資源簡介

(共31張PPT)
第一章 有機化合物的結構特點與研究方法
第二節 研究有機化合物的一般方法
第2課時 有機物實驗式、分子式、結構式的確定
學習目標
1、通過李比希定量分析法,熟練掌握有機化合物中C、H、O含量的測定方法,認識定量分析在科學研究中的重要價值。
2、通過了解現代儀器分析在有機化合物組成和結構分析中的應用,能依據質譜法判斷有機物相對分子質量,能依據波譜分析數據推斷簡單有機化合物的分子結構。
3、知道紅外光譜、核磁共振等現代儀器分析方法在有機物分子結構測定中的應用。
觀看視頻：青蒿素發現歷程
青蒿素
分子結構
思考：從提取青蒿素到確定青蒿素的分子結構，科學家運用了哪些方法 經歷了怎樣的歷程呢？
【科學 技術 社會】青蒿素結構的測定
20世紀70年代初，我國屠呦呦等科學家使用乙醚從中藥中提取并用柱色譜分離得到抗瘧疾有效成分青蒿素?？茖W家們通過元素分析和質譜法分析，確定了青蒿素的相對分子質量為282，分子式為C15H22O5。經紅外光譜和核磁共振譜分析，確定青蒿素分子結構中含有酯基和甲基等結構片段。
通過化學反應證明其分子中含有過氧基團
（—O—O—）。1975年底，中國科學院的科學
家通過X射線衍射最終測定了青蒿素的分子結構。
觀看視頻：李比希燃燒法
一、確定實驗式——元素分析法
表示有機化合物分子中所含元素的原子個數最簡整數比的式子
1、元素分析：
定性分析
定量分析
化學方法測定
鑒定有機物的元素組成
測定有機物各元素的質量分數
2、原理：
將一定量的有機物燃燒
定量測定
轉化為簡單的無機物
推算有機物
各元素質量分數
計算有機物
各元素原子最簡整數比
確定實驗式
（最簡式）
李比希元素分析儀示意圖
李比希
僅含C、H、O元素的有機化合物
KOH濃溶液吸收
無水CaCl2吸收
CuO作
氧化劑
氧化
生成的CO2
生成的H2O
Δm1
Δm2
有機物中C、H質量分數，剩余的就是O的質量分數
實
驗
式
計算
3、方法：
①若m(有機物) = m(C) + m(H)，則說明該有機物中只含碳和氫兩種元素；
②若m(有機物) > m(C) + m(H)且完全燃燒只生成CO2和H2O，則說明有機物中含有C、H、O三種元素，其中m(O) = m(有機物) - m(C) - m(H)。
李比希元素分析儀
現代元素分析儀
現代化的元素分析儀
李比希不僅建立了可以定量測定碳、氫 、氧元素的分析方法，還建立了含氮、硫、鹵素等有機化合物的元素定量分析方法，為現代元素定量分析奠定了基礎。現在，元素定量分析使用現代化的元素分析儀，分析的精確度和速率都達到了很高的水平。
:直接測出有機物各元素原子的質量分數
【青蒿素實驗式的確定】含C、H、O三種元素的青蒿素，經燃燒分析實驗測得其中碳的質量分數為63.8%，氫的質量分數為7.8%，試求青蒿素的實驗式。
解：（1）計算青蒿素中氧元素的質量分數：
w(O)＝100%－63.8%－7.8%＝28.4%
（2）計算青蒿素分子內各元素原子的個數比：
N(C):N(H):N(O)＝＝15:22:5
則：青蒿素的實驗式為C15H22O5
思考：要確定青蒿素分子式至少還需知道哪個物理量呢？
可根據實驗式和有機化合物的組成特點直接確定分子式的情況。
最簡式 分子式
CH3 C2H6
CH3O C2H6O2
CH4 CH4
CH3Cl CH3Cl
CH4O CH4O
C2H6O C2H6O
有的可以，有的不可以
思考與交流：知道實驗式能直接確定分子式嗎？
實驗式：表示化合物分子中所含元素的原子數目最簡整數比的式子。
分子式：表示化合物所含元素的原子種類及數目的式子,表示物質的真實組成。
1、計算法
②相對密度法：根據氣體A相對于氣體B(已知)的相對密度d
MA＝d×MB
①標準狀況密度法：已知標準狀況下氣體的密度ρ，求算摩爾質量
M＝ρ×22.4 L·mol－1
④利用各類有機物的分子通式及相應的化學反應方程式
③混合氣體平均摩爾質量：
相對分子質量的求算方法
二、確定分子式——計算法和質譜法求相對分子質量
質譜儀工作原理示意圖
2、質譜法
有機物分子
確定相對分子質量
離子的質荷比
高能電子
流轟擊
帶正電荷的分子離子和碎片離子
磁場作用下先后
到達檢測儀
質譜圖
質譜儀
質譜圖
相對質量與電荷數的比值
某未知物的實驗式為C2H6O，其質譜圖中最右側的分子離子峰（CH3CH2OH的信號）的質荷比數值為46，因此其相對分子質量為46，由此可以推算出未知物的分子式也是C2H6O
讀圖方法：相對分子質量＝最大質荷比＝最右邊的分子離子峰
【青蒿素相對分子質量的確定】
最大質荷比：282
結合實驗式與相對分子質量可知，青蒿素的分子式為C15H22O5
【課堂練習1】關于李比希燃燒分析法，回答問題
（2）有人提出用CaCl2或濃硫酸替Mg(ClO4) 2，請說明替代Mg(ClO4) 2 物質的基本條件 。
（3）氧氣的作用主要是 。
（4）為了提高實驗的準確性，此裝置還需要完善，請指出需要完善的地方
（1）氧化銅的作用主要是 。
只吸收水,不吸收CO2
氧化樣品,將產物全部排入吸收裝置
末端再連接盛有堿石灰的U型管．
a.在吸收劑之間加一個檢驗水是否吸收完全的裝置b.在最后再加一個裝有堿石灰的干燥管防止空氣中的二氧化碳和水進入。
確保碳元素被氧化成CO 2
【課堂練習2】燃燒某有機物A 1.50g,生成1.12L(標況)CO2和0.05mol H2O。求該有機物的實驗式。
【解答】
實驗式為：CH2O
【課堂練習3】某有機物分子式的確定：
(1)測定實驗式：某含C、H、O三種元素的有機物，經燃燒分析實驗測定其碳的質量分數是64.86%，氫的質量分數是13.51%，則其實驗式是________。
C4H10O
(2)確定分子式：如圖是該有機物的質譜圖，則其相對分子質量為______；分子式為_________。
C4H10O
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紅外光譜儀
核磁共振波譜儀
X射線衍射儀
確定比較復雜的有機化合物的分子結構，僅靠質譜法是很難完成的，需要借助其他現代分析儀器，進行紅外光譜、核磁共振氫譜和X射線衍射等分析
三、確定分子結構——光譜、氫譜和X射線衍射分析
原理
不同官能團或化學鍵吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同的位置
初步判斷有機物中含有的 或 。
作用
官能團
化學鍵
1、紅外光譜
CH3—C—O—CH3
O
讀圖分析：下圖是分子式為C3H6O2的有機物的紅外光譜圖,推測其結構。
讀圖分析：下圖是分子式為C15H22O5的青蒿素的紅外光譜圖,推測其所含的有關信息。
含有酯基，甲基
2、核磁共振氫譜
——測定有機化合物分子中氫原子的類型和數目。
核磁共振儀
氫原子核具有磁性。處于不同化學環境中的氫原子因產生共振時吸收的頻率不同，在譜圖上出現的位置也不同。且吸收峰的面積與氫原子數成正比。
(1)原理：
(2)核磁共振氫譜：
吸收峰數目＝等效氫原子種類數
峰面積之比＝等效氫原子數之比
(NMR)
測定有機物中H 原子的種類和數目
信號個數
信號強度之比
峰面積
吸收峰數目＝氫原子類型
不同吸收峰的面積之比（強度之比）＝
不同氫原子的個數之比
讀譜要點
【課堂練習4】（1）下列有機物中有幾種H原子以及個數之比？
２種；
９∶１
１種
３種；３∶２∶１
４種；
３∶２∶１∶６
CH3-CH-CH3
CH3
CH3-C-CH3
CH3
CH3
CH3-CH2-CH-CH3
CH3
CH3-CH2-OH
CH2-CH2
Br Br
⑵化合物A和B的分子式都是C2H4Br2，A的NMR譜上只有1個峰，則A的結構簡式為 .
3、X射線衍射
(1) 原理：X射線是一種波長很短的電磁波，它和晶體中的原子相互作用可以產生衍射圖 。
X射線衍射儀
(2)衍射圖
根據原子坐標，可以計算原子間的距離，判斷哪些原子之間存在化學鍵,確定鍵長和鍵角，得出分子的空間結構。
單晶衍射圖
—有機化合物（特別是復雜的生物大分子）晶體結構的測定
【課堂練習5】下列關于現代儀器分析的說法錯誤的是( )
A．通過核磁共振氫譜可以區分CH3CH2OH和CH3OCH3
B．通過X射線衍射可以測定有機物分子中鍵長和鍵角等數據
C．通過質譜可以直接測得有機物分子中的官能團
D．通過紅外光譜可以獲得有機物分子中化學鍵或官能團的信息
C
【課堂練習6】下列說法不正確的是（ ）
A．通過質譜法可以確認有機化合物的相對分子質量
B．甲苯分子的核磁共振氫譜中有4個不同的吸收峰
C．紅外光譜可以幫助確定許多有機物的結構
D．某有機物完全燃燒只生成CO2和H2O，兩者物質的量之比為1:2，則該有機物一定為甲烷
D
【課堂練習7】確定較復雜的有機化合物結構，需要借助現代分析儀器，
根據圖譜進行分析確定。一組分析儀器的圖片如圖所示。下列有關說法正確
的是( C )
A．甲為核磁共振氫譜圖，乙為質譜圖
B．甲表明該有機化合物的相對分子質量為31
C．乙表明該有機化合物中含4種不同化學環境的H原子
D．丙表明該有機化合物中只含C－H、C－O、O－H三種化學鍵
【課堂練習8】某有機化合物A經李比希法測得其中含碳為70.59%、含氫為 5.88%,其余含有氧。據圖寫出該有機化合物的相對分子質量和分子結構。
吸收峰之比為1:2:2:3
答案：苯甲酸甲酯

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