1、课时二有机物分子式与结构式的确定1、有机物分离提纯的主要方法蒸馏、重结晶、萃取；上节课我们学习了有机物分离提纯的主要方法，这节课我们一起来讨论后面几个步骤。知识回顾2、研究有机化合物的一般步骤和方法。新课引入要想确定有机物的分子式，首先要确定有机物中含有哪些元素，那又如何确定呢？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？二、元素分析与相对分子质量的测定1、元素分析：(1)定性分析有机物的组成元素分析；（如燃烧后CCO2HH2O ClHCl等）(2)定量分析分子内各元素原子的质量分数（通常利用燃烧法）目的：元素分析确定实验式元素定量分析方法：李比希法现代元素分析法“李比希元素分析
2、法”的原理：取一定量含C、H（O）的有机物加氧化铜氧化H2OCO2用无水CaCl2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 现代元素分析仪(3)求有机物的实验式：【例题】某含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测定A中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为13.14%，求A的实验式。【解】(1)先确定该有机物中各组成元素原子的质量分数由于碳的质量分数为52.16，氢的质量分数为13.14，则氧的质量分数为l52.1613.1434.70。(2)再求各元素原子的个数比则该未知物A的实验式为C2H6O 有了实验式，若要确定它们的分子式，还需要
3、什么条件？【思考与交流】【例】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。答案：实验式是CH3，分子式是C2H6。确定相对分子质量确定分子式学与问实验表明，许多咖啡和可乐饮料中含有兴奋性物质咖啡因。经实验测定，咖啡因分子中各元素的质量分数是:碳49.5，氢5.20，氧16.5，氮28.9，其摩尔质量为194.1g/mol,你能确定它的分子式吗？课本P21（1）M=m/n（2）根据有机蒸气的相对密度D，M1=DM2（3）标况下有机蒸气的密度为g/L，M=22.4L/mol g/L(4)质谱法【思考与交流】回忆确
4、定相对分子质量的方法有哪些？(1)质谱法的优点：(2)原理：快速、微量、精确 用高能电子流轰击分子，使其失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子，带正电荷的分子离子和碎片离子具有不同质量，它们在磁场作用下达到检测器的时间不同，结果被记录为质谱图。2、相对分子质量的测定质谱法（MS）相对分子质量的测定 质谱仪1、质荷比是什么？2、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。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。未知化合物A的质谱图结论：A的相对分子质量为46【例1】2002年诺贝尔化学奖获
5、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（109g）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C2H6离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后测定其质荷比。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【练习】某有机物的结构确定过程前两步为：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
6、为（），分子式为（）。C4H10O74C4H10O二甲醚乙醇未知物A的相对分子质量为46，实验式C2H6O的式量是46，所以未知物A的实验式和分子式都是C2H6O。但是，符合此分子式的结构式应有两种：乙醇和二甲醚。到底是哪一种呢？三、分子结构的鉴定鉴定分子结构的方法有哪些？各有什么优缺点？学与问(1)化学方法：(2)物理方法：质谱、红外光谱、紫外光谱、核磁共振氢谱等。以官能团的特征反应为基础，当结构比较复杂时，往往耗费大量的时间。(1)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状态，且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分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动
7、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。1、红外光谱（IR）(2)作用：推知有机物含有哪些化学键、官能团。红外光谱鉴定分子结构 图1-17 未知物A的红外光谱图 可以获得化学键和官能团的信息结论：A中含有O-H、C-O、C-H键。因此，可以初步推测该未知物A是含羟基的化合物，结构简式可写为C2H5OH。例2、下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：COCC=O不对称CH3CH3COOCH2CH3【练习】有一有机物的相对分子质量为74，确定分子
8、结 构，请写出该分子的结构简式。COC对称CH3 对称CH2CH3CH2OCH2CH3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，处在不同环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在图谱上出现的位置也不同，各类氢原子的这种差异被称作化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。2、核磁共振氢谱（NMR）(1)原理：(2)作用：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吸收峰的面积不同。所以，可以从核磁共振氢谱图
9、上推知氢原子的类型及数目。核磁共振仪CH3CH2OH的红外光谱可以推知未知物A分子有3种不同类型的氢原子及它们的数目比为3：2：1图1一8未知物A的核磁共振氢谱 从上述未知物A的红外光谱和核磁共振氢谱可以知道：(1)红外光谱图表明有羟基OH、CO键和烃基CH键红外吸收峰；(2)核磁共振氢谱有三种类型氢原子的吸收峰。因此，未知物A的结构简式应该是CH3CH2OH，而不是CH3OCH3。例3、一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳碳双键和CO的存在，核磁共振氢谱列如下图：写出该有机物的可能的结构简式：写出该有机物的分子式：C4H6OCH3CH=CHCHO说明：这四种峰的面积比是：1：1：1：3
10、【练习】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、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3【练习】分子式为C3H6O2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）。CH3COOC
11、H3CH3CH2COOH科学视野X射线是一种波长很短(约108cm)的电磁波。X射线晶体衍射技术用于有机分子(特别是复杂的生物大分子)结构的测定，可以获得更为直接而详尽的结构信息，近年来已成为物质结构测定的一种常规技术。人们借助于可见光在物体表面的散射，可以看清楚它的外形和表面，但要“看清”分子的结构，就要依靠和分子及化学键尺寸相匹配的X射线。X射线和晶体中的原子(或离子)间的相互作用，可以产生衍射图形。经过计算可以从衍射图形获得分子结构的有关信息，包括键长、键角及分子的三维结构等。研究有机化合物的一般步骤和方法结构相对分子质量组成小 结分离、提纯 元素定量分析 确定实验式 测定相对分子质量 确定分子式 波谱分析 确定结构式 步骤 方法 蒸馏、重结晶、萃取 红外光谱 核磁共振氢谱 质谱法 元素分析 谢谢大家
