有机化合物结构的测定王书成

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1、第 1 页 共 7 页第第 3 3 章章 有机合成及其应用有机合成及其应用 合成高分子化合物合成高分子化合物第第 2 2 节节 有机化合物结构的测定有机化合物结构的测定编写：王书成 教参安排 3 课时。设计：先学习教材，再补充、扩展。学习目标 1.了解有机物结构测定的流程，2.补充：了解常见元素的测定方法、质谱仪测定分子量的方法，3.能进行确定分子式的简单计算，4.补充：能进行不饱和度的计算、常见官能团的实验推断方法，5.初步了解测定有机物结构的现代手段。重点难点官能团（种类、位置）的确定方法。学习过程下图是：有机合成流程图（有机合成的基本程序）哪些步骤需要测定结构？ 可见，结构测定是有机合成

2、的重要环节。测定有机物结构的流程图（或一般程序、步骤，见图 321）第 2 页 共 7 页一、有机物分子式的确定一、有机物分子式的确定（测定结构的核心之一）按照流程图，确定分子式，需要解决 2 个问题：1.确定有机物的元素组成（包括种类、含量）复习：有机物的最常见元素有 。除了最常见的元素之外，还可能含有 S、P 等元素。（1）氧元素质量分数的确定 （2）碳、氢的测定：最常用的方法是 .测定步骤是：取样品在 中充分 ；燃烧后生成的 H2O 和 CO2依次通过吸水剂（浓硫酸、无水 CaCl2、P2O5）和碱液吸收；称重后计算出样品中碳、氢的质量分数。思考：燃烧产物直接通入碱液中，问碱液增加的质量

3、是哪些气体的质量？ (3)氮元素的测定：将样品通入 CO2气流中，在 CuO 的催化下生成 N2，并借助 CO2气流将生成的气体赶出，经 KOH 浓溶液吸收杂质气体后，测得剩余气体的体积，即可计算出氮元素的质量分数。原理见教材：CuO 的作用 ，Cu 的作用 （4）卤元素的测定：利用 的特性，测定生成 的质量来确定。当有机物完全燃烧只生成 CO2和 H2O 时，如何确定是否含有氧元素？请看例题：例题 1 某有机物 6.4g 在氧气中完全燃烧，只生成 8.8g CO2和 7.2g H2O。则其分子式为 解：n(CO2)=mol=0.2mol n(H2O)=mol=0.4mol m(C)+m(H)

4、=0.212+O.421g3.2gm(有机448 . 8182 . 7物) 有机物中含有 O 元素，m(O)=6.4-3.2g =3.2g n(O)=mol0.2mol 162 . 3 n(C):n(H):n(O)=0.2:0.8:0.2=1:4:1 该有机物的最简式为 CH4O CH4O 中的碳是饱和碳，其最简式若扩大倍数则不存在， 该有机物的分子式和它的最简式相同，都是 CH4O总结：m(C)+m(H) = m(有机物） 该有机物是烃，m(C)+m(H) m(有机物） 该有机物含氧。2.测定相对分子质量质谱法 MS 测定相对分子质量介绍用高能电子流轰击样品分子，使分子变成带正电荷的分子离子

5、和碎片离子。不同离子质量不同，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。第 3 页 共 7 页m/Z 质荷比：碎片的相对质量 m 和所带电荷的比值质荷比越大,达到检测器需要的时越长,因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。M= 46，分子式为 C2H6O练习某有机物样品的质荷比如图所示,则该有机物可能是A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯例题 2有机物分子式的确定: 测定实验式：含 C、H、O 三种元素的有机物，经测定碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是 13.51%, 则实验式是 解：N(C):N(H):N(O)=: : 12%86.64 1%51.13 1

6、6%63.21第 4 页 共 7 页0.05405:0.1351:0.01352=:13.998：9.993：14:10:1 实验式为 C4H10O 01352. 005405. 001352. 01351. 0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 。答： 74 C4H10O二、有机物结构式的确定二、有机物结构式的确定（测定结构的核心之二）当分子式确定之后，就可以进行结构式的确定。主要有 2 个问题需要解决：1.不饱和度的计算（1）不饱和度又称缺氢指数，是有机物分子不饱和程度的量化标志，用希腊字母 表示。其定义为：当一个化合物衍变为相应的烃后，与相同碳数的饱和开链

7、烃比较，每缺少 2 个氢为一个不饱和度。规定烷烃的不饱和度是 0（所有的原子均已饱和） 。不饱和度能提供是否有不饱和键或环等结构信息（见教材） ，即用来推测化学键类型。请记忆表 321 中的不饱和度。（2）计算公式：不饱和度 n(C)+1-=2)(Hn 2)(2)(2HnCn2n(C)+2 相当于烷烃中的氢原子数 n(H),所以不饱和度相当于：衍变为烃后，和烷烃相比，H 原子数之差的。21例如：C2H4的 ，C2H2的 ，C6H6的 。若含有卤素原子，将其视为氢原子。例如：C2H3Cl 的 ，C2HCl 的 ，C6H5Cl 的 。若含有氧原子，则不予考虑。例如：C2H4O 的 ，C2H2O 的

8、 .若含有氮原子，就在氢原子总数中减去氮原子数。例如：C2H5N 的 第 5 页 共 7 页练习：计算下列物质的不饱和度 ？ C6H5NO2 C10H12Br2O2答：5 42) 15(262 2)212(21022.确定官能团（种类、位置）方法有：（1）根据典型的化学性质实验，推断官能团。见表 322.说明：与 Na 反应放出 H2的官能团可以是OH、COOH。能产生银镜的官能团是CHO，包括“HCOO”中的CHO。（2）仪器分析图谱法光谱分析法介绍紫外光谱 UV：确定有无共轭双键（即单双键交替出现） 。 红外光谱 IR：确定有哪些官能团（因为 ） 。 用红外线照射有机物时，分子中的化学键或

9、官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸 收频率不同，在红外光谱图上将处于不同位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信 息。例如：己知 C=C 键的吸收峰出现在 15002000cm-1的区域内。教材 112 页的图 325 的己烯 红外光谱图中，在 15002000cm-1的区域内出现了 1 个吸收峰，所以判断己烯中存在 C=C 键官能团。核磁共振谱 NMR：分为 和 两类。氢谱用来确定 。即：确定不同化学环境 氢原子的种类和数目之比。核磁共振中的核指的是氢原子核。用电磁波照射氢原子核时，它能通过共振吸收电磁波，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

10、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。据此可以推知分子中有几 种不同类型的氢原子和它们的数目多少。教材 112 页图 326 “Cl-CH2OCH3的核磁共振氢谱图”：TMS 处的吸收峰是溶剂的吸收 峰，它是标准，坐标定为 0。图谱中有 2 组吸收峰，表示有 2 种类型的 H 原子。峰的面积之比为 2：3，表示 2 种 H 的数目之比为 2：3，因此判断出含有 1 个 CH2和 1 个 CH3. 总结：（1）有几组吸收峰，就有几种类型的氢原子， （2）吸收峰面积之比（强度之比）不同氢原子的个数之比。思考 1：下列化合物中各有几种类型的氢原子

11、？A. CH3CH2Br B.CH3CH2OH C.CH3COCH2CH3 D.CH3COCH3 答：2、3、3、1思考 2：CH3-CH2-CH2Br、CH3-CHBr-CH3用核磁共振氢谱能不能鉴别出来？ 例 1（2008 年海南高考）在核磁共振氢谱中出现两组峰，其氢原子数之比为 3：2 的化合物是第 6 页 共 7 页A. B. C. D.例 2 2.9g 烃 A 在足量 O2中燃烧，生成 0.2mol CO2 ，其核磁共振氢谱图中有两类峰，面积之比 为 2：3，则 A 为A.CH3CH3 B.CH3CH2CH2CH3 C. D.CH3CH2CH3 案例：医用胶单体的结构确定确定分子式1

12、.测定实验式（也叫最简式）：数据见教材。分析：根据燃烧产物判断，单体中一定含有的元素有 ，可能含有 元素。解：n(CO2)= mol= 1.6mol n(H2O)= mol=1.1 mol n(N2)= mol=0.1 mol444 .70 188 .194 .2224. 2 m(C+H+N)= 1.612 + 2.21 + 0.214 g = 24.2g 30.6g 样品中含有 O 元素，m(O)=30.6-24.2 g =6.4g n(O)=mol=0.4mol164 . 6n(C):n(H):n(O):n(N) = 1.6:2.2:0.4:0.2 = 8:11:2:1 实验式为 C8H1

13、1O2N 2.确定分子式：数据见教材。解：实验式 C8H11O2N 的式量812+111+216+114153 相对分子质量153实验式的式量 分子式也是 C8H11O2N推导结构式1.样品 C8H11O2N 的不饱和度 42 1)(2)(2HnCn 2) 111(282分子中可能含有：一个苯环，或 4 个双键，或 2 个叁键，或 1 个叁键、2 个双键。可能存 在 C=O 键。2.推测官能团：操作见教材 114 页的 2、3。解：（1）根据性质实验可知：一定含有CN 及其它不饱和键。 （2）推测碳骨架及官能团的位置：已经含有的基团：，结合分子式 C8H11O2N 及官能团，还缺 医用胶单体的结构简式为第 7 页 共 7 页总结：本节我们学习了一种确定分子式的方法：已知一定质量的有机物完全燃烧，测出生成的 CO2、H2O、N2各自的质量，再测出分子量。先判断是否含有 O 元素，根据各元素的物质的量之 比，确定最简式，若分子量是最简式式量的 n 倍，则分子式就是最简式的 n 倍。作业：教材 115 页第 1 题。第 2、3、4 题。