第4节研究有机化合物的一般步骤和方法.ppt

第第4 4节节 研究有机化合物的研究有机化合物的一般步骤和方法一般步骤和方法第一章第一章 认识有机化合物认识有机化合物分离、提纯分离、提纯元素定量分析元素定量分析　确定　确定实验式实验式 波谱分析波谱分析确定确定结构式结构式测定相对分子质量测定相对分子质量　确定　确定分子式分子式研究有机物一般经历的步骤：研究有机物一般经历的步骤：一、分离、提纯一、分离、提纯一、分离、提纯一、分离、提纯2 2、、、、物理方法物理方法物理方法物理方法：利用有机物与杂质物理性质的差异而将它们分开：利用有机物与杂质物理性质的差异而将它们分开：利用有机物与杂质物理性质的差异而将它们分开：利用有机物与杂质物理性质的差异而将它们分开有机物分离的常用物理方法有机物分离的常用物理方法有机物分离的常用物理方法有机物分离的常用物理方法蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏重结晶重结晶重结晶重结晶萃取萃取萃取萃取分液分液分液分液1 1 1 1、、、、化学方法化学方法化学方法化学方法：一般是加入或通过某种试剂进行化学反应一般是加入或通过某种试剂进行化学反应一般是加入或通过某种试剂进行化学反应一般是加入或通过某种试剂进行化学反应二、元素分析与相对分子质量的测定二、元素分析与相对分子质量的测定1、元素分析：、元素分析：定性分析定性分析——有机物的组成元素分析；有机物的组成元素分析；定量分析定量分析——分子内各元素原子的质量分数分子内各元素原子的质量分数　　李比希氧化产物吸收法李比希氧化产物吸收法现代元素分析法现代元素分析法数据经处理后即可确定有机物的实验式（最简式）数据经处理后即可确定有机物的实验式（最简式）分析方法分析方法 定量分析确定物质的步骤：定量分析确定物质的步骤：定量分析确定物质的步骤：定量分析确定物质的步骤：计算组成各原子的整数比计算组成各原子的整数比计算组成各原子的整数比计算组成各原子的整数比（确定实验式）（确定实验式）（确定实验式）（确定实验式）测定相对分子质量测定相对分子质量测定相对分子质量测定相对分子质量（确定分子式）（确定分子式）（确定分子式）（确定分子式）鉴定分子结构（鉴定分子结构（鉴定分子结构（鉴定分子结构（确定物质）确定物质）确定物质）确定物质）[原理原理]它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变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时间有差异，其，其结果被记录为质谱图结果被记录为质谱图 【【思考与交流思考与交流】】1、质荷比是什么？、质荷比是什么？2、如何确定有机物的相对分子质量？、如何确定有机物的相对分子质量？2.相对分子质量的测定相对分子质量的测定—质谱法质谱法（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（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 的的质荷比最大质荷比最大的就是未知物的的就是未知物的相对分子质量相对分子质量））图谱分析图谱分析乙醇的质谱图乙醇的质谱图相对丰度相对丰度(RA)——以图中最强的离子峰以图中最强的离子峰(基峰基峰)高为高为100％，％，其它峰的峰高则用相对于基峰的百分数表示其它峰的峰高则用相对于基峰的百分数表示 29CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+CH3CH2OH+100%060%20%503020 质荷比最大的质荷比最大的数据表示未知物数据表示未知物A的相对分子质量。

的相对分子质量[例例1]丙酸甲酯的质谱图丙酸甲酯的质谱图[例例2]．．2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有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（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，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少量分子碎裂成更小的离子如C2H6离子化后可得到离子化后可得到C2H6＋＋、、C2H5＋＋、、C2H4＋＋……，，然后测定其质荷比设然后测定其质荷比设H＋＋的质荷比为的质荷比为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），则该有机物可能是能是A 甲醇甲醇 B 甲烷甲烷 C 丙烷丙烷 D 乙烯乙烯B B[ [练习练习练习练习1]1]某有机物的结构确定：某有机物的结构确定：某有机物的结构确定：某有机物的结构确定：①①①①测定实验式：某含测定实验式：某含测定实验式：某含测定实验式：某含C C、、、、H H、、、、OO三种元素的有机物，经燃烧分三种元素的有机物，经燃烧分三种元素的有机物，经燃烧分三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是析实验测定其碳的质量分数是析实验测定其碳的质量分数是析实验测定其碳的质量分数是64.86%64.86%，氢的质量分数是，氢的质量分数是，氢的质量分数是，氢的质量分数是13.51%, 13.51%, 则其实验式是（则其实验式是（则其实验式是（则其实验式是（ ）。

②②②②确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（为（为（为（ ），分子式为（），分子式为（），分子式为（），分子式为（ ）C C4 4HH1010OO7474C C4 4HH1010OO[指出指出]当化合物结构比较复杂时，若用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定有机物结构有关的物理方法物理方法有有质谱、质谱、红外光谱、核磁共振谱红外光谱、核磁共振谱等三、分子结构的鉴定三、分子结构的鉴定1、红外光谱、红外光谱 ：： 在有机物分子中，组成化学键或官能团在有机物分子中，组成化学键或官能团的的原子处于不断振动的状态，其振动频率原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。

所以，当用红与红外光的振动频率相当所以，当用红外线照射有机物分子时，外线照射有机物分子时，分子中的化学键分子中的化学键或官能团或官能团可发生振动吸收，可发生振动吸收，不同的化学键不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，将处于不同的位置，从而可获得从而可获得分子中含分子中含有何种化学键或官能团的信息有何种化学键或官能团的信息三、有机物的结构的分析：三、有机物的结构的分析：  【【例例1 1】】、、下下图图是是一一种种分分子子式式为为C C3 3H H6 6O O2 2的的有有机机物物的的红红外外光光谱谱谱谱图图, ,则则该该有有机机物物的的结结构构简简式为：式为：P.22图：吸收越强，透过率越低，则说明图：吸收越强，透过率越低，则说明含有该种原子团（官能团）含有该种原子团（官能团）[例例2]、、下下图图是是一一种种分分子子式式为为C4H8O2的的有有机机物物的的红红外外光光谱谱谱谱图图,则该有机物的结构简式为：则该有机物的结构简式为：C—O—CC=O不对称不对称CH3CHCH3 3COOCHCOOCH2 2CHCH3 3[练习练习1]有一有机物的相对分子质量为有一有机物的相对分子质量为74，确，确定分子结构，请写出该分子的结构简式定分子结构，请写出该分子的结构简式 　　　　 　　　　 　　　　C—O—C对称对称CH3对称对称CH2CH3CH2OCH2CH32、核磁共振氢谱、核磁共振氢谱 ：： 氢原子核具有磁性氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原，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。

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，处在不同环用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在图谱上出现的位置也不同，同，在图谱上出现的位置也不同，各类氢原子的各类氢原子的这种差异被称作化学位移这种差异被称作化学位移;而且吸收峰的面积与而且吸收峰的面积与氢原子数成正比氢原子数成正比. 用途：用途：通过核磁共振氢谱可知道有机物里有多通过核磁共振氢谱可知道有机物里有多 少种氢原子，不同氢原子的数目之比是多少少种氢原子，不同氢原子的数目之比是多少原理原理:[ [ [ [讲述讲述讲述讲述] ] ] ]对于对于对于对于CHCHCHCH3 3 3 3CHCHCHCH2 2 2 2OHOHOHOH、、、、CHCHCHCH3 3 3 3————O O O O————CHCHCHCH3 3 3 3这两种物质来说，除了氧原这两种物质来说，除了氧原这两种物质来说，除了氧原这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、子的位置、连接方式不同外，碳原子、子的位置、连接方式不同外，碳原子、子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子氢原子氢原子氢原子的连接方式也不的连接方式也不的连接方式也不的连接方式也不同、所处的化学环境不同，同、所处的化学环境不同，同、所处的化学环境不同，同、所处的化学环境不同，即等效碳、即等效碳、即等效碳、即等效碳、等效氢等效氢等效氢等效氢的种数不同。

的种数不同的种数不同的种数不同明确：不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时明确：不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时明确：不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时明确：不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时 吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的吸收峰的吸收峰的吸收峰的 面积面积面积面积不同由由P.23图谱可知图谱可知 ：：未知物未知物A的结构应为的结构应为CH3CH2OH吸收峰数目＝吸收峰数目＝氢原子类型氢原子类型不同吸收峰的面积之比（强度之比）＝不同吸收峰的面积之比（强度之比）＝不同氢原子的个数之比不同氢原子的个数之比[练习练习1]2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特科学家库尔特·维特里希发明了维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法中生物大分子三维结构的方法”。

在化学上经常使用的是氢核在化学上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子下列有给出的信号不同来确定有机物分子中的不同的氢原子下列有机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是机物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3A A[ [练习练习练习练习2] 2] 分子式为分子式为分子式为分子式为C C3 3H H6 6OO2 2的二元混合物，如果在核磁的二元混合物，如果在核磁的二元混合物，如果在核磁的二元混合物，如果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共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况第一共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况第一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种情况峰给出的强度为种情况峰给出的强度为种情况峰给出的强度为1 1︰︰︰︰1 1；第二种情况峰给出的强；第二种情况峰给出的强；第二种情况峰给出的强；第二种情况峰给出的强度为度为度为度为3 3︰︰︰︰2 2︰︰︰︰1 1。

由此推断混合物的组成可能是（写结由此推断混合物的组成可能是（写结由此推断混合物的组成可能是（写结由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）构简式）构简式）构简式） CHCH3 3COOCHCOOCH3 3和和和和CHCH3 3CHCH2 2COOHCOOH参考结构式，分析核磁谱图，回答下列问题：参考结构式，分析核磁谱图，回答下列问题：参考结构式，分析核磁谱图，回答下列问题：参考结构式，分析核磁谱图，回答下列问题：分子中共有分子中共有分子中共有分子中共有 种化学环境不同的氢原子；种化学环境不同的氢原子；种化学环境不同的氢原子；种化学环境不同的氢原子；谱线最高者表示有谱线最高者表示有谱线最高者表示有谱线最高者表示有 个环境相同氢原子，谱线个环境相同氢原子，谱线个环境相同氢原子，谱线个环境相同氢原子，谱线最低者表示有最低者表示有最低者表示有最低者表示有 个环境相同氢原子，结构式中个环境相同氢原子，结构式中个环境相同氢原子，结构式中个环境相同氢原子，结构式中的的的的EtEt表示烷烃基，从什么图谱中可以推断结构表示烷烃基，从什么图谱中可以推断结构表示烷烃基，从什么图谱中可以推断结构表示烷烃基，从什么图谱中可以推断结构式中的这个烷烃基是式中的这个烷烃基是式中的这个烷烃基是式中的这个烷烃基是 。

 五、研究有机物的一般步骤：五、研究有机物的一般步骤： 1、分离、提纯、分离、提纯 2、鉴定结构：、鉴定结构： 1）元素分析）元素分析——实验式实验式 2）测相对分子质量）测相对分子质量——确定分确定分子式子式 3）确定官能团、氢原子种类及）确定官能团、氢原子种类及数目数目——确定结构式；确定结构式；李比希氧化产物李比希氧化产物吸收分析法和现吸收分析法和现代元素分析法代元素分析法质谱法质谱法红外光谱、核红外光谱、核磁共振氢谱或磁共振氢谱或化学方法化学方法。