氧化產物吸收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）分析方法“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H、O的有機物加氧化銅氧化H2OCO2用無水CaCl2吸收用KOH濃溶液吸收得前后質量差得前后質量差計算C、H含量計算O含量得出實驗式（最簡式）例15.8g某有機物完全燃燒，生成CO213.2g,H2O5.4g。求有機物的實驗式?實驗式和分子式的區別;實驗式表示分子中原子數目最簡整數比。分子式表示化合物分子的真實組成。

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∴實驗式為

C3H6O上題若要確定它的分子式，還需要什么條件？確定有機化合物的分子式的方法：[方法一]

由物質中各元素的質量分數→各原子的個數比(實驗式)→由相對分子質量和實驗式→有機物分子式

[方法二]

1mol物質中各元素的質量除以原子的摩爾質量→1mol物質中的各種原子的物質的量→知道一個分子中各種原子的個數→有機物分子式

1.元素分析例2

某有機物的相對分子質量116，將2.9g有機物完全燃燒，生成CO2

6.6g,H2O

2.7g。求有機物的分子式?

C6H12O2[練習]實驗測得烴A中含碳80%、又測得該氣態烴的密度是H2的15倍，求該化合物的分子式。解法一解法二A的實驗式：CH3

Mr=15×2設分子式為

(CH3)n

則15n＝30∵1mol烴中N(C)=30×80%／12＝2mol1mol烴中N（H）=30×20%／1＝6mol∴

分子式為

C2H6（1）M=m/n（2）M1=DM2

(D為相對密度)（3）M=22.4L/mol·ρg/L

=22.4ρg/mol(標況下氣體)二、元素分析與相對分子質量的確定⑷質譜法（最精確、快捷測Mr的方法）思考：確定相對分子質量的方法有哪些？——相對分子質量的確定有機物樣品高能電子束轟擊帶電的“碎片”確定相對分子質量碎片的質荷比質荷比：碎片的相對質量和所帶電荷的比值（由于分子離子的質荷比越大，達到檢測器需要的時間最長，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質量）質譜法作用：測定相對分子質量2.質譜法質譜儀CH3CH2OH+質荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相對豐度/%乙醇的質譜圖乙醇的相對分子質量質譜儀例3．2002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離子。如C2H6離子化后可得到C2H6＋、C2H5＋、C2H4＋……，然后測定其質荷比。設H＋的質荷比為β，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，信號強度與該離子的多少有關），則該有機物可能是（）A甲醇B甲烷C丙烷D乙烯B[練習2]嗎啡和海洛因都是嚴格查禁的毒品。嗎啡分子含C71.58%、H6.67%、N4.91%、其余為O。已知其分子量不超過300。試求：⑴嗎啡的分子量；⑵嗎啡的分子式。分析：嗎啡分子量不超過300，只含1個氮原子，嗎啡相對分子質量

，嗎啡分子中碳原子數為

氫原子數為

氧原子數為

故嗎啡的分子式為

3.余數法①用烴的相對分子質量除以14，視商數和余數②若烴的類別不確定CxHy，可用相對分子質量M除以12，看商和余數，即M/12＝x……余y，分子式為CxHyM(CxHy)/M(CH2)＝M/14＝a……(a為碳原子數)余2為烷烴整除為烯烴或環烷烴差2整除為炔烴或二烯烴差6整除為苯或其同系物4.方程式法在同溫同壓下，10mL某氣態烴在50mLO2里充分燃燒，得到液態水和體積為35mL的混合氣體，則該烴的分子式可能為（）A、CH4B、C2H6C、C3H8D、C3H6BD【例題】分別寫出相對分子質量為128、72的烴的分子式（1）C10H8或C9H20（2）C5H12②核磁共振氫譜氫原子種類不同（所處的化學環境不同）特征峰也不同①紅外光譜作用：獲得分子中含有何種化學鍵或官能團的信息作用：測定有機物分子中等效氫原子的類型和數目

四、分子結構的鑒定利用特征反應鑒定出官能團，確認分子結構2.物理方法：1.化學方法：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率相當。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，不同的化學鍵、官能團吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置。因此，我們就可以根據紅外光譜圖，推知有機物含有哪些化學鍵、官能團，以確定有機物的結構。1.紅外光譜法確定有機物結構的原理是：2、紅外光譜的應用原理①紅外光譜已知分子式C2H6O的紅外光譜圖如下CH3CH2OH例4、下圖是一種分子式為C4H8O2的有機物的紅外光譜譜圖,則該有機物的結構簡式為：C―O―CC=O不對稱CH3CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3或CH3COCH2OCH3核磁共振儀

練習5：有一有機物的相對分子質量為74，確定分子結構，請寫出該分子的結構簡式

C―O―C對稱CH3對稱CH2CH3CH2OCH2CH3

核磁共振中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氫原子因產生共振時吸收頻率不同，在譜圖上出現的位置也不同。且吸收峰面積與氫原子數成正比。推知有機物分子有幾種不同類型的氫原子及它們的數目多少。2.核磁共振氫譜結構分析------核磁共振法(1H-NMR)作用：測定有機物中H

原子種類和數目吸收峰數目＝氫原子類型不同吸收峰的面積之比（強度之比）＝不同氫原子的個數之比例5、分子式為C2H6O的兩種有機化合物的1H核磁共振譜，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR譜圖嗎?分子式為C2H6O的兩種有機物的1H核磁共振譜圖

H—C—O—C—HH―C―C―O-H

HHHHH

HH

H

下圖是某有機物的1H核磁共振譜圖，則該有機物可能是()

A.CH3CH2OH

B.CH3CH2CH2OH

C.HCHO

D.CH3CHOC練一練！問題探究：２種；９∶１１種３種；３∶２∶１４種；３∶２∶１∶６CH3-CH-CH3CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH-CH3CH3CH3-CH2-OH1.下列有機物中有幾種H原子以及個數之比？2.分子式為C3H6O2的二元混合物，分離后,在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰有兩種情況。第一種情況峰給出的強度為1︰1；第二種情況峰給出的強度為3︰2︰1。由此推斷混合物的組成可能是（寫結構簡式）。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2CH33∶33∶2∶1若2:2:1:1呢？HOCH2CH2CHO一、研究有機化合物的基本步驟

①分離提純→②元素定量分析以確定實驗式→③測定相對分子質量以確定分子式→④波譜分析確定結構。二、分離和提純1.蒸餾2.重結晶3.萃取4.色譜法三、元素分析與相對原子質量的測定1.元素分析：李比希法2.相對原子質量的測定—質譜法小結四、有機物分子結構的確定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2.物理方法：①紅外光譜－確定化學鍵、官能團；

②核磁共振氫譜－確定等效氫原子的類型和數目1、某有機物的分子量為70,紅外光譜表征到碳碳雙鍵和C＝O的存在，核磁共振氫譜列如下圖。該有機物的分子式和結構簡式分別為？

C4H6OCH3CH=CHCHO四種峰的面積比是：1：1：1：3你來練一練！2．下列化合物中，核磁共振氫譜只出現兩組峰且峰面積之比為3∶2的是(

)

BD–CH3Cl–A–CH3