有機化合物的結構測定

1、第三章 第2節(jié) 有機化合物結構的測定,情景激疑:這是從自然界提取的一種新的有機物，要想知道他是誰，你應該做哪些工作呢？,測定有機化合物結構流程圖,元素組成,分子式,分子結構,,有機化合物,官能團及 碳骨架結構,相對分子質量,,,,,,,,,,,,,定性定量分析,測定相對分子質量,化學分析光譜分析,碳、氫質量分數(shù)的測定,,在氧氣中燃燒,氮元素質量分數(shù)測定,,,鹵素質量分數(shù)測定,在CO2中反應,測鹵化銀的質量

2、,與NaOH反應稀硝酸酸化，加AgNO3,1確定元素組成,測N2體積,2、確定相對分子質量,（1）M = m總/n總,（2）根據(jù)有機蒸氣的相對密度D，M1 = DM2,（3）若標況下有機物蒸氣的密度為ρg/L， 則M = 22.4L/mol ?ρg/L,（4）質譜法(MS)：根據(jù)質譜圖，可看出有機化合物分子失去一個電子成為帶正電荷的離子的質量大小，其中最大的離子質量就是有機化合物的相對分子質量。,相對分子質量的測定：質譜法（

3、MS）,質譜儀,原理：用高能電子流轟擊樣品，使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。在磁場的作用下，由于它們的質量不同而使其到達檢測器的時間不同，其結果被記錄為質譜圖(反映不同質量的離子的質荷比)。,乙醇的質譜圖,,,,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構分析的質譜法。某有機物樣品的質譜圖如下,則該有機物可能（ ）,A、甲醇 B、甲烷 C、丙烷 D、乙烯,B,,3、確定有

4、機化合物分子式,醫(yī)用膠 ——外科手術常用的一種化學合成材料,案例探究,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手術縫合線，特點：黏合傷口速度快、免敷料包扎、抑菌性能強、傷口愈合后無明顯疤痕等優(yōu)點,正在縫合,1、確定最簡式,燃燒30.6g醫(yī)用膠的單體樣品，實驗測得：生成 70.4gCO2、19.8gH2O、2.24LN2（換算成標準狀況）請通過計算確定其實驗式.,實驗式（最簡式）：C8H11O2N,由質譜分析法測定出該樣品的相對分子質量為153.0，確定請分子式

5、：,設該化合物的分子式為(C8H11O2N)n則n=153/M(C8H11O2N)=1該化合物的分子式為C8H11O2N,2 、確定分子式,解答：由于該物質為烴，則它只含碳、氫兩種元素，則碳元素的質量分數(shù)為(100－17.2)%＝82.8%。則該烴中各元素原子數(shù)（N）之比為：,,C2H5是該烴的最簡式，不是該烴的分子式,設該烴有n個C2H5，則,,因此，烴的分子式為 C4H10。,例1、某烴含氫元素的質量分數(shù)為17.2%，求此烴的最

6、簡式（實驗式）。又測得該烴的相對分子質量是58，求該烴的分子式。,例3、4.6g某飽和一元醇C與足量金屬鈉反應，得到1.12L（標準狀況）的氫氣。求該飽和一元醇的分子式。,C2H6O,,例4、嗎啡分子含C:71.58%、H:6.67%、 N:4.91%, 其余為氧，其分子量不超過300。試確定其分子式。,解：由已知條件可知含氧為16.84%，觀察可知含N量最少。 設含n個N原子，則嗎啡的分子量為

7、 14n/4.91% = 285n<300，即嗎啡含有1個N，相對分子質量為285。 則嗎啡分子中 N(C)=17 , N (H)=19 N (O)=3 嗎啡的分子式為C17H19NO3,,謝 謝！,3、確定有機化合物分子式,例1、某烴含氫元素的質量分數(shù)為17.2%，求此烴的最簡式（實驗式）。又測得該烴的相對分子質量是58，求該烴的分子式。,解答：由于該物質為烴，則它只含碳、氫兩種元素，則碳元

8、素的質量分數(shù)為（100－17.2）%＝82.8%。則該烴中各元素原子數(shù)（N）之比為：,,C2H5是該烴的實驗式，不是該烴的分子式,設該烴有n個C2H5，則因此，烴的分子式為 C4H10。,,例2. 燃燒某有機物A 1.50g，生成1.12L（標準狀況）二氧化碳和0.05mol水 。該有機物的蒸氣對空氣的相對密度是1.04，求該有機物的分子式。,解題思路：1.求最簡式2.根據(jù)相對分子質量確定分子式,,,該物質的相對分子質量：

9、 1.04x29=30 所以該物質的分子式為 CH2O,,例3、4.6g某飽和一元醇C與足量金屬鈉反應，得到1.12L（標準狀況）的氫氣。求該飽和一元醇的分子式。,C2H6O,,例4、嗎啡分子含C:71.58%、H:6.67%、N:4.91%, 其余為氧，其分子量不超過300。試確定其分子式。,解：由已知條件可知含氧為16.84%，觀察可知含N量最少，據(jù)原子量可知，含N原子的個數(shù)最少，可設含n個N原子，則嗎啡的分子量

10、為14n/4.91% = 285n<300，即嗎啡含有1個N，分子量為285。則嗎啡分子中：N(C)=17 N (H)=19 N (O)=3 嗎啡的分子式為C17H19NO3,,測定有機化合物結構流程圖,元素組成,分子式,分子結構,,有機化合物,官能團及 碳骨架結構,相對分子質量,,,,,,,,,,,,,定性定量分析,測定相對分子質量,化學分析光譜分析,一、有機物分子式的確定,碳、氫元素質量分數(shù)的測定：燃燒分

11、析法一般來說，有機物完全燃燒后，各元素對應的產(chǎn)物為C→CO2，H→H2O，Cl →HCl。某有機物完全燃燒后，若產(chǎn)物只有CO2和H2O ，其組成元素肯定有C、H，可能有O。欲判斷該有機物中是否含氧元素： 設有機物燃燒后CO2中碳元素的質量為m(C)，H2O中氫元素質量為m(H)。若： m(有機物)＞m(C)＋m(H)→有機物中含有氧元素 m(有機物)＝m(C)＋m(H)→有機物中不含氧元

12、素,1、確定元素組成,李比希法,氮元素質量分數(shù)的測定： 將樣品通入CO2氣流中,在氧化銅催化燃燒生成氮氣，經(jīng)氫氧化鉀濃溶液吸收二氧化碳后，測得剩余氣體的體積，計算氮元素的質量分數(shù)。鹵素質量分數(shù)的測定： 將含有鹵素的有機化合物樣品與NaOH溶液混合反應后，使鹵素原子轉變?yōu)辂u素離子，用稀硝酸酸化，再加入AgNO3溶液，產(chǎn)生鹵化銀沉淀，根據(jù)沉淀質量，計算樣品中鹵素的質量分數(shù),2、

13、確定有機物相對分子質量(常用方法),（1）M = m總/n總（2）根據(jù)有機蒸氣的相對密度D，M1 = DM2（3）若標況下有機物蒸氣的密度為ρg/L，則M = 22.4L/mol ?ρg/L（4）質譜法(MS)：根據(jù)有機化合物的質譜圖，可看出有機化合物分子失去一個電子成為帶正電荷的離子的質量大小，其中最大的離子質量就是有機化合物的相對分子質量。,相對分子質量的測定：質譜法（MS）,質譜儀,原理：用高能電子流轟擊樣品，使分子失去電子

14、變成帶正電荷的分子離子和碎片離子，在磁場的作用下，由于它們的質量不同而使其到達檢測器的時間不同，其結果被記錄為質譜圖(反映不同質量的離子的質荷比)。,乙醇的質譜圖,,,,由于相對質量越大的分子離子的質荷比越大，達到檢測器需要的時間越長，因此譜圖中的質荷比最大的數(shù)據(jù)就是未知物的相對分子質量。,說明：,質荷比：碎片的相對質量（m）和所帶電荷（e）的比值。,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構分析的質譜法。其

15、方法是讓極少量的（10－9g）化合物通過質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＋……，然后測定其質荷比。某有機物樣品的質荷比如下圖所示。則該有機物可能是（ ）,A、甲醇 B、甲烷 C、丙烷 D、乙烯,B,,二、有機化合物結構式的確定,有機化合物分子式,推測化學鍵類型,判斷官能團種類及所處位置,確定有機化合物結構式,,,,,計算不飽

16、和度,化學性質實驗或儀器分析圖譜,1、有機化合物分子不飽和度的計算 不飽和度也稱缺氫指數(shù) ，可以通過有機化合物的分子式計算得出。 幾種官能團的不飽和度,不飽和度計算公式：,分子的不飽和度=n(C)+1-n(H)÷2,(若含鹵素原子，可視為H原子；氧硫原子不予考慮；氮原子則在氫原子中減去),2、確定有機化合物的官能團,拓展視野,紅外光譜(IR)：,每種官能團在紅外光譜中都有一個特定

17、的吸收區(qū)域，因此從一未知物的紅外光譜就可以準確判斷有機化合物含有哪些官能團。紅外光譜不僅可以用于定性鑒定，也可以定量算出樣品的濃度。,核磁共振譜(NMR)：,核磁共振譜分為氫譜和碳譜兩類，其中比較常用的是氫譜。氫譜能夠測定有機化合物分子中氫原子在碳骨架上的位置和數(shù)目，進而推斷出有機化合物的碳骨架結構。,光譜分析的作用 ：,紫外光譜：,紫外光譜可以確定分子中有無共軛雙鍵,紅外光譜（IR）,紅外光譜儀,用途：通過紅外光譜可以推知有機物含有哪

18、些化學鍵、官能團,例、某有機物的相對分子質量為74，試根據(jù)下列紅外光譜圖確定其分子結構，并寫出該分子的結構簡式。,C—O—C,對稱CH3,對稱CH2,核磁共振氫譜（1H-NMR）,核磁共振儀,用途：通過核磁共振氫譜可知道有機物里有多少種氫原子，不同氫原子的數(shù)目之比是多少。,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,CH3CH2OH,CH3OCH3,CH3CH2Br,CH3CHO,C2H6O,練習、

19、2002年諾貝爾化學獎表彰了兩項成果，其中一項是瑞士科學家?guī)鞝柼?#183;維特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術測定溶液中生物大分子三維結構的方法”。在化學上經(jīng)常使用的是氫核磁共振譜，它是根據(jù)不同化學環(huán)境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號不同來確定有機物分子中的不同的氫原子。下列有機物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號的是： A. HCHO B. CH3OH C. HCOOH D

20、. CH3COOCH3,√,圖譜解題建議：,1、首先應掌握好三種譜圖的作用、讀譜方法。,2、必須盡快熟悉有機物的類別及其官能團。,3、根據(jù)圖譜獲取的信息，按碳四價的原則對官能團、基團進行合理的拼接。,4、得出結構（簡）式后，再與譜圖提供信息對照檢查，主要為分子量、官能團、基團的類別是否吻合。,案例：醫(yī)用膠單體的結構確定,第二課時,醫(yī)用膠,正在縫合,外科手術常用化學合成材料——醫(yī)用膠,常用作手術縫合線，特點：粘合傷口速度快、免敷料包扎

21、、抑菌性能強、傷口愈合后無明顯疤痕等優(yōu)點,確定分子式：,1、測定實驗式,燃燒30.6g醫(yī)用膠的單體樣品，實驗測得：生成70.4gCO2、19.8gH2O、2.24LN2（換算成標準狀況），請通過計算確定其實驗式,實驗式（最簡式）：C8H11O2N,由質譜分析法測定出該樣品的相對分子質量為153.0，確定請分子式：,設該化合物的分子式為(C8H11O2N)n則n=153/M(C8H11O2N)=1該化合物的分子式為C8H11O2N,推

22、導結構式：,1)計算樣品的不飽和度，推測分子中是否含有苯環(huán)，碳碳雙鍵、碳碳叁鍵或碳氧雙鍵或氰基,Ω=n(C)+1-[n(H)-n(N)]/2 =8+1-(11-1)/2 =4,可能有一個苯環(huán)、或者是叁鍵、雙鍵等的結合,2 、確定分子式,2)用化學方法測定樣品分子中的官能團,利用醫(yī)用膠的單體分別做如下實驗： ①加入酸性KMnO4溶液, 溶液紫色褪去 ②加入(NH4 )2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的

23、甲醇溶液,無明顯變化 ③加入稀堿水溶液并加熱,有氨氣放出由以上現(xiàn)象可以得知該有機化合物可能具有哪些官能團?,可能含有碳碳雙鍵、碳碳叁鍵、碳氧雙鍵等,無硝基,有氰基,樣品的官能團可以通過分析其紅外光譜圖而確定。通過譜圖分析,可知該樣品分子含有-C≡N、C=C、C=O (酯羰基)等官能團。,樣品分子核磁氫譜圖和核磁碳譜圖提示：該有機化合物分子中含有如下結構。請據(jù)此推測樣品分子的官能團在碳鏈上的位置。,4)綜上所述,該有機化合物的結構

24、簡式為,3)推測樣品分子的碳骨架結構和官能團在碳鏈上的位置。,練習、某有機物由C、H、O三種元素組成，它的紅外吸收光譜表明有羥基O－H鍵和烴基上C－H鍵的紅外吸收峰，且烴基與羥基上氫原子個數(shù)比為2︰1，它們的相對分子質量為62，試寫出該有機物的結構簡式。,小試牛刀,HOCH2CH2OH,練習、分子式為C3H6O2的有機物，若在1H-NMR譜上觀察到氫原子峰的強度為3:3，則結構簡式可能為_____________, 若給出峰的強度為3:

25、2:1，則可能為_________________。,CH3COOCH3,CH3CH2COOH、,CH3COCH2OH,HCOOCH2CH3、,C—O—C,C=O,不對稱CH3,練習、下圖是一種分子式為C3H6O2的有機物的紅外光譜譜圖,則該有機物的結構簡式為：,（1）在常溫下測得的某烴C8H10(不能與溴水反應)的NMR譜上，觀察到兩種類型的H原子給出的信號，其強度之比為2：3，試確定該烴的結構簡式為 ；該烴在

26、光照下生成的一氯代物在NMR譜中可產(chǎn)生幾種信號 ，試確定強度比為 。（2）在常溫下測定相對分子質量為128的某烴的NMR，觀察到兩種類型的H原子給出的信號，其強度之比為9∶1，若為鏈烴，則該烴的結構簡式為 ；觀察到兩種類型的H原子給出的信號，其強度之比為1∶1，若為芳香烴，則該烴的結構簡式為 。,,4種信號,

27、3 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 2,,鞏固練習：,由于相對質量越大的分子離子的質荷比越大，達到檢測器需要的時間越長，因此譜圖中的質荷比最大的數(shù)據(jù)就是未知物的相對分子質量。,說明：,質荷比：碎片的相對質量（m）和所帶電荷（e）的比值。,氧元素的確定,某有機物完全燃燒后，若產(chǎn)物只有CO2和H2O ，其組成元素肯定有C、H。,設有機物燃燒后CO2中碳元素的質量為m (C)， H2O中氫元素質量為m (H)。若： m(有機物)＞m (C)＋m