高中化学选修-有机化学基础-第一章-第四节-研究有机化合物的一般步骤和方法(第课时)PPT课件.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,.,*,Click to edit Master title style,第一章 认识有机化合物,第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法,第,2,课时,新课标人教版高中化学课件系列,选修,5,有机化学基础,2025/5/10 周六,1,.,1.,元素分析：,李比希法,现代元素分析法,元素分析仪,三、元素分析与相对分子质量的测定,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,2,.,德国化学家李比希（,1803,1873,）,化学史话,李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？,定量测定有机物中碳和氢元素含量的一种分析方法,将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增重量分别表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可计算样品中的碳和氢的含量。如果碳与氢的百分含量相加达不到,100%,，而又检测不出其他元素，则差数就是氧的百分含量。本法的特点是碳氢分析在同一样品中进行，且对仪器装置稍加改装后，即能连续检测其他元素。,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,3,.,“李比希元素分析法”的原理：,取定量含,C,、,H,（,O,）的有机物,加氧化铜,氧化,H,2,O,CO,2,用无水,CaCl,2,吸收,用,KOH,浓,溶液吸收,得前后质量差,得前后质量差,计算,C,、,H,含量,计算,O,含量,得出实验式,将,一定量,的有机物燃烧，,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,出组成该有机物元素原子的,质量分数,，然后计算出该有机物分子所含元素,原子最简单的整数比,，即,确定其,实验式,（又称为,最简式,）。,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,4,.,例,1,、,5.8 g,某有机物完全燃烧，生成,CO,2,13.2 g,H,2,O,5.4 g,。含有哪些元素,?,思考,：,能否直接确定该有机物的分子式,?,实验式和分子式有何区别,?,实验式和分子式的区别,;,实验式：,表示化合物分子中所含元素的原子数目,最,简整数比,的式子。,分子式：,表示化合物所含元素的原子种类及数目的式,子,表示物质的,真实组成,。,n(,C,),n(,H,),n(,O,),13.2,44,5.4,2,18,1.6,16,0.3,：,0.6,：,0.1,361,实验式为,C,3,H,6,O,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,5,.,确定有机化合物的分子式的方法：,方法一,由物质中各原子（元素）的,质量分数,各原子的,个数比,(,实验式,),由,相对分子质量和实验式,有机物,分子式,方法二,1 mol,物质中各原子（元素）的,质量除,以原子的,摩尔质量,1 mol,物质中的各种原子的,物质的量,知道,一个分子,中各种原子的,个数,有机物,分子式,三、元素分析与相对分子质量的测定,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,6,.,练习,某含,C,、,H,、,O,三种元素组成的未知有机物,A,，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为,52.16%,，,氢的质量分数为,13.14%,。,（,1,）试求该未知物,A,的实验式（分子中各原子的最简单的整数比）。,（,2,）若要确定它的分子式，还需要什么条件？,相对分子质量,n(,C,),n(,H,),n(,O,),52,.,161213,.,14134,.,716,261,实验式为,C,2,H,6,O,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,7,.,例,2,、实验测得某碳氢化合物,A,中，含碳,80%,、含氢,20%,，求该化合物的实验式。又测得该化合物的相对分子质量是,30,，求该化合物的分子式。,解法一,解法二,n(C),n(H)801220113,该化合物的实验式：,CH,3,设分子式为,(,CH,3,)n,则,15n30,n2,分子式为,C,2,H,6,1mol有机物中含C原子,3080%,122mol,1mol有机物中含H原子,3020%,16mol,则一个分子中含,2,个,C,原子,6,个,H,原子,分子式为,C,2,H,6,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,8,.,思考：,确定相对分子质量的方法有哪些？,（,1,）,M=m/n,（,2,）,M,1,=DM,2,(D,为相对密度,),（,3,）,M=22.4 L/mol,g/L=22.4,g/mol,(,标况下气体,),三、元素分析与相对分子质量的确定,（,4,）质谱法,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,9,.,相对分子质量的确定,有机物分子,高能电子束轰击,带电的,“,碎片”,确定结构,碎片的质荷比,质荷比：,碎片的相对质量（,m,）和所带电荷（,e,-,）的比值,（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,）,质谱法作用：测定相对分子质量,测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快捷的方法。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，其结果被记录为质谱图,。,2.,质谱法,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,10,.,质谱仪,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,11,.,CH,3,CH,2,OH,+,质荷比,31,100,80,60,40,20,0,20,30,40,50,27,29,45,46,CH,3,CH,2,+,CH,2,=OH,+,CH,3,CH=OH,+,相对丰度,/,%,乙醇的质谱图,最大分子、离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此,质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。,三、元素分析与相对分子质量的测定,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,12,.,例,3,2002,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（,10,9,g,）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,C,2,H,6,离子化后可得到,C,2,H,6,、,C,2,H,5,、,C,2,H,4,，然后测定其质荷比。设,H,的质荷比为,，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），则该有机物可能是（）,A,.,甲醇,B,.,甲烷,C,.,丙烷,D,.,乙烯,B,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,13,.,练习,某有机物的结构确定：,测定实验式：某含,C,、,H,、,O,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,64.86%,，氢的质量分数是,13.51%,则其实验式是（）。,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（），分子式为,（）。,C,4,H,10,O,74,C,4,H,10,O,74,n(,C,),n(,H,),n(,O,),64.86,12,13.51,1,21.63,16,4101,实验式为：,C,4,H,10,O,设分子式为,；,(C,4,H,10,O),n,则 74n74,n1 分子式为,C,4,H,10,O,元素分析与相对分子质量的测定,2025/5/10 周六,14,.,练习,吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含,C 71.58%,、,H 6.67%,、,N 4.91%,、其余为,O,。已知其分子量不超过,300,。试求：吗啡的分子量；吗啡的分子式。,分析：,可先假设分子中只含,1,个氮原子，,可通过,N,的百分含量和,N,的原子量，计算出吗啡的最小分子量。,解：,吗啡最小分子量 ，而又知吗啡分子量不超过,300,，,故可知吗啡分子量即为,285,。,一个吗啡分子中碳原子数为,氢原子数为 氮原子数为,1,氧原子数为,故吗啡的分子式为,2025/5/10 周六,15,.,四、分子结构的鉴定,有机物的性质,结构式,（确定有机物的官能团）,分子式,计算不饱和度,推测可能的官能团,写出可能的同分异构体,利用官能团的特征性质，通过化学实验确定。,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物理方法有质谱、红外光谱、核磁共振谱等。,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,16,.,核磁共振氢谱,氢原子种类不同（所处的化学环境不同）,特征峰也不同,红外光谱,作用：,获得分子中含有何种化学键或官能团的信息,作用：,测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目,四、分子结构的鉴定,利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构,2.,物理方法：,1.,化学方法：,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,17,.,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,处于不同位置,。因此，我们就可以,根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构,。,红外光谱法确定有机物结构的原理是：,1.,红外光谱,(IR),四、分子结构的鉴定,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,18,.,2、红外光谱的应用原理,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,19,.,例,4,、下图是一种分子式为,C,4,H,8,O,2,的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：,C,O,C,C=O,不对称,CH,3,CH,3,CH,2,COOCH,3,或,CH,3,COOCH,2,CH,3,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,20,.,练习,5,：有一有机物的相对分子质量为,74,，确定分子结构，请写出该分子的结构简式,COC,对称,CH,3,对称,CH,2,CH,3,CH,2,OCH,2,CH,3,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,21,.,核磁共振仪,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,22,.,核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子核具有磁性，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。用核磁共振仪可以记录到有关信号，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的,位置也不同。且吸收峰的面积与氢原子数成正比。可以,推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目多少,。,2.,核磁共振氢谱,四、分子结构的确定,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,23,.,结构分析：,核磁共振法,（,HNMR,）,作用：,测定有机物中,H,原子的,种类,信号个数,和,数目,信号强度,之比,峰面积,吸收峰数目氢原子类型,不同吸收峰的面积之比（强度之比）,不同氢原子的个数之比,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,24,.,核磁共振氢谱,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,25,.,例,5,、分子式为,C,2,H,6,O,的两种有机化合物的,1,H,核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的,1,H-NMR,谱图吗,?,分子式为,C,2,H,6,O,的两种有机物的,1,H,核磁共振谱图,HCOCH HCCO-H,H H,H H,H,H,H,H,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,26,.,下图是某有机物的,1,H核磁共振谱图，则该有机物可能是(),A.CH,3,CH,2,OH,B.CH,3,CH,2,CH,2,OH,C.CH,3,OCH,3,D.CH,3,CHO,C,下列有机物在H-NMR上只给出一组峰的是(),A、HCHO,B、CH,3,OH,C、HCOOH D、CH,3,COOCH,3,A,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,27,.,问题探究：,种；,种,种；,种；,CH,3,-CH-CH,3,CH,3,CH,3,-C-CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,-CH,2,-CH-CH,3,CH,3,CH,3,-CH,2,-OH,1,、下列有机物中有几种,H,原子以及个数之比？,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,28,.,2,、分子式为,C,3,H,6,O,2,的二元混合物，分离后,在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为,11,；第二种情况峰给出的强度为,321,。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）。,CH,3,COOCH,3,CH,3,CH,2,COOH,HOCH,2,COCH,3,HCOOCH,2,CH,3,3,3,3,21,分子结构的鉴定,2025/5/10 周六,29,.,