1、第2节 有机化合物结构的测定有机化合物分子式的确立1研究有机化合物的一般步骤。(1)分离提纯：研究一种新的有机化合物首先要将它分离提纯，保证达到应有的纯度。分离提纯的方法包括：重结晶、升华、蒸馏、层析法以及离子交换法等。(2)纯度的检验：纯的有机化合物有固定的物理常数，如固定的熔点、沸点、密度、折射率等。测定有机化合物的物理常数可检验其纯度，纯的化合物的熔点距很小。(3)实验式和分子式的确定：进行元素定性分析，找出组成中存在哪些元素。进行元素定量分析，找出各种原子的相对数目，即决定其实验式。测定相对分子质量，确定各种原子的确实数目，根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱等确定结构。(4)为了确定有
2、机化合物的分子式，需要测定有机化合物的元素组成和相对分子质量。还可以借助可燃性等化学性质测定其元素组成、利用质谱仪或理想气体方程确定其相对分子质量。为了确定有机化合物的结构式，可以借助有机化合物官能团的化学特性或红外光谱仪测定其具有的官能团，借助对核磁氢谱图和核磁碳谱图的分析确定其碳骨架结构。2确定有机化合物的元素组成。(1)组成有机化合物的元素种类最常见的是C、H、O、N、X等元素。各元素的质量分数通常需要借助有机化合物的可燃性等化学性质进行定量测定。得知C、H、N、X等元素的质量分数后，其总和若小于100%，其差值一般就是氧元素的质量分数。(2)有机化合物元素组成测定示意图如下：3有机化合
3、物的相对分子质量的测定。(1)测定有机化合物的相对分子质量的方法很多，可以依据理想气体状态方程并采用特定的装置进行测定，也可以使用质谱仪进行测定。(2)质谱记录了有机化合物分子失去一个电子而成为带正电荷的离子的质量大小，其中最大的离子质量就是有机化合物的相对分子质量。4确定有机化合物分子式的基本方法。(1)根据有机化合物中各元素的质量分数，求出有机化合物的实验式，再根据有机化合物的相对分子质量确定分子式。(2)根据有机化合物的摩尔质量和各元素的质量分数，求出1 mol该有机化合物中各元素原子的物质的量，从而确定出该有机化合物的分子式。(3)根据有机化合物的燃烧通式及消耗O2的量(或生成产物的量
4、)，通过计算确定出有机化合物的分子式。(4)根据有机化合物的分子通式和化学反应的有关数据求分子通式中的n，得出有机化合物的分子式。(5)确定有机化合物分子式的基本方法可归纳为下表：例1 电炉加热时用纯氧气氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成，下列装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。(1)产生的氧气按从左到右流向，所选装置各导管的连接顺序是_。(2)C装置中浓H2SO4的作用是_。(3)D装置中MnO2的作用是_。(4)燃烧管中CuO的作用是_。(5)若准备称取0.90 g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)，经充分燃烧后，A管质量增加1.32 g，B管质量增加0.54 g
5、，则该有机物的实验式为_。(6)要 确 定 该 有 机 物 的 分 子 式，还 要 知 道_。解析：本题利用 H2O2 在 MnO2 催化下分解产生氧气，用浓硫酸除去其中的水蒸气后氧化有机物生成 CO2 和 H2O，利用装置 B 测定H2O 的质量，利用装置 A 测定 CO2 的质量，从而可求出有机物含有的 C、H(或 O)的质量，进而求出有机物的实验式。电炉中 CuO 的作用是为了尽可能保证有机物全部氧化生成 CO2 和 H2O。(5)n(CO2)1.32 g44 g/mol0.03 mol，n(H2O)0.54 g18 g/mol0.03 mol，m(O)0.90 gm(C)m(H)0.9
6、0 g0.03 mol12 g/mol0.03 mol21 g/mol0.48 g，n(O)0.48 g16 g/mol0.03 mol。因 n(C)n(H)n(O)0.03 mol0.03 mol20.03 mol121，故该有机物的实验式为 CH2O。(6)要确定有机物的分子式，还需测出有机物的相对分子质量。答案：(1)gf，eh，ic(或 d)，d(或 c)a(或 b)，b(或 a)(2)吸收水分，干燥氧气(3)催化剂，加快 O2 的生成速率(4)使有机物充分氧化生成 CO2 和 H2O(5)CH2O(6)有机物的相对分子质量点评：本题通过实验考查了确定有机物分子式确定的常用方法燃烧分析
7、法，通过有机物燃烧，测定产物 CO2、H2O 的量，从而确定碳、氢、氧的量，同时本题还考查基本实验技能，该方法的关键之一是要确定是否含有氧元素。变式训练1某有机物含碳40%，氢6.67%，氧53.33%，如果0.2 mol该有机物的质量为6.0 g，则它的分子式为()AC3H8OBC2H4O CCH2ODC3H6O C解析：该有机物中 C、H、O 的物质的量之比为 n(C)n(H)n(O)40%12 6.67%153.33%16121，该有机物的摩尔质量为 M6.0 g0.2 mol30 gmol1，故该有机物的分子式为 CH2O。答案：有机化合物结构的确定1测定有机化合物结构的流程。有机物结
8、构测定的方法很多，归根结底都是依据它们自身所具有的物理性质和化学性质来进行的。测定有机物结构的核心步骤是确定其分子式，以及检测分子中所含的官能团及其在碳骨架上的位置。2确定有机化合物的结构式。测定有机化合物的结构，关键是根据有机化合物的分子式来计算其不饱和度，并根据其特殊的化学性质，来确定分子中所含的官能团种类及官能团所处的具体位置。(1)不饱和度计算：不饱和度也称缺氢指数，它可以通过有机化合物的分子式计算得出。不饱和度n(C)1n(H)/2。在计算不饱和度时，若有机化合物分子中含有卤素原子，可将其视为氢原子；若含有氧原子，可不予考虑；若含有氮原子，就在氢原子总数中减去氮原子数。几种官能团的不饱和度。(2)确定有机化合物的官能团。有机化合物的官能团都有其特有的化学性质，通过特有反应对其进行鉴别和确定其可能官能团。也可以通过红外光谱图分析分子中含有何种化学键或官能团。案例分析：(3)推测分子中碳骨架结构和官能团在碳链上的位置。利用核磁共振氢谱图和碳谱图，确定有机化合物分子中氢原子的个数以及在碳骨架上的位置，进而推断出有机化合物的碳骨架结构。(4)确定有机化合物的结构式。例2 分子中每减少2个碳氢键，必然会同时增加1个碳碳键。它可能是重键(双键或叁键)，也可能是连结成环状烃，都称为增加了1个不饱和度(用希腊字母表示)。例如若干烃类分子和烃基的不饱和度如下：