科学家怎样研究有机物.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二单元 科学家怎样研究有机物,从,天然,的,动植,物中,提取,、,分离,出一些,纯净,物,研究,有机化合物的,组成,、,结构,、,性质,和,应用,根据,需要,对有机化合物分子进行,设计,和,合成,人类对,有机物,的,研究,经历了,三个,发展,过程,有机化合物组成的研究,一、确定有机物的,组成,元素,定性,研究,1.,燃烧,法,2.,氧化铜,氧化法,（德国化学家,李比希,）,C,x,H,y,O,z,+CuO,CO,2,+H,2,O,(,氧气,氧化法),测,CO,2,和H,2,O,质量,水用浓硫酸(高氯酸镁)吸收,CO,2,用碱石灰或碱液或碱石棉吸收,m,(,有机物,),m,(C)+,m,(H),有机物中含有氧元素,肯定有碳、氢，可能含有氧元素：,m,(,有机物,)=,m,(C)+,m,(H),有机物中不含氧元素,需测定,有机物,及氧化,产物,的,质量,【,思考,】,若产物,只有,CO,2,和H,2,O，则可得出什么结论？,如何判断该有机物中,是否含氧元素,?,思考1.,某有机物在氧气中充分燃烧，生成等物质的,量的,H,2,O,和,CO,2,，则该有机物必须满足的条件是,A.分子中的C、H、O的个数比为1:2:3,B.分子中C、H个数比为1,:,2,C.该有机物的相对分子质量为14,D.该分子中肯定不含氧元素,思考2.,某化合物6.4 g在氧气中完全燃烧，生成8.8g CO,2,和7.2 g H,2,O。下列说法正确的是 A.该化合物仅含碳、氢两种元素 B.该化合物中碳、氢原子个数比为1,:,4 C.无法确定该化合物是否含有氧元素 D.该化合物中一定含有氧元素,B,B,Z.x.x.K,2.钠融法,(确定N、Cl、Br、S等元素),与金属钠熔融转化为,氰化钠,、,氯化钠,、,溴化钠,、,硫化钠,，再用无机定性分析法。(P7),3.铜丝燃烧法,确定卤素，若有卤素，火焰为绿色(P7),4.元素分析仪,在不断通入氧气流的条件下，把样品加热到9501200，使之充分燃烧，再对燃烧产物进行自动分析P7),例、,2.2 g,某有机物完全燃烧后生成,0.1 mol CO,2,和,1.8 g H,2,O,，试求该化合物的分子式。,测得该化合物的蒸气与空气的相对密度是,1.52,燃烧法,相对分子质量,分子式,最简式,二、确定有机物的,分子式,定量,研究,1,、密度法（,或,D,）,相对分子质量的测定,2,、质谱法（,MS,）,质谱仪,原理：用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子，在磁场的作用下，由于它们的相对质量不同而使其到达检测器的时间也先后不同，其结果被记录为质谱图。,乙醇的质谱图,29,CH,3,CH,2,+,CH,2,=OH,+,CH,3,CH=OH,+CH,3,CH,2,OH,+,100%,0,60%,20%,50,30,20,质荷比最大（最右边的峰）的数据表示未知物,A,的相对分子质量。,质谱法,2,、如何读谱以确定有机物的相对分子质量？,由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图,中的,质荷比最大,的就是未知物的相对分子质量,【,思考与交流,】,1,、质荷比是什么？,例,1,：下图是有机物,A,的质谱图，则其相对分子质量为（）,例,2,、,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（,10,9g,）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。某有机物样品的质荷比如下图所示,则该有机物可能是,A,甲醇,B,甲烷,C,丙烷,D,乙烯,二、有机化合物结构的研究,德国化学家李比希（,1803,1873,）,1832,年,和维勒合作提出,“,基团论,”,：有机化合物由,“,基,”,组成，这类稳定的,“,基,”,是有机化合物的基础。,1838,年李比希还提出了,“,基,”,的定义,思考.,写出下列电子式：-OH、OH,-,根与基的区别,定义,电性,稳定性,根,基,由分子失去一个(或几个)H原子后剩余部分,带电,不带电,能稳定存在,不能稳定存在，必须与其它“基”结合,带电的原子或原子团,1,、红外光谱,（,IR,）,原理：在有机物分子中，组成,化学键或基团,的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，当用红外线照射有机物时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同位置，从而可以获得分子中含有何种,化学键或基团,的信息。,初步判断该有机物中具有哪些基团,（,1,）基团理论：烃基 官能团,如：,CH,3,；,OH X CHO -COOH,（,2,）举例：,COC,C=O,不对称,CH,3,C,3,H,6,O,2,2,、,核磁共振氢谱（,1,H-NMR,）,原理：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。因此，从核磁共振氢谱图上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。,丙酮,CH,3,COCH,3,甲醇,CH,3,OH,乙醇、甲醚的分子式均为,C,2,H,6,O,（,2,）不同吸收峰的面积之比（强度之比）,用途：,不同氢原子的个数之比,推测有机物里有多少种,不同化学环境的氢原子,，,不同氢原子的数目之比是多少,（,1,）吸收峰数目氢原子类型,【,等效氢,】,1,、连在同,1,个（碳）原子上的氢原子；,2,、连在对称（碳）原子上的氢原子。,例、,2002,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,维特里希发明了,“,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,”,。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,A HCHO B CH,3,OH,C HCOOH D CH,3,COOCH,3,例、分子式为,C,3,H,6,O,2,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）,。,粗产品,分离提纯,定性分析,定量分析,除杂质,确定组成元素,质量分析,测定分子量,结构分析,实验式或最简式,分子式,结构式,课堂小结,手性分子,资料卡,【,思考1,】,C,H,F,Cl,Br有,几种,不同的,空间结构,？,提示,：,判断,不同形式的结构,是否相同,的,方法,：,适当,旋转,后看,两种形式,的结构,能否,完全,重合,手性碳原子,（1）该碳原子为,饱和碳原子,（2）该碳原子所连,四个,基团,互不相同,注意：手性分子与手性碳原子没有必然联系。,结构,的方法研究,有机物,物理,方法,化学,方法,核磁共振氢谱,红外光谱,其它,判断有几种不同化学环境的氢原子,初步判断含有哪些基团,（质谱法、紫外光谱法、偏振计,),有机化学反应的研究,有机化学反应的研究包括,1.,反应条件,和,影响,反应的,因素,：温度、压强、催化剂,2.,反应机理,：反应物转变为生成物的过程，,旧键断键、新键形成的位置,3.研究有机,反应历程,的,手段,：同位素原子示踪法,4.有机物,合成的思路,和,线索,Cl,2,Cl,光照,+,Cl,链的,引发,HCl,Cl,CH,4,+,CH,3,Cl,2,+,Cl,CH,3,Cl,CH,3,Cl,+,HCl,CH,2,Cl,Cl,2,+,Cl,CH,2,Cl,2,链的,传递,甲烷卤代反应历程,自由基,型,链反应,通过实例理解有机反应的机理,1,、化学方程式与反应机理,将氯气先用光照，在黑暗中放置一段时间后，再与甲烷混合，不生成甲烷氯代产物。,解：在黑暗中放置一段时间后，氯气经光照而产生的氯自由基已销毁。此时再将氯气与甲烷混合，没有自由基引发反应，不生成甲烷氯代产物。,将氯气先用光照，立即在黑暗中与甲烷混合，生成甲烷的氯代产物。,解：氯气经光照后可产生自由基，立即在黑暗中与甲烷混合，氯自由基来不及销毁，可引发反应，生成甲烷的氯代产物；,甲烷用光照后，立即在黑暗中与氯气混合，不生成甲烷氯代产物。,解：甲烷分子中CH,键较强，不会在光照下发生均裂，产生自由基。,18,18,O O,CH,3,COH+HOC,2,H,5,CH,3,COC,2,H,5,+H,2,O,浓,H,2,SO,4,问题解决,酯化反应的反应机理,H,2,SO,4,18,18,O O,CH,3,COC,2,H,5,+H,2,O,CH,3,COH+C,2,H,5,OH,酯的水解反应机理,2,、反应机理的研究方法,同位素示踪法,海维西,(GeorgeHevesy),，匈牙利化学家。,1943,年，海维西研究的同位素示踪技术，推进了对生命过程的化学本质的理解而获得了诺贝尔化学奖。,拓展视野,诺贝尔化学奖,与同位素示踪法,海维西,(GeorgeHevesy),，匈牙利化学家，,1885,年,8,月,1,日生于布达佩斯。,海维西曾就读于柏林大学和弗赖堡大学。,1911,年在曼彻斯特大学,E,卢瑟福,教授的指导下研究镭的化学分离，为他日后研究放射性同位素作示踪物打,下了基础。海维西主要从事稀土化学、放射化学和,X,射线分析方面的研究。,他与,F,，帕内特合作，在示踪研究上取得成功。,1920,年，海维西与科斯特,合作，按照玻尔的建议在锆矿石中发现了铪。,1926,年海维西任弗赖堡大学,教授，开始计算化学元素的相对丰度。,1934,年在制备一种磷的放射性同位,素之后，进行磷在身体内的示踪，以研究各生理过程，这项研究揭示了身,体成分的动态1943,年，海维西任斯德哥尔摩有机化学研究所教授。同年，,他研究同位素示踪技术，推进了对生命过程的化学本质的理解而获得了,诺贝尔化学奖。,1945,年后海维西人瑞典国籍。海维西发表的主要专著是,放射性同位素探索,。海维西于,1966,年,7,月,5,日在德国去世，享年,81,岁。,1,、,-c-o-,酯键中的,-c-o-,碳氧单键,2,、利用同位素的核物理性质（具有放射性，质量不同）,3,、可以研究如,2Na,2,O,2,+2CO,2,=2Na,2,CO,3,+O,2,氧原子的去向,=,o,o,=,问题解决,拓展视野,诺贝尔化学奖,与逆合成分析理论,1967,年美国有机化学家科里,(Elias James Corey),他提出了具有严格逻辑性的,“,逆合成分析原理,”,，由于科里提出有机合成的,“,逆合成分方法,”,并成功地合成,50,多种药剂和百余种天然化合物，对有机合成有重大贡献，而获得,1990,年诺贝尔化学奖。,拓展视野,诺贝尔化学奖,与不对称合成,2001,年度诺贝尔化学奖授予给三位科学家，他们分别是美国科学家诺尔斯、日本科学家野依良治及美国科学家夏普雷斯。得奖理由：在手性催氢化反应研究方面做出卓越贡献,对有机化合物进行了不对称合成。他们的研究成果涉及到手性分子与对映异构。,