第一章第四節(jié)研究有機物的一般步驟和方法

第一章

認識有機化合物第四節(jié)研究有機化合物的一般步驟和方法有機化合物的混合物分離、提純元素定量分析確定實驗式

波譜分析確定結(jié)構(gòu)式測定相對分子質(zhì)量確定分子式研究有機物一般經(jīng)歷的步驟：研究有機化合物的基本步驟:粗產(chǎn)品分離提純定性分析定量分析除雜質(zhì)確定組成元素質(zhì)量分析測定分子量結(jié)構(gòu)分析實驗式或最簡式分子式結(jié)構(gòu)式分離提純的方法有哪些？每一個操作步驟是怎樣完成的呢?（一）物質(zhì)分離和提純的區(qū)別（二）物質(zhì)提純的原則：不增、不減、易分離、一、物質(zhì)分離和提純分離：把混合物分成幾種純凈物。提純：除去雜質(zhì)。（三）物質(zhì)分離提純的一般方法：蒸餾重結(jié)晶

萃取分液色譜法（液態(tài)有機物）（固態(tài)有機物）（固態(tài)或液態(tài)）（固態(tài)或液態(tài)）“雜轉(zhuǎn)純，雜變沉，化為氣，溶劑分”的思想。一、分離、提純

（一）蒸餾

1、定義：利用混合物中各種成分的沸點不同而使其分離的方法。如石油的分餾。

2、適用范圍：分離、提純液態(tài)有機物。3、要求：液態(tài)有機物有少量雜質(zhì);被提純物熱穩(wěn)定性較強;與雜質(zhì)的沸點相差較大（一般約大于30℃）。蒸餾燒瓶溫度計冷凝管牛角管錐形瓶蒸餾實驗1-1工業(yè)乙醇的蒸餾含雜工業(yè)乙醇工業(yè)乙醇(95.6%)無水乙醇(99.5%以上)蒸餾加CaO蒸餾通過蒸餾（實驗1-1）得到的酒精是否就是無水酒精？怎樣才能得到無水酒精？加入CaO等吸水劑再蒸餾1、在蒸餾燒瓶中放入少量沸石，防止液體暴沸；2、溫度計水銀球的位置應(yīng)與支管口相平；3、蒸餾燒瓶中所盛放液體不能超過其容積的2/3，也不能少于1/3；4、冷凝管中冷卻水下進上出（與蒸氣流向相反）；5、使用前要檢查裝置的氣密性。蒸餾操作應(yīng)注意的問題：1、定義：將晶體用溶劑(蒸餾水)溶解，經(jīng)過濾、蒸發(fā)冷卻等步驟，再次析出晶體，得到更加純凈的晶體的方法。①雜質(zhì)在溶劑中溶解度很小或很大，易除去。②被提純的物質(zhì)在溶劑中的溶解度受溫度影響較大，升溫時溶解度增大，降溫時溶解度減小。2、要求：（二）重結(jié)晶苯甲酸的重結(jié)晶實驗加熱溶解趁熱過濾冷卻結(jié)晶P18思考與交流

溫度越低，苯甲酸的溶解度越小，為了得到更多的苯甲酸，是不是結(jié)晶時的溫度越低越好？

溫度過低，雜質(zhì)的溶解度也會降低，部分雜質(zhì)也會析出，達不到提純苯甲酸的目的；溫度極低時，溶劑（水）也會結(jié)晶，給實驗操作帶來麻煩。

（三）萃取1、萃取原理：利用混合物中一種溶質(zhì)在互不相溶的兩種溶劑中溶解性的不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來。2、萃取劑選?。海?）萃取劑與原溶劑互不相溶；（2）萃取劑與溶質(zhì)不反應(yīng)；（3）溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度比原溶劑要大得多；3、常見的有機萃取劑：乙醚、石油醚、二氯甲烷、四氯化碳、苯……4、萃取的步驟：洗滌、檢漏振蕩萃取分液4、萃取實驗過程中要注意的問題：（1）分液漏斗在洗滌干凈以后，要檢查其上口和玻璃塞處是否漏液體，不漏的才能使用；（2）進行分液時，分液漏斗頸的尖端要靠在燒杯的內(nèi)壁上。當分液漏斗內(nèi)的下層液體恰好流盡時，要立即關(guān)閉分液漏斗的活塞，防止上層液體流出。（3）要將上層液體從分液漏斗的上口倒出；小結(jié)：萃取1、萃取原理：利用混合物中一種溶質(zhì)在互不相溶的兩種溶劑中溶解性的不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來。2、用到的實驗儀器（玻璃儀器）有哪些？3、如何選取萃取劑？4、歸納萃取的步驟。5、實驗過程要注意哪些問題？（四）色譜法：（閱讀P19）【思考與交流】1、什么叫色譜法？2、色譜法常用的吸附劑有哪些？3、色譜法的種類有哪些？（四）色譜法1、定義：利用吸附劑對不同有機物吸附作用的不同，分離、提純有機物的方法。2、吸附劑：碳酸鈣、硅膠、氧化鋁、活性炭3、分類：1、柱色譜法2、紙上色譜法3、薄層色譜法4、氣相色譜法5、液相色譜法1、下列每組中各有三對物質(zhì)，它們都能用分液漏斗分離的是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BD2、下列實驗操作中錯誤的是 A、萃取時，萃取劑要求密度比水大。B、蒸餾時，應(yīng)使溫度計水銀球應(yīng)與蒸燒瓶支管口相平。C、過濾時，可直接將待過濾的懸濁液倒入漏斗中。D、蒸發(fā)時，待蒸發(fā)皿內(nèi)出現(xiàn)大量晶體時，即應(yīng)停止加熱。AC3、下列各組混合物的分離或提純方法不正確的是 A．用過濾法分離Fe(OH)3膠體和FeCl3溶液的混合物。B．用重結(jié)晶法提純NaCl和KNO3的混合物中的KNO3。C．用蒸餾法分離乙醇和甲醇的混合物。D．用萃取和分液的方法可以分離碘和水的混合物。A有機物(已提純)確定分子式？首先要確定有機物中含有哪些元素

如何利用實驗的方法確定有機物中C、H、O等元素的質(zhì)量分數(shù)？李比希法現(xiàn)代元素分析法二、元素分析→確定實驗式“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H（O）的有機物加CuO氧化H2OCO2用無水CaCl2吸收用KOH濃溶液吸收得前后質(zhì)量差得前后質(zhì)量差計算C、H含量計算O含量得出實驗式思考:實驗式和分子式有何區(qū)別?實驗式：表示化合物分子中所含元素的原子數(shù)目最簡整數(shù)比的式子。分子式：表示化合物所含元素的原子種類及數(shù)目的式子,表示物質(zhì)分子的真實組成。求有機物的實驗式：例.5.8g某有機物完全燃燒，生成CO213.2g,H2O5.4g。含有哪些元素?求其實驗式。n(CO2)=13.2／44=0.3molm(C)=3.6gn(H2O)=5.4／18=0.3mol

m(H)=0.6gm(O)=5.8g-3.6g-0.6g=1.6g∴所以，該化合物含C、H、O三種元素。n(C

)∶n(H)∶n(O)

＝0.3∶0.3×2∶1.6／16

＝0.3：0.6：0.1＝3∶6∶1∴實驗式為

C3H6O解：若要確定它的分子式，還需要什么條件？相對分子質(zhì)量【例題】某含C、H、O三種元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實驗測定A中碳的質(zhì)量分數(shù)為52.16%，氫的質(zhì)量分數(shù)為13.14%，求A的實驗式。解：氧的質(zhì)量分數(shù)為1－52.16%－13.14%＝34.70%各元素原子個數(shù)比N(C)：N(H)：N(O)＝＝2：6：1A的實驗式為：C2H6O若要確定它的分子式，還需要什么條件？例.實驗測得某碳氫化合物A中，含碳80%、含氫20%，求該化合物的實驗式。又測得該化合物的相對分子質(zhì)量是30，求該化合物的分子式。解法一∵

n(C)∶n(H)＝80／12∶20／1＝1∶3∴該化合物的實驗式：CH3設(shè)分子式為(CH3)n

則

15n＝30∴

n＝2分子式為

C2H6例.實驗測得某碳氫化合物A中，含碳80%、含氫20%，求該化合物的實驗式。又測得該化合物的相對分子質(zhì)量是30，求該化合物的分子式。答案：實驗式是CH3，分子式是C2H6解法二∵1mol有機物中含C原子30×80%／12＝2mol1mol有機物中含H原子30×20%／1＝6mol則一個分子中含2個C原子6個H原子∴

分子式為

C2H6①根據(jù)標況下氣體的密度可求：

M=22.4L/mol?ρg/L=22.4ρg/mol②依據(jù)氣體的相對密度：

M1=DM2(D:相對密度)③求混合物的平均式量：④運用質(zhì)譜法來測定相對分子質(zhì)量三、確定相對分子質(zhì)量→確定分子式☆1、確定相對分子質(zhì)量的常見方法：

用高能電子流轟擊分子，使其失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子，帶正電荷的分子離子和碎片離子具有不同質(zhì)量，它們在磁場下達到檢測器的時間不同，結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖?！|(zhì)譜法2、測定相對分子質(zhì)量最精確快捷的方法相對分子質(zhì)量的測定——質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀相對分子質(zhì)量的測定——質(zhì)譜儀CH3CH2OH+質(zhì)荷比311008060402002030405027294546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+相對豐度/%乙醇的質(zhì)譜圖

最大分子離子的質(zhì)荷比越大，達到檢測器需要的時間越長，因此質(zhì)譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量。

由于分子離子的質(zhì)荷比越大，達到檢測器需要的時間越長，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對分子質(zhì)量。（注意：碳、氫原子同位素的影響）（1）質(zhì)荷比是什么？（2）如何確定有機物的相對分子質(zhì)量？

分子離子與碎片離子的相對質(zhì)量與其電荷（通常帶一個單位電荷）的比值。例、2002年諾貝爾化學(xué)獎獲得者的貢獻之一是發(fā)明了對有機物分子進行結(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(zhì)荷比。某有機物樣品的質(zhì)荷比如右圖所示（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B、甲烷C、丙烷D、乙烯練習(xí)、某有機物的結(jié)構(gòu)確定過程前兩步為：①測定實驗式：某含C、H、O三種元素的有機物，經(jīng)燃燒分析實驗測定其碳的質(zhì)量分數(shù)是64.86%，氫的質(zhì)量分數(shù)是13.51%,則其實驗式是（）。

②確定分子式：下圖是該有機物的質(zhì)譜圖，則其相對分子質(zhì)量為（），分子式為（）。C4H10O74C4H10O解：n(C)∶n(H)∶n(O)

＝64.86％／12∶13.51％／1∶21.63％／16

＝4∶10∶1∴

實驗式為：

C4H10O

設(shè)分子式為；

(C4H10O)n則74n＝74

∴n＝1分子式為

C4H10O練習(xí)、嗎啡和海洛因都是嚴格查禁的毒品。嗎啡分子含C71.58%、H6.67%、N4.91%、其余為O。已知其相對分子量不超過300。試求：⑴嗎啡的相對分子量；⑵嗎啡的分子式。分析：可先假設(shè)分子中只含1個氮原子，可通過N的百分含量和N的相對原子量，計算出嗎啡的最小相對分子量。解：⑴嗎啡最小分子量

，而又知嗎啡分子量不超過300，故可知嗎啡分子量即為285。⑵一個嗎啡分子中碳原子數(shù)：

氫原子數(shù)為：

氮原子數(shù)為1氧原子數(shù)為

故嗎啡的分子式為

【方法一】最簡式法

根據(jù)分子式為最簡式的整數(shù)倍，因此利用相對分子質(zhì)量的最簡式可確定其分子式。3、有機物分子式的確定方法【例題】某同學(xué)為測定維生素C（可能含C、H或C、H、O）中碳、氫的質(zhì)量分數(shù)，取維生素C樣品研碎，稱取該樣品0.352g，置于鉑舟并放入燃燒管中，不斷通入氧氣流。用酒精噴燈持續(xù)加熱樣品，將生成物先后通過無水硫酸銅和堿石灰，兩者分別增重0.144g和0.528g，生成物完全被吸收。試回答以下問題：（1）維生素C中碳的質(zhì)量分數(shù)是

，氫的質(zhì)量分數(shù)是

。（2）維生素C中是否含有氧元素？為什么？（3）試求維生素C的實驗式：

（3）若維生素C的相對分子質(zhì)量為176，請寫出它的分子式C3H4O3

41％4.55％肯定含有氧C6H8O6

n(CO2)=0.528／44=0.012molm(C)=0.144gn(H2O)=0.144／18=0.008molm(H)=0.016gm(O)=0.352g-0.144g-0.016g=0.192g∴所以，該化合物含C、H、O三種元素。n(C

)∶n(H)∶n(O)

＝0.012∶0.016∶0.192／16

＝0.012：0.016：0.012＝3∶4∶3∴實驗式為

C3H4O3

設(shè)分子式為：

(C3H4O3)n則88n＝176

∴n＝2分子式為

C6H8O6解：學(xué)與問

實驗表明，許多咖啡和可樂飲料中含有興奮性物質(zhì)咖啡因。經(jīng)實驗測定，咖啡因分子中各元素的質(zhì)量分數(shù)是:碳49.5％，氫5.20％，氧16.5％，氮28.9％，其摩爾質(zhì)量為194.1g/mol。你能確定它的分子式嗎？課本P21【方法二】直接法

密度(或相對密度)→摩爾質(zhì)量→1mol氣體中元素原子各為多少摩爾→分子式n(C

)=49.5％×194.1／12=8n(H)=5.20％×194.1

／1=10n(O)=16.5％×194.1

／16=2n(N)=28.9％×194.1

／14=4∴分子式為：C8H10O2N4

解：【方法三】余數(shù)法①用烴的相對分子質(zhì)量除以14，視商數(shù)和余數(shù)②若烴的類別不確定CxHy，可用相對分子質(zhì)量M除以12，看商和余數(shù)，即M/12＝x……余y，分子式為CxHyM(CxHy)/M(CH2)＝M/14＝a……(a為碳原子數(shù))余2為烷烴整除為單烯烴或環(huán)烷烴差2整除為單炔烴或二烯烴差6整除為苯或其同系物此法用于確定通式的烴(如烷、烯、炔、苯的同系物等)【例題】分別寫出相對分子質(zhì)量為128、72的烴的分子式128／14=9…272／14=5…2【方法四】方程式法

在同溫同壓下，10mL某氣態(tài)烴在50mLO2里充分燃燒，得到液態(tài)水和體積為35mL的混合氣體，則該烴的分子式可能為（）A、CH4B、C2H6C、C3H8D、C3H6BD例：未知物A的分子式為C2H6O，其結(jié)構(gòu)可能是什么？

H

H

H

HH－C－C－O－H或H－C－O－C－H

HH

H

H四、波譜分析——確定分子結(jié)構(gòu)式確定有機物結(jié)構(gòu)式的一般步驟是：1、根據(jù)分子式寫出可能的同分異構(gòu)體。2、利用該物質(zhì)的性質(zhì)推測可能含有的官能團，最后確定正確的結(jié)構(gòu)。①紅外光譜

作用：獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團的信息分子結(jié)構(gòu)確定的具體方法

利用特征反應(yīng)鑒定出官能團，再進一步確認分子結(jié)構(gòu)2.物理方法：1.化學(xué)方法：②核磁共振氫譜氫原子種類不同（所處的化學(xué)環(huán)境不同）特征峰也不同

作用：測定有機物分子中等效氫原子的類型和數(shù)目

紅外光譜(IR)紅外光譜法確定有機物結(jié)構(gòu)的原理是：由于有機物中組成化學(xué)鍵、官能團的原子處于不斷振動狀態(tài)，且振動頻率與紅外光的振動頻譜相當。所以，當用紅外線照射有機物分子時，分子中的化學(xué)鍵、官能團可發(fā)生震動吸收，不同的化學(xué)鍵、官能團吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機物含有哪些化學(xué)鍵、官能團，以確定有機物的結(jié)構(gòu)。紅外光譜鑒定分子結(jié)構(gòu)紅外光譜鑒定分子結(jié)構(gòu)可以獲得化學(xué)鍵和官能團的信息CH3CH2OH的紅外光譜結(jié)論：A中含有O-H、C-O、C-H例、下圖是一種分子式為C4H8O2的有機物的紅外光譜譜圖,則該有機物的結(jié)構(gòu)簡式為：C―O―CC=O不對稱CH3CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3核磁共振儀

練習(xí)、有一有機物的相對分子質(zhì)量為74，確定分子結(jié)構(gòu)，請寫出該分子的結(jié)構(gòu)簡式

C―O―C對稱CH3對稱CH2CH3CH2OCH2CH32、核磁共振氫譜如何根據(jù)核磁共振氫譜確定有機物的結(jié)構(gòu)？

對于CH3CH2OH、CH3—O—CH3這兩種物質(zhì)來說，除了氧原子的位置、連接方式不同外，碳原子、氫原子的連接方式也不同、所處的環(huán)境不同，即等效碳、等效氫的種數(shù)不同。處在不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時吸收電磁波的頻率不同，在譜圖上出現(xiàn)的位置也不同，這種差異叫化學(xué)位移δ。從核磁共振氫圖譜上可推知該有機物分子有幾種不同類型的氫原子（波峰數(shù)）及它們的數(shù)目比（波峰面積比）。核磁共振結(jié)構(gòu)分析：核磁共振法（H’—NMR）作用：測定有機物中H原子的種類信號個數(shù)和數(shù)目信號強度之比峰面積吸收峰數(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)之比例、分子式為C2H6O的兩種有機化合物的1H核磁共振譜，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR譜圖嗎?分子式為C2H6O的兩種有機物的1H核磁共振譜圖

核磁共振氫譜H—C—O—C—HH―C―C―O-H

HHHHH

HH

H練習(xí)：1、下圖是某有機物的1H核磁共振譜圖，則該有機物可能是()

A.CH3CH2OHB.CH3CH2CH2OH

C.CH3—O—CH3

D.CH3CHOC2、下列有機物在H’-NMR上只給出一組峰的是

A、HCHO

B、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH3A問題探究：２種；９∶１１種３種；３∶２∶１４種；３∶２∶１∶６CH3-CH-CH3CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH-CH3CH3CH3-CH2-OH1.下列有機物中有幾種H原子以及個數(shù)之比？2.分子式為C3H6O2的二元混合物，分離后,在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰有兩種情況。第一種情況峰給出的強度為1︰1；第二種情況峰給出的強度為3︰2︰1。由此推斷混合物的組成可能是（寫結(jié)構(gòu)簡式）。CH3COOCH3CH3CH2COOHHOCH2COCH3HCOOCH2CH31∶13∶2∶1質(zhì)譜儀拓展視野諾貝爾化學(xué)獎與物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析(2002年)引入了核磁共振光譜學(xué)觀察到了DNA、蛋白質(zhì)等大分子的真面目。

美國芬恩日本田中耕一瑞士維特里希質(zhì)譜儀一、研究有機化合物的基本步驟①分離提純→②元素定量分析以確定實驗式→③測定相對分子質(zhì)量以確定分子式→④波譜分析確定結(jié)構(gòu)。二、分離和提純1.蒸餾2.重結(jié)晶3.萃取4.色譜法三、元素分析與相對原子質(zhì)量的測定1.元素分析：李比希法2.質(zhì)譜法—相對原子質(zhì)量的測定四、有機物分子結(jié)構(gòu)的確定1.化學(xué)方法：利用特征反應(yīng)鑒定出官能團，再進一步確認分子結(jié)構(gòu)第四節(jié)研究有機化合物的一般步驟和方法小節(jié)2.物理方法：①紅外光譜－確定化學(xué)鍵、官能團；

②核磁共振氫譜－確定等效氫原子的類型和數(shù)目再見【例題】一個有機物的分子量為70,紅外光譜表征到碳碳雙鍵和C＝O的存在，核磁共振氫譜列如下圖：②寫出該有機物的可能的結(jié)構(gòu)簡式：①寫出該有機物的分子式：C4H6OCH3CH=CHCHO說明：這四