Transcript 有机物组成与结构的研究

考点说明
1、了解测定有机物的元素含量、相对分子
质量的一般方法，能根据其确定有机化合物
的分子式。
2、知道确定有机化合物结构的常用方法。
研究有机物的一般步骤
分离、提纯
测定相对分子质量
确定分子式
元素定量分析
确定实验式
化学方法、现代物理
实验方法
确定结构式
具体步骤:
粗
产
品
分离
提纯
除
杂
质
定性
分析
确定
组成
元素
每一个操作步骤
是怎样完成的呢?
实验式或最简式
定量分析
质
量
分
析
测
定
分
子
量
分子式
结
构
分
析
结构
式
考点一 元素分析与相对分子量的确定
一、有机物组成元素的确定 ——燃烧法
一般来说，有机物完全燃烧后，
C→CO2，H→H2O，Cl →HCl……
思考：若某有机物完全燃烧后，产物只有CO2
和H2O ，能给我们提供哪些该有机物组成方面
的信息？
肯定有碳、氢，可能含有氧元素：
m(有机物) ＞m(C) + m(H) → 有机物中含有氧元素
m(有机物) = m(C) + m(H) → 有机物中不含氧元素
元素分析过程：
取定量含C 加氧化铜
、H（O）的
氧化
有机物
H2O
计算O含量
得前后
CaCl2吸收 质量差
用KOH浓
CO2
得出实验式
用无水
溶液吸收
得前后
质量差
计算C、H含量
元素分析:
[例1]某含C、H、O三种元素的未知物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）。C2H6O
（2）若要确定它的分子式，还需要什么条件？
1、归纳确定有机物分子式的步骤是什么？
[方法一]有机物的分子式 ← 有机物的实验式和相对分子质量
原子个数的最简整数比
[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 41％ ，氢的质量分数是
。 4.55％
（2）维生素C中是否含有氧元素？为什么？ 肯定含有氧
（3）试求维生素C的实验式： C H O
3 4 3
（3）若维生素C的相对分子质量为176，请写出它的分子式
C6H8O6
二、相对分子质量的测定：质谱法（MS）
原理：用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带
正电荷的分子离子和碎片离子，在磁场的作用下，由于
它们的相对质量不同而使其到达检测器的时间也先后不
同，其结果被记录为质谱图。
相对丰度
乙醇的质谱图
31
100%
乙醇
CH2=OH+
29
CH3CH2 27
60%
+
15
CH3CH2OH+ 46
20%
0
CH3
45
+
CH=OH
20
30
50
m/e
※质荷比：碎片的相对质量（m）和所带电荷
（e）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
比最大的数据就是未知物的相对分子质量。
例：2002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（10－9g）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下图所示。则该
有机物可能是（ B ）
A、甲醇
C、丙烷
B、甲烷
D、乙烯
例：某有机物中含碳的质量分数为64.86%，氢
的质量分数为13.5%，该有机物的实验式
是 C4H10O ，结合该有机物的质谱图，该有
74
机物的相对分子质量为：
分子式
为： C4H10O
。
三、求有机物相对分子质量的常用方法
（a）M = m / n
（b）根据有机蒸气的相对密度D，
M1 = DM2
（c）标况下有机蒸气的密度为ρg/L
， M = 22.4L/mol ▪ρg/L
例：2.3g某有机物A完全燃烧后，生成
0.1molCO2和2.7gH2O，测得该化合物的蒸
汽与空气的相对密度是1.6，求该化合物的
分子式。
考点二 有机化合物结构的研究
一、核磁共振氢谱（1H-NMR）的应用
a、分析对象：
氢原子核
b、原理：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，几种氢就有几个峰。
c、某种环境中的氢越多峰越高
CH3CH2O
H
CH3CH2Br
C 2H 6O
CH3OCH3
CH3CHO
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
练习5、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6、一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳
碳双键和C＝O的存在，核磁共振氢谱列如下图：
①写出该有机物的
分子式：
C4H6O
②写出该有机物的
可能的结构简式：
CH3CH=CHCHO
练习7、分子式为C3H6O2的二元混合物，如
果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1
︰1；第二种情况峰给出的强度为3︰2︰1
。由此推断混合物的组成可能是（写结构简
式）
。
CH3COOCH3
CH3CH2COOH
HOCH2COCH3
例：分子式为C3H6O2的链状有机物，若在1HNMR谱上观察到氢原子峰的稳定强度仅有四种，
其对应的全部结构，它们分别为：
① 3∶3 ② 3∶2∶1 ③ 3∶1∶1 ∶1
④ 2∶2∶1 ∶1。请分别推出可能的结构简式。
① CH3COOCH3
②HCOOCH2CH3 或CH3CH2COOH
或CH3COCH2OH
③CH3CHCHO
OH
④ CH2CH2CHO
OH
二、红外光谱（IR）的应用
a、原理：
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。
b、作用：
确定分子中含有何种化学键或官能团。
例：有一有机物的相对分子质量为74，红外光谱
CH3CH2OCH2CH3
谱图如下：
对称CH2
对称CH3
C—O—C
例：某有机物由C、H、O三种元素组成，它
的红外吸收光谱表明有羟基O－H键和烃基上
C－H键的红外吸收峰，且烃基与羟基上氢原
子个数比为2︰1 ，它们的相对分子质量为62，
试写出该有机物的结构简式。
HOCH2CH2OH
确定有机物结构简式的一般步骤：
确定组成
的元素
定量
分子式
基团
连接方式
定量
结构式
1、一个有机物的分子量为70，红外光谱表征到
碳碳双键和C＝O的存在，核磁共振氢谱如图：
①写出该有机物的分子式： C4H6O ；
②写出该有机物的可能的结构简式：
。
2、某仅由碳、氢、氧三种元素组成的有机化
合物，经测定其相对分子质量为46。取该有机
化合物样品4.6g ，在纯氧中完全燃烧，将产
物先后通过浓硫酸和碱石灰，两者分别增重
5.4g和8.8g。
（1）试求该有机化合物的分子式。
（2）若该有机化合物的1H核磁共振谱图只有
一个峰，请写出该有机化合物的结构简式。
C 2H 6O
CH3OCH3
3、下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红
外光谱谱图，则该有机物可能的结构简式为：
。
4、（1）在测得CH3CH2CH2CH3化合物在
PMR谱上可观察到二种峰，而测得CH3－
CH=CH－CH3时，却得到氢原子给出的信号
峰有4个，请结合空间结构解释产生4个信号峰
的原因：
（2）现有四种最简式均为“CH”的有机物
（碳原子数不超过10且彼此不同），在PMR
谱上仅观察到一种信号峰，试写出这四种有机
物的结构简式：
。
5、（1）在常温下测得的某烃C8H10(不能与溴水
反应)的NMR谱上，观察到两种类型的H原子
给出的信号，其强度之比为2：3，试确定该烃的
结构简式为
；该烃在光照下生成的一氯代
物在NMR谱中可产生几种信号 4种信号，试确定
强度比为 3 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 2
。
（2）在常温下测定相对分子质量为128的某烃的
NMR，观察到两种类型的H原子给出的信号，其
强度之比为9∶1，若为链烃，则该烃的结构简式
为
；观察到两种类型的H原子给出的信
号，其强度之比为1∶1，若为芳香烃，则该烃的结
CH
CH
构简式为
。 H C C CH C CH
3
3
3
2
CH3
3
CH3