1、第四节 研究有机化合的一般步骤和方法新课标人教版选修五 有机化学基础 第一章 认识有机化合物 一、研究有机化合物的基本步骤分离提纯元素定量分析以确定实验式测定相对分子质量以确定分子式波谱分析确定结构。二、分离和提纯1.蒸馏 2.重结晶 3.萃取 4.色谱法 三、元素分析与相对原子质量的测定1.元素分析：李比希法2.相对原子质量的测定质谱法 四、有机物分子结构的确定1.化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构2.物理方法：红外光谱确定化学键、官能团；核磁共振氢谱确定等效氢原子的类型和数目第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法 有机物（不纯）有 机 物（纯净）分离提纯研究有机化合物
2、的一般步骤确定实验式元素定量分析确定化学式测定相对分子质量确定结构式化学性质波谱分析1、重 结 晶2、蒸馏3、萃取分离、提纯物质的总的原则是什么？不引入新杂质;不减少提纯物质的量 一、分离、提纯 1、蒸馏：（1）定义：利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分离的方法。如石油的分馏。常用于分离提纯液态有机物。（2）条件：有机物热稳定性较强、含少量杂质、与杂质沸点相差较大 （30左右）实验1-1工业乙醇的蒸馏 含杂工业乙醇工业乙醇(95.6%)无水乙醇(99.5%以上)蒸馏加CaO蒸馏 思考：(1)实验室进行蒸馏时，用到的仪器有哪些？实验过程中要注意哪些问题？(2)这样得到的酒精是否就是无水酒精？怎
3、样才能得到无水酒精？（3）操作步骤是什么？二、分离、提纯核磁共振仪 质谱仪蒸馏烧瓶冷凝管温度计尾接管冷水热水使用前要检查装置的气密性！锥形瓶（3）操作步骤组装仪器检查气密性加瓷片、加工业乙醇通冷却水加热蒸馏，收集馏分。（流出速度以每秒3-4滴为宜）核磁共振仪 2、重结晶：（1）定义：利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同而将其杂质除去的方法。关键：选择适当的溶剂（2)溶剂的条件：杂质在溶剂中的溶解度很小或很大；被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大。该有机物在热溶液中的溶解度较大，冷溶液中的溶解度较小，冷却后易于结晶析出。例如：苯甲酸的重结晶 粗产品热溶解热过滤 冷却结晶提纯产
4、品一、分离、提纯(3)实验仪器与操作步骤仪器：烧杯、玻璃棒、石棉网、三脚架、酒精灯、铁架台等实验步骤：1、加热溶解：往装有粗苯甲酸的烧杯中加入40mL蒸馏水，在石棉网上搅拌加热，至粗苯甲酸溶解完全后再加入少量蒸馏水。2、趁热过滤：用玻璃漏斗趁热将溶液过滤到另一100mL烧杯中。(注意：一贴，二低，三靠)3、冷却结晶：将滤液静置，使其缓慢冷却结晶。4、滤出晶体。注：苯甲酸在水中的溶解度：0.17g（25），6.8g（95）(3)实验步骤：、加热溶解、趁热过滤、冷却结晶 （4）注意事项：为了减少趁热过滤过程中苯甲酸的损失，一般在加热溶解 固体后再加少量蒸馏水；冷却结晶时，并不是温度越低越好。因为温
5、度过低，杂质的溶解度也会降低，部分杂质也会析出，达不到提纯的目的。阅读P19的内容回答下列问题：1、液液萃取的原理？及主要仪器？2、液液萃取对萃取剂有何要求？3、固液萃取。3、萃取：一、分离、提纯3、萃取：（1）原理：利用混合物中一种溶质在互不相溶的两种溶剂中的溶解性不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来的方法一、分离、提纯（2）主要仪器：分液漏斗、烧杯、铁架台与原溶剂互不相容；溶质在萃取剂中溶解度较大；萃取剂不与溶液中任一成分反应。注意：要检查分液漏斗的活塞和瓶塞是否漏水；萃取后必须有分液操作。（3）萃取剂选择条件：3、萃取：（4）操作过程：加入原溶液后再加入萃取剂，充分
6、，静置分层后，打开分液漏斗活塞，从下口将放出，并及时关闭活塞，从上口倒出。振荡下层液体上层液体(5)分类：液液萃取：是利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。固液萃取：是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。（专用仪器设备）一、分离、提纯练习1下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是（）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 BD练习2 现有三组混合液：乙酸乙酯和乙酸钠溶液；乙醇和丁醇；溴化钠和单质溴的水溶液，分离以上各混合液
7、的正确方法依次是()A分液、萃取、蒸馏 B萃取、蒸馏、分液C分液、蒸馏、萃取D蒸馏、萃取、分液答案：C练习3某工厂废液经测定得知主要含有乙醇，其中还溶有丙酮、乙酸和乙酸乙酯。根据各物质的性质（如下表），确定通过下列步骤回收乙醇和乙酸。物质丙酮、乙酸乙酯、乙醇、乙酸沸点（）56.2 77.06 78 117.9向废液中加入烧碱溶液，调整溶液的pH10将混和液放入蒸馏器中缓缓加热收集温度在7085时的馏出物排出蒸馏器中的残液。冷却后向其中加浓硫酸（过量），然后再放入耐酸蒸馏器进行蒸馏，回收馏出物请回答下列问题：（1）加入烧使溶液的pH10的目的是；（2）在7085时的馏出物的主要成份是；（3）在步
8、骤中，加入过量浓硫酸的目的是（用化学方程式表示）_（4）当最后蒸馏的温度控制在85125一段时间后，残留液中溶质的主要成份是。使乙酸转变成钠盐、便于乙酸乙酯水解乙醇2CH3COONa+H2SO4=2CH3COOH+Na2SO4Na2SO4H2SO44、色谱法 俄国植物学家茨卫特 1906年，茨卫特在一根玻璃管的细端塞上一小团绵花，在管中充填碳酸钙粉末，让溶有绿色植物叶子色素的石油醚溶液自上而下地通过。结果植物色素便被碳酸钙吸附，分成三段不同颜色：绿色、黄色、黄绿色。再将碳酸钙吸附柱取出，并用乙醇洗脱，即得色素的溶液：叶绿素、叶黄素、胡萝卜素。一、分离、提纯4、色谱法：二、分离、提纯核磁共振仪
9、质谱仪叶黄素色谱法德国化学家库恩 茨卫特的色谱实验当时并未引起人们的注意。直到25年后的1931年，德国化学家库恩在分离、提纯、确定胡萝卜素异构体和维生素的结构中，应用了色谱法，并获得1938年诺贝尔化学奖。（3）分类：根据物质在两相(气液、液液等)间溶解性或吸附能力不同，分为纸上色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、液相色谱法等。（2）常用的吸附剂：碳酸钙、硅胶、氧化铝、活性炭等。色谱法是化学家分离、提纯有机物不可缺少的方法。德国化学家库恩因此而获得1938年诺贝尔化学奖。一、分离、提纯（1）定义：利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，进行分离、提纯有机物的方法叫色谱法。用粉笔分离植物叶子中的色素
10、实践活动 取5g新鲜的菠菜叶(或其他绿色植物的叶子)，用剪刀剪碎后放入研钵中，加入10mL无水乙醇或丙酮研磨成浆状，过滤除去渣子，将滤液放入50 mL烧杯中，再在烧杯中心垂直放置一根白粉笔。约10 min后观察并记录实验现象。观看视频有 机 物（纯净）确定分子式？首先要确定有机物中含有哪些元素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？李比希法现代元素分析法研究有机物的一般步骤和方法1.元素分析：李比希法现代元素分析法二、元素分析与相对分子质量的确定“李比希元素分析法”的原理：取一定量含C、H（O）的有机物 加氧化铜 加热氧化 H2OCO2用无水 CaCl2吸收 用KOH浓 溶液
11、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 得出实验式过程：将一定量的有机物燃烧（氧化），分解为简单的无机物，并作定量测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式（又称为最简式）。德国化学家李比希（18031873）化学史话 李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？定量测定有机物中碳和氢元素含量的一种分析方法 将准确称量的样品置于一燃烧管中，再将其彻底燃烧成二氧化碳和水，用纯的氧气流把它们分别赶入烧碱石棉剂（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及高氯酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸收水变为
12、含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增重量分别表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可计算样品中的碳和氢的含量。如果碳与氢的百分含量相加达不到100%，而又检测不出其他元素，则差数就是氧的百分含量。本法的特点是碳氢分析在同一样品中进行，且对仪器装置稍加改装后，即能连续检测其他元素。1.元素分析：李比希法现代元素分析法元素分析仪二、元素分析与相对分子质量的确定例1、5.8 g某有机物完全燃烧，生成CO2 13.2 g,H2O 5.4 g。含有哪些元素?思考：能否直接确定该有机物的分子式?实验式和分子式有何区别?实验式和分子式的区别;实验式：表示化合物分子中所含元素的原子数目最 简整数比的式子。分子式
13、：表示化合物所含元素的原子种类及数目的式 子,表示物质的真实组成。n(C)n(H)n(O)13.2445.42181.6160.3：0.6：0.1361实验式为 C3H6O例2某同学为测定维生素C（可能含C、H或C、H、O）中碳、氢的质量分数，取维生素C样品研碎，称取该样品0.352 g，置于铂舟并放入燃烧管中，不断通入氧气流。用酒精喷灯持续加热样品，将生成物先后通过无水硫酸铜和碱石灰，两者分别增重0.144g和0.528g，生成物完全被吸收。试回答以下问题：（1）维生素C中碳的质量分数是，氢的质量分数是。（2）维生素C中是否含有氧元素？为什么？（3）试求维生素C的实验式：（3）若维生素C的相
14、对分子质量为176，请写出它的分子式C3H4O3414.55肯定含有氧C6H8O6练习1某含C、H、O三种元素组成的未知有机物A，经燃烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为13.14%。（1）试求该未知物A的实验式（分子中各原子的最简单的整数比）。（2）若要确定它的分子式，还需要什么条件？相对分子质量n(C)n(H)n(O)52.161213.14134.716261实验式为 C2H6O确定有机化合物的分子式的方法：方法一 由物质中各原子（元素）的质量分数 各原子的个数比(实验式)再由相对分子质量和实验式 有机物分子式 方法二 1 mol物质中各原子（元素）的质量除
15、以原子的摩尔质量 1 mol物质中的各种原子的物质的量知道一个分子中各种原子的个数 有机物分子式 归纳：练习2、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解法一解法二 n(C)n(H)801220113该化合物的实验式：CH3设分子式为(CH3)n 则 15n30 n2 分子式为 C2H61mol有机物中含C原子3080%122mol1mol有机物中含H原子3020%16mol则一个分子中含2个C原子6个H原子 分子式为 C2H6思考：确定相对分子质量的方法有哪些？（1）
16、M=m/n（2）M1=DM2(D为相对密度)（3）M=22.4 L/mol g/L=22.4 g/mol(标况下气体)二、元素分析与相对分子质量的确定 质谱法 核磁共振仪 相对分子质量的确定 有机物分子 高能电子束轰击 带电的 “碎片”确定结构 碎片的质荷比 质谱图中的质荷比：碎片的相对质量（m）和所带电荷（e-）的比值（分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）质谱法作用：测定相对分子质量测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快捷的方法。它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离
17、子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。2.质谱法（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）质谱仪有什么作用？其原理是什么？它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。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小结：CH3CH2OH+质荷比31100806040200203040502729454
18、6CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相对丰度/%乙醇的质谱图分子、离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。2、相对分子质量的确定质谱仪质谱仪例32002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（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。设H的质荷比为，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
19、醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯 B质谱仪练习3某有机物的结构确定：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，则其相对分子质量为（），分子式为（）。C4H10O74C4H10O74n(C)n(H)n(O)64.861213.51121.63164101 实验式为：C4H10O设分子式为；(C4H10O)n 则 74n74 n1 分子式为 C4H10O练习4吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为O。已知其相
20、对分子量不超过300。试求：吗啡的相对分子质量；吗啡的分子式。分析：可先假设分子中只含1个氮原子，可通过N的百分含量和N的相对原子质量，计算出吗啡的最小相对分子量。解：吗啡最小分子量 ，而又知吗啡相对分子量不超过300，故可知吗啡相对分子质量即为285。一个吗啡分子中碳原子数为 氢原子数为 氮原子数为1 氧原子数为 故吗啡的分子式为 核磁共振氢谱氢原子种类不同（所处的化学环境不同）特征峰也不同红外光谱作用：获得分子中含有何种化学键或官能团的信息作用：测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目 三、分子结构的确定 利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构 2.物理方法：1.化学方法：由于有机物
21、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谱相当。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。红外光谱法确定有机物结构的原理是：1.红外光谱(IR)三、分子结构的确定 2、红外光谱的应用原理红外光谱例4、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CH3CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3练习5：有一有机物的相对分子质量为74
22、，确定分子结构，请写出该分子的结构简式 COC对称CH3对称CH2CH3CH2OCH2CH3 核磁共振中的核指的是氢原子核。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。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多少。2.核磁共振氢谱 四、分子结构的确定 结构分析：核磁共振法（HNMR）作用：测定有机物中H 原子的种类信号个数和数目信号强度之比峰面积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
23、原子的个数之比例5、分子式为C2H6O的两种有机化合物的1H核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR谱图吗?分子式为C2H6O的两种有机物的1H核磁共振谱图核磁共振氢谱HCOCH HCCO-H H H H H H H H H 6.下图是某有机物的1H核磁共振谱图，则该有机物可能是()A.CH3CH2OH B.CH3CH2CH2OH C.CH3OCH3D.CH3CHOC7.下列有机物在H-NMR上只给出一组峰的是()A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3A问题探究：种；种 种；种；CH3-CH-CH3 CH3 CH3-C-CH3 CH3 CH3 CH3-CH
24、2-CH-CH3 CH3 CH3-CH2-OH 1.下列有机物中有几种H原子以及个数之比？2.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）。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2CH333 321 质谱仪一、研究有机化合物的基本步骤分离提纯元素定量分析以确定实验式测定相对分子质量以确定分子式波谱分析确定结构。二、分离和提纯1.蒸馏 2.重结晶 3.萃取 4.色谱法 三、元素分析与相对原子质量的测定1.元素分析：李比希法 2.质谱法相对原子质量的测定 四、有机物分子结构的确定1.化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构 第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法 小结 2.物理方法：红外光谱确定化学键、官能团；核磁共振氢谱确定等效氢原子的类型和数目