專題9第2講研究有機化合物的方法.ppt

第2講研究有機化合物的方法一 有機物的分離與提純自我診斷1 現(xiàn)有三組混合液 乙酸乙酯和乙酸鈉溶液 乙醇和丁醇 溴化鈉和單質(zhì)溴的水溶液 分離以上各混合液的正確方法依次是 A 分液 萃取 蒸餾B 萃取 蒸餾 分液C 分液 蒸餾 萃取D 蒸餾 萃取 分液 C 基礎(chǔ)盤點 基礎(chǔ)回歸研究有機化合物一般要經(jīng)過的幾個基本步驟 分離 提純 元素定量分析 測定相對分子質(zhì)量 波譜分析確定 確定 確定 分離提純有機物常用的方法 1 蒸餾是分離 提純態(tài)有機物的常用方法適用條件 該有機物性較強 有機物與雜質(zhì)的 2 重結(jié)晶是提純態(tài)有機物的常用方法適用條件 在所選溶劑中 雜質(zhì)在此溶劑中 實驗式 分子式 結(jié)構(gòu)式 液 熱穩(wěn)定 沸點相差大 固 溶解度 很大或很小 被提純的有機物在該溶劑中 3 萃取包括萃取和萃取液 液萃取原理是利用有機物 常用玻璃儀器是 固 液萃取原理是用溶劑的過程 溶解度受溫度影 響大 液 液 固 液 在兩種互不相溶的溶 劑中溶解度不同 有機 從固體物質(zhì)中溶解出 有機物 分液漏斗 二 有機物組成和結(jié)構(gòu)的研究自我診斷2 質(zhì)子核磁共振譜 PMR 是研究有機化合物結(jié)構(gòu)的有力手段之一 在所研究化合物的分子中 每一結(jié)構(gòu)中的等性氫原子 在PMR譜中都給出了相應(yīng)的峰 信號 譜中峰的強度與結(jié)構(gòu)中的氫原子數(shù)成正比 例如 乙醛的結(jié)構(gòu)式為其PMR譜中有兩個信號 其強度之比為3 1 1 化學(xué)式為C3H6O2的二元混合物 如果在PMR譜上觀察到氫原子給出的峰有兩種情況 第一種情況峰的給出強度為3 3 第二種情況峰的給出強度為3 2 1 由此可推斷該混合物的組成可能是 寫結(jié)構(gòu)簡式 2 在測得有機化合物的PMR譜上可觀察到三種峰 而測定化合物CH3CHCHCl時 卻得到氫原子給出的信號峰6個 從原子在空間排列方式不同的角度上 試寫出CH3CHCHCl分子的空間異構(gòu)體 解析 1 當(dāng)C3H6O2峰強度為3 3時 我們可以知道有兩種類型的氫 而且兩種類型氫的數(shù)目相等 因此該物質(zhì)應(yīng)是CH3COOCH3 第二種情況峰強度為3 2 1 可知共有三種類型的氫 氫個數(shù)比為3 2 1 由此我們寫出了CH3CH2COOH的化學(xué)式 2 表面上看CH3CHCHCl應(yīng)有三種峰 但實際測得六種峰 說明順式 反式結(jié)構(gòu)中的氫信號峰是不同的 因為基團間的相互影響 順式中的甲基與反式中的甲基并不相同 給出的氫信號是不同的 順式中的兩個H不同 反式中的兩個H也不同 故共給出6種H信號 答案 1 第一種情況CH3COOCH3 第二種情況CH3CH2COOH 基礎(chǔ)回歸1 元素分析與相對分子質(zhì)量的測定 1 對純凈的有機物進行元素分析 可確定 2 可用測定相對分子質(zhì)量 進而確定 實驗式 質(zhì)譜法 分子式 2 分子結(jié)構(gòu)的鑒定 1 結(jié)構(gòu)鑒定的常用方法 化學(xué)方法 利用特征反應(yīng)鑒定出官能團 再制備它的衍生物進一步確認 物理方法 質(zhì)譜 紫外光譜 等 紅外光譜 核磁共 振氫譜 2 紅外光譜 IR 當(dāng)用紅外線照射有機物分子時 不同或吸收頻率不同 在紅外光譜圖中處于不同的位置 3 核磁共振氫譜 處在不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子在譜圖上出現(xiàn)的位置不同 吸收峰的面積與氫原子數(shù)成 官能團 化學(xué) 鍵 正比 要點一有機物的分離和提純 要點精講 典例導(dǎo)析1 下列除去雜質(zhì)的方法正確的是 除去乙烷中少量的乙烯 光照條件下通入Cl2 氣液分離 除去乙酸乙酯中少量的乙酸 用飽和碳酸鈉溶液洗滌 分液 干燥 蒸餾 除去CO2中少量的SO2 氣體通過盛飽和碳酸鈉溶液的洗氣瓶 除去乙醇中少量的乙酸 加足量生石灰 蒸餾A B C D 解析 光照條件下 乙烷可與Cl2發(fā)生取代反應(yīng) 該法不合適 乙酸與Na2CO3溶液反應(yīng) 乙酸乙酯與Na2CO3溶液不反應(yīng) 且溶解度很小 故可用飽和Na2CO3溶液除去乙酸乙酯中的乙酸 CO2和SO2均可與Na2CO3溶液反應(yīng) 不合適 乙酸可與生石灰生成鹽 蒸餾即可得到乙醇 B 遷移應(yīng)用1將煤焦油中的苯 甲苯和苯酚進行分離 可采取如下圖所示方法和操作 寫出物質(zhì)a和c的化學(xué)式 a c 寫出分離方法 和 的名稱 混合物加入溶液 a 反應(yīng)的化學(xué)方程式為 下層液體b通入氣體c反應(yīng)的化學(xué)方程式為 分離出的苯酚含在中 解析苯酚的分離提純應(yīng)利用其弱酸性 苯酚與NaOH反應(yīng) 生成溶液 通入足量CO2 分液即可 答案NaOHCO2蒸餾分液 NaOH NaHCO3下層物質(zhì)e 要點二有機物分子式 結(jié)構(gòu)式的確定1 有機物分子式的確定 1 元素分析 定性分析用化學(xué)方法鑒定有機物分子的元素組成 如燃燒后CCO2 HH2O SSO2 NN2 定量分析將一定量有機物燃燒后分解為簡單無機物 并測定各產(chǎn)物的量從而推算出有機物分子中所含元素原子最簡單的整數(shù)比 即實驗式 李比希氧化產(chǎn)物吸收法用CuO將僅含C H O元素的有機物氧化后 產(chǎn)物H2O用無水CaCl2吸收 CO2用KOH濃溶液吸收 計算出分子中碳 氫原子的含量 其余的為氧原子的含量 2 相對分子質(zhì)量的測定 質(zhì)譜法 原理 樣品分子分子離子和碎片離子到達檢測器的時間因質(zhì)量不同而先后有別質(zhì)譜圖 質(zhì)荷比 分子離子與碎片離子的相對質(zhì)量與其電荷的比值 3 相對分子質(zhì)量的求算方法 M A 2M B M A m B 4 有機物分子式的確定 5 確定有機物分子式的規(guī)律 最簡式規(guī)律最簡式相同的有機物 無論多少種 以何種比例混合 混合物中元素質(zhì)量比例相同 要注意的是 a 含有n個碳原子的飽和一元醛與含有2n個碳原子的飽和一元羧酸和酯具有相同的最簡式 b 含有n個碳原子的炔烴與含有3n個碳原子的苯及其同系物具有相同的最簡式 相對分子質(zhì)量相同的有機物a 含有n個碳原子的醇與含 n 1 個碳原子的同類型羧酸和酯 b 含有n個碳原子的烷烴與含 n 1 個碳原子的飽和一元醛 商余法 推斷有機物的分子式 設(shè)烴的相對分子質(zhì)量為M a 得整數(shù)商和余數(shù) 商為可能的最大碳原子數(shù) 余數(shù)為最小的氫原子數(shù) b 的余數(shù)為0或碳原子數(shù)大于或等于氫原子數(shù)時 將碳原子數(shù)依次減少一個 每減少一個碳原子即增加12個氫原子 直到飽和為止 2 確定結(jié)構(gòu)式的一般步驟 典例導(dǎo)析2 有機物A和B無論以何種比例混合 組成中所含原子核外電子總數(shù)均不變 1 若A是分子中含8個氫原子的烴 B是分子中含3個碳原子的烴的含氧衍生物 寫出兩組符合下述條件的有機物的分子式 相對分子質(zhì)量之差為2 A B 相對分子質(zhì)量相等 A B 2 若A是分子中含有4個碳原子的烴 B是飽和鏈烴的一元含氮衍生物 則A的分子式為 B的分子式為 符合B的分子式的同分異構(gòu)體有種 解析解答此題可采用等量代換法 常見相對原子質(zhì)量的等量關(guān)系有 4C 3O CH4 O N CH2等 常見電子數(shù)的等量關(guān)系有 N CH 4C 3O O CH2等 若能充分利用這些等量關(guān)系 進行等量替換 可以優(yōu)化思路 簡化過程 有助于推理求解 本題是一道開放性試題 解題時要緊緊抓住A與B電子數(shù)相等這一主線 靈活運用等量代換思想 由A變式過渡到B 1 設(shè)A的分子式為CxH8 B的分子式為C3HyOz A與B電子數(shù)相等 相對分子質(zhì)量相差2 注意觀察C和O的電子數(shù)之差和相對原子質(zhì)量之差 如圖所示 若A為C4H8 則B為C3H6O 用O替換CH2 既是等電子代換又是相對分子質(zhì)量之差為2 若A為C8H8 則B可以用3個氧原子代替4個碳原子 等電 等質(zhì)代換 再用1個氧原子替換1個亞甲基 CH2 那么B的分子式為C3H6O4 若選定A為C7H8 根據(jù)電子總數(shù)相等 相對分子質(zhì)量相等 即4個碳原子換為3個氧原子 即B為C3H8O3 2 設(shè)A為C4Hx 將A分子中的CH用N替換 等電子代換 可得B 由于B是飽和鏈烴的一元含氮衍生物 可推知相應(yīng)的A為C4H10 B為C3H9N B的同分異構(gòu)體有4種 答案 1 C4H8C3H6O 或C8H8C3H6O4 C7H8C3H8O3 2 C4H10C3H9N4 遷移應(yīng)用2碳 氫 氧3種元素組成的有機物A 相對分子質(zhì)量為102 含氫的質(zhì)量分數(shù)為9 8 分子中氫原子個數(shù)為氧的5倍 1 A的分子式是 2 A有2個不同的 位于碳鏈兩端的含氧官能團 其名稱是 3 一定條件下 A與氫氣反應(yīng)生成B B分子的結(jié)構(gòu)可視為1個碳原子上連接2個甲基和另外2個結(jié)構(gòu)相同的基團 A的結(jié)構(gòu)簡式是 A不能發(fā)生的反應(yīng)是 填寫序號字母 a 取代反應(yīng)b 消去反應(yīng)c 酯化反應(yīng)d 還原反應(yīng) 4 寫出兩個與A具有相同官能團 并帶有支鏈的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式 5 A還有另一種酯類同分異構(gòu)體 該異構(gòu)體在酸性條件下水解 生成兩種相對分子質(zhì)量相同的化合物 其中一種的分子中有2個甲基 此反應(yīng)的化學(xué)方程式是 6 已知環(huán)氧氯丙烷可與乙二醇發(fā)生如下聚合反應(yīng) nH2C CH CH2Cl nHO CH2 CH2 OH B也能與環(huán)氧氯丙烷發(fā)生類似反應(yīng) 生成高聚物 該高聚物的結(jié)構(gòu)簡式是 解析N H 10 由題意可知N O 2 N C 5 A的分子式為C5H10O2 又因為A中有2個氧原子 有2個不同的含氧官能團 只能是羥基和醛基 A與氫氣反應(yīng)生成B 故B為 答案 1 C5H10O2 2 羥基醛基 題組一有機物的分離與提純1 去掉苯酚中混有的少量苯甲酸 應(yīng)選用的最好方法是 A 在混合物中加入鹽酸 充分振蕩 再用分液漏斗分離B 在混合物中加入NaOH溶液 充分振蕩 再通入過量CO2氣體 待完全反應(yīng)后 用分液漏斗分離C 將混合物用蒸餾方法分離D 在混合物中加入乙醚 充分振蕩 萃取苯酚 然后再用分液漏斗分離 B 對點訓(xùn)練 2 除去下列物質(zhì)中含有的少量雜質(zhì) 請?zhí)顚憫?yīng)加入的試劑及操作方法 解析根據(jù)表中各物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的差異進行除雜 將混合氣體通入溴水中即可除去乙烷中的乙烯氣體 用NaOH溶液可除去溴苯中的溴 用水可洗去硝基苯中的酸液 用KMnO4酸性溶液可除去苯中的二甲苯 用飽和NaHCO3溶液可除去CO2中的HCl氣體 答案 題組二有機物組成與結(jié)構(gòu)的研究3 下列化學(xué)用語表達正確的是 A 丙烷的球棍模型 B CS2的電子式 C S2 的結(jié)構(gòu)示意圖 D 乙醛的結(jié)構(gòu)簡式為 CH3COH A 4 某化合物的結(jié)構(gòu)式 鍵線式 及球棍模型如下 下列關(guān)于該有機物的敘述正確的是 A 該有機物不同化學(xué)環(huán)境的氫原子有7種B 該有機物屬于芳香族化合物C 鍵線式中的Et代表的基團為 CH3D 該有機物在一定條件下能夠發(fā)生消去反應(yīng) 解析對照鍵線式結(jié)構(gòu)和球棍模型 不難發(fā)現(xiàn) Et代表乙基 該有機物分子中共有8種化學(xué)環(huán)境的氫原子 分子中沒有苯環(huán) 不屬于芳香族化合物 答案D 5 1L 標(biāo)況下 某烴 完全燃燒生成的CO2和水蒸氣在273 1 01 105Pa下 混合氣體體積為yL 當(dāng)冷卻至標(biāo)準狀況時氣體體積為xL 下列用x y表示該烴的化學(xué)式正確的是 A CxHyB CxHy xC CxH2y 2xD CxHy 2x解析273 1 01 105Pa下體積yL相當(dāng)于標(biāo)準狀況下y 2L 則V CO2 xL V H2O x L 該烴分子組成為CxH x 2 即CxHy 2x D 6 2008 海南 18 在核磁共振氫譜中出現(xiàn)兩組峰 其氫原子數(shù)之比為3 2的化合物是 解析核磁共振氫譜能夠測定有機化合物分子結(jié)構(gòu)中氫原子的類型及數(shù)目 A中兩個甲基的六個氫原子是相同的 而亞甲基中兩個氫原子不同于甲基氫原子 兩種氫原子的比例為6 2 3 1 B中有三種氫原子 比例為6 2 2 3 1 1 C中有三種氫原子 比例為8 6 2 4 3 1 D中有兩種氫原子 比例為6 4 3 2 答案D 7 1mol某烴在足量的氧氣中完全燃燒 生成水和二氧化碳各6mol 則該烴的分子式為 若該烴不能使溴水褪色 但一定條件下能跟純溴發(fā)生取代反應(yīng) 其一溴取代物只有一種 則該烴的結(jié)構(gòu)簡式為 名稱為 若該烴能使溴水褪色 在催化劑作用下 與H2發(fā)生加成反應(yīng) 生成2 2 二甲基丁烷 則該烴的結(jié)構(gòu)簡式為 名稱為 寫出該烴在催化劑作用下發(fā)生加聚反應(yīng)的化學(xué)方程式 答案 8 化合物A經(jīng)李比希法測得其中含C72 0 H6 67 其余為氧 質(zhì)譜法分析得知A的相對分子質(zhì)量為150 現(xiàn)代儀器分析有機化合物的分子結(jié)構(gòu)有以下兩種方法 方法一 核磁共振儀可以測定有機物分子里不同化學(xué)環(huán)境的氫原子及其相對數(shù)量 如乙醇 CH3CH2OH 的核磁共振氫譜有3個峰 其面積之比為3 2 1 如圖1所示 現(xiàn)測出A的核磁共振氫譜有5個峰 其面積之比為1 2 2 2 3 方法二 利用紅外光譜儀可初步檢測有機化合物中的某些基團 現(xiàn)測得A分子的紅外光譜如圖2所示 已知 A分子中只含一個苯環(huán) 且苯環(huán)上只有一個取代基 試回答下列問題 1 A的分子式為 2 A的結(jié)構(gòu)簡式為 3 A的芳香類同分異構(gòu)體有多種 請按要求寫出其中兩種結(jié)構(gòu)簡式 分子中不含甲基的芳香酸 遇FeCl3顯紫色且苯環(huán)上只有兩個取代基的芳香醛 解析C H O的個數(shù)之比為 4 5 5 1 9 10 2 根據(jù)相對分子質(zhì)量為150 可求得其分子式為C9H10O2 通過紅外光譜圖可知 A分子中除含一個苯環(huán)外 還含有和 C C 所以A的結(jié)構(gòu)簡式為C6H5COOCH2CH3 A的芳香類同分異構(gòu)體中不含甲基的芳香酸是C6H5CH2CH2COOH 遇FeCl3顯紫色 說明含酚羥基 又因為含醛基 且只有兩個取代基 所以遇FeCl3顯紫色且苯環(huán)上只有兩個取代基的芳香醛是HOC6H4CH2CH2CHO 答案 1 C9H10O2 2 C6H5COOCH2CH3 3 C6H5CH2CH2COOH HOC6H4CH2CH2CHO 定時檢測 一 選擇題 本題包括10小題 每小題5分 共50分 1 2009 寧夏理綜 8 3 甲基戊烷的一氯代產(chǎn)物有 不考慮立體異構(gòu) A 3種B 4種C 5種D 6種解析3 甲基戊烷的一氯代產(chǎn)物有四種 B 2 2009 安徽理綜 8 北京奧運會期間對大量盆栽鮮花施用了S 誘抗素制劑 以保持鮮花盛開 S 誘抗素的分子結(jié)構(gòu)如圖 下列關(guān)于該分子說法正確的是 A 含有碳碳雙鍵 羥基 羰基 羧基B 含有苯環(huán) 羥基 羰基 羧基C 含有羥基 羰基 羧基 酯基D 含有碳碳雙鍵 苯環(huán) 羥基 羰基解析從圖示可以分析 該有機物的結(jié)構(gòu)中存在3個碳碳雙鍵 1個羰基 1個醇羥基 1個羧基 A選項正確 A 3 2008 上海 7 下列各化合物的命名正確的是 解析A的正確命名為1 3 丁二烯 B應(yīng)從離羥基最近的一端開始編號 即B的正確命名為2 丁醇 C為鄰甲基苯酚 因此只有D正確 D 4 2008 廣東卷改編 從有機化合物的分類來看 下列反應(yīng)中的X屬于 A 醇B 烷烴C 烯烴D 酯解析該反應(yīng)為兩種單體的加聚反應(yīng) 由生成物的結(jié)構(gòu)簡式可推知反應(yīng)物X的結(jié)構(gòu)簡式為 所以X屬于酯類化合物 D 5 2008 寧夏理綜 8 在 丙烯 氯乙烯 苯 甲苯四種有機化合物中 分子內(nèi)所有原子均在同一平面的是 A B C D 解析乙烯 苯均為平面結(jié)構(gòu) 甲烷為正四面體結(jié)構(gòu) 因此丙烯 CH2 CH CH3 中 CH3中的C與其他的原子形成的是四面體結(jié)構(gòu) 氯乙烯 CH2 CHCl 中的Cl取代了乙烯中H的位置 因此氯乙烯所有原子均在同一平面上 甲苯 中 CH3中的C原子與其他的原子形成四面體結(jié)構(gòu) B 6 2008 全國理綜 8 下列各組物質(zhì)不屬于同分異構(gòu)體的是 A 2 2 二甲基丙醇和2 甲基丁醇B 鄰氯甲苯和對氯甲苯C 2 甲基丁烷和戊烷D 甲基丙烯酸和甲酸丙酯解析甲基丙烯酸的結(jié)構(gòu)簡式為 分子式為C4H6O2 甲酸丙酯的結(jié)構(gòu)簡式為HCOOCH2CH2CH3 其分子式為C4H8O2 因此二者不是同分異構(gòu)體 D 7 已知乙烯分子是平面結(jié)構(gòu) 因此1 2 二氯乙烯可以形成兩種不同的空間異構(gòu)體 下列各物質(zhì)中 能形成類似上述兩種空間異構(gòu)體的是 A 1 丁烯B 丙烯C 2 甲基 2 丁烯D 2 氯 2 丁烯解析由題意可知 只要雙鍵的碳原子上連接兩個不同的取代基 就存在空間異構(gòu)體 顯然 只有2 氯 2 丁烯存在空間異構(gòu)體 選D D 8 一種有機物的化學(xué)式為C4H4 分子結(jié)構(gòu)如右圖所示 將該有機物與適量氯氣混合后光照 生成的鹵代烴的種類共有 A 2B 4C 5D 6解析圖示結(jié)構(gòu)為正四面體結(jié)構(gòu) 一鹵代物 二鹵代物 三鹵代物 四鹵代物各有一種 B 9 下列8種有機物 CH2 CH2 CH3OH CH3Cl CCl4 HCOOCH3 CH3COOCH2CH3 CH3COOH按官能團的不同可分為 A 4類B 5類C 6類D 8類 C 10 2002年諾貝爾化學(xué)獎獲得者的貢獻之一是發(fā)明了對有機分子進行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法 其方法是讓極少量的 10 9g 化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室 樣品分子大量離子化 少量分子碎裂成更小的離子 如C2H6離子化可得到C2H C2H C2H 然后測定其質(zhì)荷比 設(shè)H 的質(zhì)荷比為 其有機物樣品的質(zhì)荷比如下圖所示 假設(shè)離子均帶一個單位正電荷 信號強度與該離子的多少有關(guān) 則該有機物可能是 A 甲醇 CH3OH B 甲烷C 丙烷D 乙烯 解析C4H10有兩種同分異構(gòu)體 CH3 CH2 CH2 CH3和 它們均有2種一氯代物 A項錯 B項分子中最多有4個碳原子在一條直線上 故錯誤 2 乙基 1 丁烯對應(yīng)的結(jié)構(gòu)簡式為C項正確 乙烯和HBr加成的產(chǎn)物為 而不是1 2 二溴乙烷 D項錯 答案C 二 非選擇題 本題包括4小題 共50分 11 12分 麻黃素又稱黃堿 是我國特定的中藥材麻黃中所含有的一種生物堿 經(jīng)我國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)如下 1 麻黃素中含氧官能團的名稱是 屬于 填 醇 或 酚 類 2 下列各物質(zhì)與麻黃素互為同分異構(gòu)體的是 填字母 下同 與麻黃素互為同系物的是 解析 1 通過觀察麻黃素的結(jié)構(gòu)簡式可知其中含有羥基 亞氨基 苯環(huán)等官能團 但只有羥基官能團含有氧元素 2 麻黃素的分子式為C10H15ON 而選項中的A B C D E的分子式分別為 C9H13NO C11H17NO C9H13NO C10H15NO C10H15NO 因此麻黃素與D E互為同分異構(gòu)體 麻黃素結(jié)構(gòu)中含有一個苯環(huán) 一個亞氨基 一個醇羥基 與麻黃素官能團不同的A B D可以排除 與麻黃素互為同系物的是C 答案 1 羥基醇 2 DEC 12 12分 如果將碳 氫元素符號省略 只表示分子中鍵的連接情況 每個拐點或終點均表示有一個碳原子 稱為鍵線式 如CH3CH2CH2CH3的鍵線式可表示為 有人設(shè)想合成具有以下結(jié)構(gòu)的烴分子 1 結(jié)構(gòu)D顯然是不可能合成的 原因是 2 在結(jié)構(gòu)A的每兩個碳原子之間插入一個CH2原子團 可以形成金剛烷的結(jié)構(gòu) 寫出金剛烷的分子式 3 B的一種同分異構(gòu)體是最簡單的芳香烴 能證明該芳香烴中的化學(xué)鍵不是單雙鍵交替排列的事實是 填字母序號 a 它的對位二元取代物只有一種b 它的鄰位二元取代物只有一種c 分子中所有碳碳鍵的鍵長均相等d 能發(fā)生取代反應(yīng)和加成反應(yīng) 4 C的一種屬于芳香烴的同分異構(gòu)體是生產(chǎn)某塑料的單體 寫出合成該塑料的化學(xué)方程式 答案 1 C原子不能形成5個共價鍵 2 C10H16 3 bc 13