有機(jī)化反應(yīng)的研究-課件完整版

第二單元科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物專題1認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的研究有機(jī)化合物組成的研究——元素分析（一）原理：燃燒法1、實(shí)驗(yàn)法----李比希元素分析法P62、元素分析儀----元素分析儀P7（二）作用：得出組成元素和含量（三）計(jì)算：確定最簡式或分子式回顧確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡式的一般步驟組成元素分子式結(jié)構(gòu)式定量定量有機(jī)物

基團(tuán)連接方式德國化學(xué)家李比希（1803～1873）1832年和維勒合作提出“基團(tuán)論”：有機(jī)化合物由“基”組成，這類穩(wěn)定的“基”是有機(jī)化合物的基礎(chǔ)。

1838年李比希還提出了“基”的定義

有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的研究——結(jié)構(gòu)分析閱讀：課本7~8頁化學(xué)史話思考李比希對(duì)有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的研究有什么貢獻(xiàn)？例題：有機(jī)化合物中不含有的基團(tuán)是()A.醛基B.羧基C.羥基D.烴基D－ＯＨ羥基、－ＣＨＯ醛基、－ＣＯＯＨ羧基、－ＮＨ2氨基、－Ｒ烴基、－ＣＨ3甲基、－ＣＨ2ＣＨ3乙基、－Ｃ6Ｈ5苯基、－Ｎ０2硝基等“基”與“根”的區(qū)別1、基團(tuán)應(yīng)是中性基團(tuán)，不帶電荷，必有某原子含有未成對(duì)電子，不可以獨(dú)立存在。2、“根”帶有電荷的原子團(tuán)，可以在溶液中獨(dú)立存在。

練習(xí)：—OH，OH—

的電子式。

有機(jī)物中的“基”包括兩類，一類是烴基，另一類是官能團(tuán)。烴分子失去一個(gè)或幾個(gè)氫原子所剩余的部分叫做烴基（如甲基、乙基），一般用R－表示，官能團(tuán)決定著有機(jī)化合物的主要化學(xué)性質(zhì)，是有機(jī)化學(xué)重要的分類依據(jù)。①核磁共振氫譜氫原子種類不同（所處的化學(xué)環(huán)境不同）特征峰也不同②紅外光譜作用：獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息作用：測定有機(jī)物分子中等效氫原子的類型和數(shù)目

二、現(xiàn)代化學(xué)測定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的方法③質(zhì)譜法等核磁共振儀1、核磁共振儀的應(yīng)用原理

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(fā)生躍遷。用核磁共振儀可以記錄到有關(guān)信號(hào)，處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時(shí)吸收的頻率不同，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同。且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比。可以推知該有機(jī)物分子有幾種不同類型的氫原子及它們的數(shù)目多少。２、結(jié)構(gòu)分析核磁共振法（H’—NMR）作用：測定有機(jī)物中H原子的種類信號(hào)個(gè)數(shù)信號(hào)強(qiáng)度之比峰面積和數(shù)目P8—觀察與思考分子式為C2H6o的兩種有機(jī)化合物的1H核磁共振譜圖，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR譜圖嗎?請(qǐng)與同學(xué)交流你作出判斷的理由。

分子式為C2H6O的兩種有機(jī)物的1H核磁共振譜圖

核磁共振氫譜H—C—O—C—HH—C—C—O—HHHHHH

HH

H例1、下圖是某有機(jī)物的1H核磁共振譜圖，則該有機(jī)物可能是()A.CH3CH2OHB.CH3CH2CH2OHC.CH3—O—CH3D.CH3CHOC課本P14.5練習(xí).下列有機(jī)物在H’-NMR上只給出一組峰的是()A、HCHOB、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH3A問題探究：下列有機(jī)物中有幾種H原子以及個(gè)數(shù)之比？２種；９：１１種３種；３：２：１４種；３：２：１：６CH3-CH-CH3CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH-CH3CH3CH3-CH2-OH2、紅外光譜的應(yīng)用原理

當(dāng)用紅外線照射有機(jī)物時(shí)，分子中的化學(xué)健或官能團(tuán)可發(fā)生振動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同位置，從而可以獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。紅外光譜儀[例1]下圖是一種分子式為C4H8O2的有機(jī)物的紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式為：C—O—CC=O不對(duì)稱CH3CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3[練習(xí)1]有一有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為74，確定分子結(jié)構(gòu)，請(qǐng)寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡式

C—O—C對(duì)稱CH3對(duì)稱CH2CH3CH2OCH2CH3測定相對(duì)分子質(zhì)量的方法很多，質(zhì)譜法是最精確、最快捷的方法。3、相對(duì)分子質(zhì)量的確定——質(zhì)譜法有機(jī)物分子高能電子束轟擊帶電的”碎片”確定結(jié)構(gòu)碎片的質(zhì)荷比荷質(zhì)比：碎片的相對(duì)質(zhì)量（m）和所帶電荷（e）的比值質(zhì)譜儀100806040200203040502729314546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+CH3CH2OH+質(zhì)荷比相對(duì)豐度/%某有機(jī)物A的質(zhì)譜圖:乙醇的質(zhì)譜圖最大分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測器需要的時(shí)間越長，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量。例．2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對(duì)有機(jī)物分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量的（10－9g）化合物通過質(zhì)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的離子。如C2H6離子化后可得到C2H6＋、C2H5＋、C2H4＋……，然后測定其質(zhì)荷比。設(shè)H＋的質(zhì)荷比為β，某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如右圖所示（假設(shè)離子均帶一個(gè)單位正電荷，信號(hào)強(qiáng)度與該離子的多少有關(guān)），則該有機(jī)物可能是（）A甲醇B甲烷C丙烷D乙烯

B拓展視野諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析(2002年)引入了核磁共振光譜學(xué)觀察到了DNA、蛋白質(zhì)等大分子的真面目。美國芬恩日本田中耕一瑞士維特里希

拓展視野歷史上許多科學(xué)家因在物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析方面的突出貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了美國科學(xué)家芬恩(J．B．Fenn)、日本科學(xué)家田中耕一(KoichiTanaka)和瑞士科學(xué)家維特里希(K．Wuthrich)，以表彰他們發(fā)明對(duì)生物大分子進(jìn)行識(shí)別和結(jié)構(gòu)分析方法所作出的巨大成就。

“看清”DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子的真面目曾經(jīng)是科學(xué)家們的夢想，如今這一夢想已成為現(xiàn)實(shí)。芬恩和田中耕一發(fā)明了“對(duì)生物大分子的質(zhì)譜分析法”；維特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”。前一項(xiàng)成果解決了“看清”生物大分子是“誰”的問題，后一項(xiàng)成果則解決了“看清”生物大分子是“什么樣子”的問題。這些分析方法可對(duì)溶液中的蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，因而能對(duì)活細(xì)胞中的蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，獲得“活”蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。1985年，科學(xué)家利用這種方法第一次繪制出蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖。自人類基因組圖、水稻基因組草圖以及其他一些生物基因組圖成功繪制后，生命科學(xué)和生物技術(shù)已進(jìn)入后基因組時(shí)代。這一時(shí)代的重點(diǎn)課題是研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，破譯基因怎樣控制和合成蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)又是如何發(fā)揮生理作用等。在這些課題中，判定生物大分子的“身份”，“看清”它們的結(jié)構(gòu)非常重要。因此，三位諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主發(fā)明的分析方法，對(duì)生物化學(xué)的發(fā)展將發(fā)揮重要作用。

在化學(xué)物質(zhì)的“海洋"中，是否存在分子組成和原子連接方式完全相同的兩種分子，由于分子中的原子在空間排列不同，而互為同分異構(gòu)體?思考：順反異構(gòu)認(rèn)識(shí)有機(jī)物的立體異構(gòu)資料卡手性分子手性分子的兩種異構(gòu)體呈鏡像對(duì)稱，像人的左右手一樣HH手性分子（1）手性分子如果一對(duì)分子，它們的組成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一樣互為鏡像，在三維空間里不能重疊，這對(duì)分子互稱為手性異構(gòu)體。有手性異構(gòu)體的分子稱為手性分子。（分子內(nèi)能找到對(duì)稱軸或?qū)ΨQ中心的分子為非手性的）（2）手性碳原子——連接四個(gè)不同的原子或基團(tuán)的碳原子當(dāng)四個(gè)不同的原子或基團(tuán)連接在碳原子上時(shí)，形成的化合物存在手性異構(gòu)體。對(duì)映異構(gòu)認(rèn)識(shí)有機(jī)物的立體異構(gòu)分子不能與其鏡像重疊者，稱為手性分子(chiralmolecule)；兩個(gè)互為鏡像且不能重疊的異構(gòu)體稱為對(duì)映異構(gòu)體(enantiomer)；

是否存在兩種分子，它們猶如一個(gè)人的左右手，其中一只手只有在鏡像中才能與另一只手完全重疊?手性分子丙氨酸的結(jié)構(gòu)模型

丙氨酸分子CH3-CH-COOHCH3手性碳原子甘油醛存在1個(gè)手性碳原子，有兩種D型和L型對(duì)映異構(gòu)體，它們的旋光性恰好相反。

己醛糖有4個(gè)手性碳原子，有16種對(duì)映異構(gòu)體，常見的葡萄糖溶液中絕大多數(shù)葡萄糖分子形成兩種環(huán)狀的旋光異構(gòu)體。

兩種分子式相同的有機(jī)分子，其空間結(jié)構(gòu)互為鏡像，且不能完全重疊，即成為對(duì)映異構(gòu)體。這種分子稱為手性分子。手性分子有旋光性。手性分子中具有與4個(gè)不同原子（或原子團(tuán)）相連接的碳原子（手性碳原子）。L-丙氨酸D-丙氨酸圖1-14手性分子丙氨酸的結(jié)構(gòu)模型L-丙氨酸、D-丙氨酸

除甘氨酸外，α–氨基酸都是手性分子，構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的α–氨基酸都是L型。L-丙氨酸可使偏振光向右旋轉(zhuǎn)，D-丙氨酸則可使偏振光向左旋轉(zhuǎn)。鏡像，不僅僅是你熟悉的一個(gè)生活現(xiàn)象。

用于測手性化合物旋光性的偏振計(jì)及其原理

例題具有手性碳原子的物質(zhì)往往具有旋光性，存在對(duì)映異構(gòu)體，如等，下列化合物中存在對(duì)映異構(gòu)體的是()A．B．CH3CH3C．甲烷D．C6H5CH(CH3)OCH3D具有手性碳原子的物質(zhì)往往具有旋光性，存在對(duì)映異構(gòu)體，下列化合物中存在對(duì)映異構(gòu)體的是()A．CH3CHCH2CH3

B．CH3CH3C．甲烷D．CH3COOHA練習(xí)：Cl１．0.60g某飽和一元醇A，與足量的金屬鈉反應(yīng),生成氫氣112mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。求該一元醇的分子式。將該一元醇進(jìn)行1H核磁共振分析，其1H－NMR譜圖如下，寫出A的結(jié)構(gòu)式。練習(xí)：解：設(shè)飽和一元醇A的分子式為CnH2n+1OH，則有：

CnH2n+1OH+Na→CnH2n+1ONa+H2↑ (14n+18)g11200mL0.60g112mL得n＝3∴A的分子式為C3H7OH。從A的1H核磁共振譜圖分析知其有四種氫，可知其結(jié)構(gòu)為CH3CH2CH2OH。

２．圖1和圖2是A、B兩種物質(zhì)的核磁共振氫譜。已知A、B兩種物質(zhì)都是烴類，都含有6個(gè)氫原子。請(qǐng)根據(jù)圖1和圖2兩種物質(zhì)的核磁共振氫譜譜圖選擇出可能屬于圖1和圖2的兩種物質(zhì)是

A．A是C3H6；B是C6H6 B．A是C2H6；B是C3H6C．A是C2H6 ；B是C6H6 D．A是C3H6；B是C2H6[參考答案]B。根據(jù)峰的數(shù)目為分子中等效氫的種類：A只有一種氫，B有三種氫。３．未知物A的實(shí)驗(yàn)式和分子式都是C2H6O。A的紅外光譜圖如圖(a)，未知物A的核磁共振氫譜有三個(gè)峰圖（b），峰面積之比是1:2:3，未知物A的結(jié)構(gòu)簡式為

。

[參考答案]CH3－CH2－OH４．某有機(jī)物的蒸氣密度是相同狀況下甲烷密度的3．625倍。把1．16g該有機(jī)物在氧氣中充分燃燒，將生成的氣體混合物通過足量堿石灰，堿石灰增重3．72g，又知生成H2O和CO2的物質(zhì)的量比為1：1，試求此有機(jī)物的分子式。紅外光譜和核磁共振氫譜顯示該分子中含有碳碳雙鍵和羥基（

結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定），試確定它的