第二章分子结构与性质.ppt

第二章第二章 分子结构与性质分子结构与性质第第4节节 研究有机化合物的一般研究有机化合物的一般步骤和方法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研究有机化合物要经过以下几个步骤研究有机化合物要经过以下几个步骤:粗粗产产品品分离分离提纯提纯定性定性分析分析定量分析定量分析除除杂杂质质确定确定组成组成元素元素质质量量分分析析测测定定分分子子量量结结构构分分析析实验式或最简式实验式或最简式分子式分子式结构结构式式1.1.物质分离和提纯的区别物质分离和提纯的区别2.2.物质提纯的原则：物质提纯的原则：不增、不减、易分不增、不减、易分一、物质分离和提纯一、物质分离和提纯分离是把混合物分成几种纯净物，提纯是除分离是把混合物分成几种纯净物，提纯是除去杂质3.3.物质分离提纯的一般方法：物质分离提纯的一般方法：蒸馏蒸馏重结晶重结晶　　萃取分液萃取分液色谱法色谱法（液态有机物）（液态有机物）（固态有机物）（固态有机物）（固态或液态）（固态或液态）（固态或液态）（固态或液态）“杂转纯，杂变沉，化为气，溶剂分杂转纯，杂变沉，化为气，溶剂分”的思想的思想下列物质中的杂质（括号中是杂质）分别下列物质中的杂质（括号中是杂质）分别可以用什么方法除去。

可以用什么方法除去1））NaCl（泥沙）（泥沙） （（2）酒精（水））酒精（水）（（3））溴（水）溴（水） （（4）） KNO3 (NaCl) 过滤过滤蒸馏蒸馏萃取萃取重结晶重结晶1 1、蒸馏：、蒸馏：（（（（2 2 2 2）有机物蒸馏提纯的条件）有机物蒸馏提纯的条件）有机物蒸馏提纯的条件）有机物蒸馏提纯的条件• 有机物热稳定性较强；有机物热稳定性较强；有机物热稳定性较强；有机物热稳定性较强；• 与杂质的沸点相差较大（一般约大于与杂质的沸点相差较大（一般约大于与杂质的沸点相差较大（一般约大于与杂质的沸点相差较大（一般约大于30℃30℃30℃30℃））））（（（（1 1 1 1）蒸馏的原理）蒸馏的原理）蒸馏的原理）蒸馏的原理是分离提纯液态有机物的常用方法利用混合物的沸点是分离提纯液态有机物的常用方法利用混合物的沸点是分离提纯液态有机物的常用方法利用混合物的沸点是分离提纯液态有机物的常用方法利用混合物的沸点不同，除去难挥发或不挥发的杂质常用于分离提纯液不同，除去难挥发或不挥发的杂质常用于分离提纯液不同，除去难挥发或不挥发的杂质常用于分离提纯液不同，除去难挥发或不挥发的杂质。

常用于分离提纯液态有机物，如态有机物，如态有机物，如态有机物，如石油的分馏石油的分馏石油的分馏石油的分馏. . . .主要仪器：主要仪器：蒸馏烧瓶、冷凝管、接收器、温度计、铁架台（铁蒸馏烧瓶、冷凝管、接收器、温度计、铁架台（铁圈、铁夹）、石棉网、锥形瓶等圈、铁夹）、石棉网、锥形瓶等注意要点：注意要点：1. 1. 加入碎瓷片加入碎瓷片2. 2. 温度计位置温度计位置3. 3. 冷凝水流向：下进上出冷凝水流向：下进上出( (与蒸气流向相反与蒸气流向相反) )这这样样得得到到的的酒酒精精是是否否无无水水酒酒精精？？　　　　怎怎样样才才能能得得到到无无水水酒酒精精？？蒸馏操作中的注意事项蒸馏操作中的注意事项•仪器组装的顺序：仪器组装的顺序：“先下后上，由左至右先下后上，由左至右”；；•不得直接加热蒸馏烧瓶其盛装的液体，最多不超过容不得直接加热蒸馏烧瓶其盛装的液体，最多不超过容积的积的2/3；不得将全部溶液蒸干；；不得将全部溶液蒸干；•冷凝水水流方向：从下口进水，上口出水冷凝水水流方向：从下口进水，上口出水•温度计水银球位置应与蒸馏烧瓶支管口齐平，以测量馏温度计水银球位置应与蒸馏烧瓶支管口齐平，以测量馏出蒸气的温度；出蒸气的温度；•加入素烧瓷片的目的。

加入素烧瓷片的目的含杂质的工业酒精的蒸馏：含杂质的工业酒精的蒸馏：1 1、杂质：水、甲醇等、杂质：水、甲醇等2 2、通过蒸馏可获得、通过蒸馏可获得95.6℅95.6℅的乙醇和的乙醇和4.4℅4.4℅水的共沸混合物（水的共沸混合物（沸点沸点78.15℃78.15℃）若要得到更纯净的乙醇如何操作呢？）若要得到更纯净的乙醇如何操作呢？使用前要检查装置的气密性！使用前要检查装置的气密性！含杂含杂工业工业乙醇乙醇95.6工业工业乙醇乙醇无水乙醇无水乙醇（（99.5%以上）以上）蒸馏蒸馏加吸加吸水剂水剂无水酒精的制取无水酒精的制取蒸馏蒸馏2.重结晶重结晶原理：原理：是使固体物质从溶液中以晶体状态析出的过程，是提纯、是使固体物质从溶液中以晶体状态析出的过程，是提纯、分离固体物质的重要方法之一分离固体物质的重要方法之一 (利用被提纯物质与杂质在同一溶利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同而将其杂质除去的方法剂中的溶解度不同而将其杂质除去的方法) )• •选择溶剂的要求：选择溶剂的要求：选择溶剂的要求：选择溶剂的要求：1.1.1.1.杂质在溶剂中溶解度很大或很小（前一种情况杂质将留在母液杂质在溶剂中溶解度很大或很小（前一种情况杂质将留在母液杂质在溶剂中溶解度很大或很小（前一种情况杂质将留在母液杂质在溶剂中溶解度很大或很小（前一种情况杂质将留在母液中不析出，后一种情况是使杂质在热过滤时被除去）中不析出，后一种情况是使杂质在热过滤时被除去）中不析出，后一种情况是使杂质在热过滤时被除去）中不析出，后一种情况是使杂质在热过滤时被除去） 2.2.2.2.被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大。

被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大该（该（该（该有机物在热溶液中的溶解度较大，在冷溶液中溶解度较小，冷却有机物在热溶液中的溶解度较大，在冷溶液中溶解度较小，冷却有机物在热溶液中的溶解度较大，在冷溶液中溶解度较小，冷却有机物在热溶液中的溶解度较大，在冷溶液中溶解度较小，冷却后易于形成晶体后易于形成晶体后易于形成晶体后易于形成晶体重结晶操作中的使用的仪器：烧杯、三脚架、石棉网、玻璃棒、重结晶操作中的使用的仪器：烧杯、三脚架、石棉网、玻璃棒、酒精灯、漏斗、铁架台酒精灯、漏斗、铁架台实验：粗苯甲酸的重结晶实验：粗苯甲酸的重结晶加热溶解加热溶解趁热过滤趁热过滤冷却结晶冷却结晶重结晶重结晶苯甲酸的重结晶实验苯甲酸的重结晶实验不同温度下苯甲酸在水中的溶解度不同温度下苯甲酸在水中的溶解度温度温度 0C溶解度溶解度 g2550950.170.956.8加热苯甲酸溶解，冷却则结晶析出加热苯甲酸溶解，冷却则结晶析出思考与交流思考与交流:(P18)温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸，是不是结晶时的温度越低越更多的苯甲酸，是不是结晶时的温度越低越好？好？3.3.萃取萃取萃取萃取:液－液萃取液－液萃取和和固－液萃取固－液萃取。

①①液－液萃取液－液萃取:利用利用有机物有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂同，将有机物从一种溶剂转移转移到另一种溶剂的过程到另一种溶剂的过程②②固－液萃取固－液萃取:用用有机溶剂有机溶剂从固体物质中溶解出从固体物质中溶解出有机物有机物的过程主要仪器：分液漏斗主要仪器：分液漏斗操操作过程作过程：：振荡振荡→→静置静置→→分液分液萃取剂应具备如下几个条件：1.与原溶剂互不相溶2.被萃取物质在其中的溶解度要远大于在水中的溶解度，而杂质的溶解度则越小越好；3.易挥发，以便与所萃取的物质相分离常用的萃取剂有乙醚、氯仿、苯、乙酸乙酯等 4 4、色谱法：阅读、色谱法：阅读P.19P.19利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，分离、提纯有机物利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，分离、提纯有机物的方法例如：用粉笔分离色素例如：用粉笔分离色素……[练习练习1]下列每组中各有三对物质，它们都能下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是用分液漏斗分离的是A 乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水乙酸乙酯和水，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，己烷和水汽油和水，苯和水，己烷和水[练习练习2]可以用分液漏斗分离的一组液体混和可以用分液漏斗分离的一组液体混和物是物是A 溴和四氯化碳溴和四氯化碳 B 苯和溴苯苯和溴苯 C 汽油和苯汽油和苯 D 硝基苯和水硝基苯和水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定量分析的原理定量分析的原理：将一定量的有机物燃烧，使其分解为：将一定量的有机物燃烧，使其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。

组成该有机物元素原子的质量分数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　有有机机物物（纯净）（纯净）确定确定 分子式分子式？首先要确定有机物首先要确定有机物中含有哪些元素中含有哪些元素如何利用实验的方法确定有机物中如何利用实验的方法确定有机物中C、、H、、O各元素的质量分数？各元素的质量分数？李比希法李比希法现代元素分析法现代元素分析法研究有机物的一般步骤和方法研究有机物的一般步骤和方法2.元素分析元素分析→→确定实验式确定实验式“李比希元素分析法李比希元素分析法”的原理：的原理：取取定量含定量含C、、H（（O））的有的有机物机物加加氧化铜氧化铜 氧化氧化H2OCO2用无水用无水CaCl2吸收吸收用用KOH浓浓溶液吸收溶液吸收得得前后前后质量差质量差得得前后前后质量差质量差计算计算C、、H含量含量计算计算O含量含量得出实验式得出实验式求有机物的实验式：求有机物的实验式：【【例例1】】某含某含C、、H、、O三种元素的未知物三种元素的未知物A，经燃，经燃烧分析实验测定烧分析实验测定A中碳的质量分数为中碳的质量分数为52.16%，氢，氢的质量分数为的质量分数为13.14%，求，求A的实验式。

的实验式解：解：氧的质量分数为氧的质量分数为 1－－ 52.16%－－ 13.14%＝＝34.70%各元素原子个数比各元素原子个数比 N(C)：：N(H)：：N(O)＝＝＝＝2：：6：：1A的实验式为：的实验式为： C2H6O若要确定它的分子式，还需要什么条件？若要确定它的分子式，还需要什么条件？未知物的相对分子质量未知物的相对分子质量（（1 1）根据标况下气体的密度可求：）根据标况下气体的密度可求： M = 22.4L/mol M = 22.4L/mol▪ρρg/L=22.4g/L=22.4ρρ g/mol g/mol（（2 2）依据气体的相对密度：）依据气体的相对密度：M M1 1 = DM = DM2 2(D:(D:相对密度相对密度) )（（3 3）求混合物的平均式量：）求混合物的平均式量：（（4 4）运用质谱法来测定相对分子质量）运用质谱法来测定相对分子质量3.确定相对分子质量确定相对分子质量→→确定分子式确定分子式确定相对分子质量确定相对分子质量的常见方法：的常见方法：相对分子质量的测定－质谱法相对分子质量的测定－质谱法质谱法：质谱法：用高能电子流等轰击样品用高能电子流等轰击样品分子分子，使该分子失去电子变，使该分子失去电子变成带成带正电荷的分子离子正电荷的分子离子和和碎片离子碎片离子。

分子离子、碎片离子各自分子离子、碎片离子各自具有不同的相对具有不同的相对质量质量，它们在磁场的作用下到达检测器的，它们在磁场的作用下到达检测器的时间时间将因质量的不同而先后有别，其结果被记录为质谱图将因质量的不同而先后有别，其结果被记录为质谱图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，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量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？分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值相对分子质量相对分子质量的测定的测定——　　质谱仪质谱仪下图是例下图是例1中有机物中有机物A的质谱图，则其相对分的质谱图，则其相对分子质量为（子质量为（ ），分子式为（），分子式为（ ）46C2H6O练习1则该有机物可能是则该有机物可能是A 甲醇甲醇 B 甲烷甲烷 C 丙烷丙烷 D 乙烯乙烯√三、分子结构的鉴定三、分子结构的鉴定结构式结构式（确定有机物的官能团）（确定有机物的官能团）分子式分子式H—C—O—C—H H—C—C—O—H HHHHHHHH分子式都是分子式都是分子式都是分子式都是C C2 2H H6 6OO，能否推测出它的结构？，能否推测出它的结构？，能否推测出它的结构？，能否推测出它的结构？1 1 1 1、红外光谱、红外光谱、红外光谱、红外光谱原理：原理：原理：原理：由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动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处于不同位置用途：用途：用途：用途：推知有机物含有哪些推知有机物含有哪些推知有机物含有哪些推知有机物含有哪些化学键化学键化学键化学键　　　　　　红外光谱图中不包括　　红外光谱图中不包括　　红外光谱图中不包括　　红外光谱图中不包括C C C C－－－－C C C C键键键键绝大多数的化学键、官能团、化合物的红外光谱图已建成数据绝大多数的化学键、官能团、化合物的红外光谱图已建成数据绝大多数的化学键、官能团、化合物的红外光谱图已建成数据绝大多数的化学键、官能团、化合物的红外光谱图已建成数据库，通过对比就可直接获得有机物的结构库，通过对比就可直接获得有机物的结构库，通过对比就可直接获得有机物的结构库，通过对比就可直接获得有机物的结构读读P22红外光谱图，推测例红外光谱图，推测例1未知物未知物A的官能团的官能团判断甲酸甲酯、乙酸在红外光谱图有几个振动吸收？3、4[ [ [ [练习练习练习练习] ] ] ]有机物的分子式为有机物的分子式为有机物的分子式为有机物的分子式为C C C C4 4 4 4H H H H10101010O O O O，确定其属于醇或醚，确定其属于醇或醚，确定其属于醇或醚，确定其属于醇或醚分子结构，请写出该分子的结构简式分子结构，请写出该分子的结构简式分子结构，请写出该分子的结构简式分子结构，请写出该分子的结构简式 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　　C—O—C对称对称CH3对称对称CH2CHCH3 3CHCH2 2OCHOCH2 2CHCH3 3[ [ [ [例例例例2]2]2]2]下下下下图图图图是是是是一一一一种种种种分分分分子子子子式式式式为为为为C C C C4 4 4 4H H H H8 8 8 8O O O O2 2 2 2的的的的有有有有机机机机物物物物的的的的红红红红外外外外光光光光谱谱谱谱谱图谱图谱图谱图, , , ,则该有机物属于酯或羧酸的结构简式为：则该有机物属于酯或羧酸的结构简式为：则该有机物属于酯或羧酸的结构简式为：则该有机物属于酯或羧酸的结构简式为：C—O—CC=O不对称不对称CH3CHCH3 3COOCHCOOCH2 2CHCH3 3CHCH3 3CHCH2 2COOCHCOOCH3 3由图谱获取的是碎片信息，可根据分子组成通由图谱获取的是碎片信息，可根据分子组成通式大致判断有机物的类别，再按碳四价的原则式大致判断有机物的类别，再按碳四价的原则对官能团、基团进行合理的拼接。

对官能团、基团进行合理的拼接2 2 2 2、核磁共振氢谱、核磁共振氢谱、核磁共振氢谱、核磁共振氢谱（（（（HNMRHNMR））））原理原理原理原理：：：：不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收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的频率不同，被核磁共振仪记录下来的的频率不同，被核磁共振仪记录下来的的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的面积吸收峰的面积吸收峰的面积吸收峰的面积不同用途：用途：用途：用途：由峰的组数可推测等效氢的种类由峰的组数可推测等效氢的种类由峰的组数可推测等效氢的种类由峰的组数可推测等效氢的种类　　　由峰的强度（包括峰的面积或积分曲线的高度）判断等效　　　由峰的强度（包括峰的面积或积分曲线的高度）判断等效　　　由峰的强度（包括峰的面积或积分曲线的高度）判断等效　　　由峰的强度（包括峰的面积或积分曲线的高度）判断等效氢的相对数目氢的相对数目氢的相对数目氢的相对数目（读（读P22图图1-19 1-20））[ [ [ [练习练习练习练习3] 3] 3] 3] 分子式为分子式为分子式为分子式为C C C C3 3 3 3H H H H6 6 6 6O O O O2 2 2 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︰︰︰︰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 3 3︰︰︰︰2 2 2 2︰︰︰︰1 1 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 3CHCH3 3CHCH2 2COOH COOH HCOOCH2CH3Ø研究有机物的一般步骤研究有机物的一般步骤分离、提纯分离、提纯元素定量分析元素定量分析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确定分子式确定分子式现代物理实验现代物理实验方法方法确定结构式确定结构式练习练习4、一个有机物的分子量为、一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳红外光谱表征到碳碳双键和碳双键和C＝＝O的存在，核磁共振氢谱列如下图：的存在，核磁共振氢谱列如下图：①①写出该有机物的分子式：写出该有机物的分子式：②②写出该有机物的可能的结构简式：写出该有机物的可能的结构简式：C4H6OCH2=CH-C-CH3O。