第四節(jié)研究有機化合物的一般步驟和方法課件(修改)

第一章認識有機化合物研究有機化合物的一般步驟和方法第四節(jié)有機化合物的混合物分離、提純元素定量分析確定實驗式波譜分析確定結(jié)構(gòu)式測定相對分子質(zhì)量確定分子式研究有機物一般經(jīng)歷的步驟：（一）物質(zhì)分離和提純的區(qū)別（二）物質(zhì)提純的原則：不增、不減、易分一、物質(zhì)分離和提純分離是把混合物分成幾種純凈物，提純是除去雜質(zhì)。（三）物質(zhì)分離提純的一般方法：蒸餾重結(jié)晶

萃取分液色譜法（液態(tài)有機物）（固態(tài)有機物）（固態(tài)或液態(tài)）（固態(tài)或液態(tài)）即:不引進新的雜質(zhì)；不減少被提純的物質(zhì)；被提純的物質(zhì)與雜質(zhì)容易分離。核磁共振儀

質(zhì)譜儀

1、蒸餾：利用混合物中各種成分的沸點不同而使其分離的方法。如石油的分餾。

常用于分離提純液態(tài)有機物。條件：有機物熱穩(wěn)定性較強、含少量雜質(zhì)、與雜質(zhì)沸點相差較大（30℃左右）

課本P17實驗1-1工業(yè)乙醇的蒸餾含雜工業(yè)乙醇工業(yè)乙醇(95.6%)無水乙醇（99.5%以上）蒸餾加CaO蒸餾一、物質(zhì)分離和提純核磁共振儀

質(zhì)譜儀蒸餾燒瓶冷凝管溫度計尾接管冷水熱水使用前要檢查裝置的氣密性！2、重結(jié)晶：

利用被提純物質(zhì)與雜質(zhì)在同一溶劑中的溶解度不同而將其雜質(zhì)除去的方法。

關鍵：選擇適當?shù)娜軇┤軇┑臈l件：（1）雜質(zhì)在溶劑中的溶解度很小或很大，易于除去；（2）被提純的有機物在此溶劑中的溶解度受溫度的影響較大(在熱溶液中溶解度較大，冷溶液中溶解度較小，冷卻后易于結(jié)晶析出)。核磁共振儀

質(zhì)譜儀例如：實驗1-2苯甲酸的重結(jié)晶粗產(chǎn)品熱溶解熱過濾冷卻結(jié)晶提純產(chǎn)品不同溫度下苯甲酸在水中的溶解度溫度0C溶解度g2550950.170.956.8加熱苯甲酸溶解，冷卻則結(jié)晶析出。思考：溫度越低，苯甲酸的溶解度越小，為了得到更多的苯甲酸，是不是結(jié)晶時的溫度越低越好？核磁共振儀

質(zhì)譜儀3、萃?。涸恚豪没旌衔镏幸环N溶質(zhì)在互不相溶的兩種溶劑中的溶解性不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來的方法。主要儀器：分液漏斗、燒杯、鐵架臺操作過程：質(zhì)譜儀萃取包括：

(1)液—液萃?。菏抢糜袡C物在兩種互不相溶的溶劑中的溶解性不同，將有機物從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑的過程。

一般是用有機溶劑從水中萃取有機物，常用的不溶于水的有機溶劑有乙醚、石油醚、二氯甲烷等。

(2)固—液萃?。菏怯糜袡C溶劑從固體物質(zhì)中溶解出有機物的過程。（專用儀器設備）[練習]下列每組中各有三對物質(zhì)，它們都能用分液漏斗分離的是A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C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[練習]可以用分液漏斗分離的一組液體混和物是A溴和四氯化碳B苯和溴苯C汽油和苯D硝基苯和水有機物（純凈）確定實驗式？要確定有機物中含有哪些元素；要確定各元素的質(zhì)量分數(shù)如何利用實驗的方法確定有機物中C、H、O各元素的質(zhì)量分數(shù)？李比希法二、元素分析→確定實驗式“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H（O）的有機物加氧化銅氧化H2OCO2用無水CaCl2吸收用KOH濃溶液吸收得前后質(zhì)量差得前后質(zhì)量差計算C、H含量計算O含量得出實驗式將一定量的有機物燃燒，得到簡單的無機物，并作定量測定，通過無機物的質(zhì)量推算出組成該有機物元素原子的質(zhì)量分數(shù)，然后計算出該有機物分子所含元素原子最簡單的整數(shù)比，即確定其實驗式（又稱為最簡式）。例：5.8g某有機物完全燃燒，生成CO213.2g,H2O5.4g，含有哪些元素?思考：能否直接確定該有機物的分子式?

實驗式和分子式有何區(qū)別?C3H6O實驗式和分子式的區(qū)別;實驗式：表示化合物分子中所含元素的原子數(shù)目最簡整數(shù)比的式子。分子式：表示化合物所含元素的原子種類及數(shù)目的式子,表示物質(zhì)的真實組成。某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實驗測定該未知物A中碳的質(zhì)量分數(shù)為52.16%，氫的質(zhì)量分數(shù)13.14%，試求該未知物A的實驗式。例[解]:(1)先確定該有機物中各組成元素原子的質(zhì)量分數(shù)因w(C)%=52.16%，w(H)%=13.14%,則w(O)%=

1-52.16%-13.14%=34.70%（2）再求各元素原子的個數(shù)比N(C):N(H):N(O)

=:

:34.70%52.16%13.14%12116=2：6：1則該未知物A的實驗式為C2H6O問題解決:若要確定它的分子式,還需要什么條件？1、確定相對分子質(zhì)量的常見方法：（1）根據(jù)標況下氣體的密度可求：M=22.4L/mol?ρg/L=22.4ρg/mol（2）依據(jù)氣體的相對密度：M1=DM2(D:相對密度)（3）求混合物的平均式量：（4）運用質(zhì)譜法來測定相對分子質(zhì)量三、確定相對分子質(zhì)量→確定分子式核磁共振儀

質(zhì)譜儀核磁共振儀

相對分子質(zhì)量的確定——質(zhì)譜法有機物分子高能電子流轟擊帶電的“碎片”確定結(jié)構(gòu)碎片的質(zhì)荷比質(zhì)荷比：碎片的相對質(zhì)量（m）和所帶電荷的比值（由于分子離子的質(zhì)荷比越大，達到檢測器需要的時間最長，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量）質(zhì)譜法作用：測定相對分子質(zhì)量

測定相對分子質(zhì)量的方法很多，質(zhì)譜法是最精確、最快捷的方法。它是用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。這些不同離子具有不同的質(zhì)量，質(zhì)量不同的離子在磁場作用下達到檢測器的時間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。2.質(zhì)譜法核磁共振儀

質(zhì)譜儀例．2002年諾貝爾化學獎獲得者的貢獻之一是發(fā)明了對有機物分子進行結(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H＋的質(zhì)荷比為β，某有機物樣品的質(zhì)荷比如右圖所示（假設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關），則該有機物可能是（）A甲醇B甲烷C丙烷D乙烯B核磁共振儀

質(zhì)譜儀CH3CH2OH+質(zhì)荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相對豐度/%乙醇的質(zhì)譜圖

最大分子、離子的質(zhì)荷比越大，達到檢測器需要的時間越長，因此質(zhì)譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量。根據(jù)元素分析和質(zhì)譜法確定A的分子式為C2H6O,但是符合A的結(jié)構(gòu)有：H—C—O—C—HH—C—C—O—HHHHHHHHH例析二甲醚乙醇問題解決：究竟它是二甲醚還是乙醇呢？②核磁共振氫譜①紅外光譜四、分子結(jié)構(gòu)的鑒定——確定結(jié)構(gòu)式化學方法：以官能團的特征反應為基礎物理方法：核磁共振儀

紅外光譜法確定有機物結(jié)構(gòu)的原理是：由于有機物中組成化學鍵、官能團的原子處于不斷振動狀態(tài)，且振動頻率與紅外光的振動頻率相當。所以，當用紅外線照射有機物分子時，分子中的化學鍵、官能團可發(fā)生振動吸收，不同的化學鍵、官能團吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機物含有哪些化學鍵、官能團，以確定有機物的結(jié)構(gòu)。1.紅外光譜(IR)可以獲得化學鍵和官能團的信息CH3CH2OH的紅外光譜結(jié)論：A中含有O-H、C-O、C-H核磁共振儀

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信號，處于不同化學環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時吸收的頻率不同，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。可以推知該有機物分子有幾種不同類型的氫原子及它們的數(shù)目多少。2.核磁共振氫譜核磁共振儀

結(jié)構(gòu)分析：核磁共振法（H’—NMR）作用：測定有機物中H原子的種類吸收峰個數(shù)和數(shù)目吸收峰強度之比吸收峰面積吸收峰數(shù)目＝氫原子類型不同吸收峰的面積之比（強度之比）＝不同氫原子的個數(shù)之比可以推知未知物A分子有3種不同類型的氫原子及它們的數(shù)目比為3：2：1H—C—O—C—HH—C—C—O—H

HHHHH

HH

H√核磁共振儀

分子式為C2H6O的兩種有機物的核磁共振氫譜圖

核磁共振氫譜H—C—O—C—HH—C—C—O—H

HHHHH

HH

H研究有機化合物的一般步驟和方法結(jié)構(gòu)相對分子質(zhì)量組成小結(jié)分離、提純元素定量分析確定實驗式測定相對分子質(zhì)量確定分子式波譜分析確定結(jié)構(gòu)式步驟方法蒸餾、重結(jié)晶、萃取紅外光譜核磁共振氫譜質(zhì)譜法元素分析核磁共振儀

質(zhì)譜儀[練習]某有機物的結(jié)構(gòu)確定：①測定實驗式：某含C、H、O三種元素的有機物，經(jīng)燃燒分析實驗測定其碳的質(zhì)量分數(shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分數(shù)是13.51%,則其實驗式是（）。

②確定分子式：下圖是該有機物的質(zhì)譜圖，則其相對分子質(zhì)量為（），分子式為（）。C4H10O74C4H10O核磁共振儀

③已知該有機物的紅外光譜圖如下所示，請寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡式

C—O—C對稱CH3對稱CH2CH3CH2OCH2CH3核磁共振儀

質(zhì)譜儀一、研究有機化合物的基本步驟分離提純→元素定量分析以確定實驗式→測定相對分子質(zhì)量以確定分子式→波譜分析確定結(jié)構(gòu)。二、分離和提純1.蒸餾2.重結(jié)晶3.萃取4.色譜法三、元素分析與相對原子質(zhì)量的測定1.元素分析：李比希法→現(xiàn)代元素分析法2.相對分子質(zhì)量的測定—質(zhì)譜法四、有機物分子結(jié)構(gòu)的鑒定1.化學方法：利用特征反應鑒定出官能團，再制備它的衍生物進一步確認。2.物理方法：質(zhì)譜法、紅外光譜(IR)、紫外光譜、核磁共振氫譜(H-NMR)。本節(jié)小結(jié)核磁共振儀

C下列有機物在H’-NMR上只給出一組峰的是()A、HCHOB、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH3A下圖是某有機物的