第四节_研究有机物的一般步骤和方法

教学目标：1、掌握有机化合物分离提纯的常用方法和分离原理2、了解鉴定有机化合物结构的一般过程与方法教学重点:有机化合物分离提纯的常用方法和分离原理分离、提纯元素定量分析确定化学式测定相对分子量确定化学式波谱分析确定化学式一、分离、提纯2、物理方法：利用有机物与杂质物理性质的差异而将它们分开有机物分离的常用物理方法蒸馏重结晶萃取分液1、化学方法：一般是加入或通过某种试剂进行化学反应。方法适用范围主要仪器举例注意事项过滤分离不溶性固体与液体漏斗、烧杯、玻璃棒、铁架台(带铁圈)粗盐提纯时把粗盐溶于水，经过滤把不溶于水的杂质除去1、要“一贴二低三靠；2、必要时洗涤沉淀物；3、定量实验要“无损”方法适用范围主要仪器举例注意事项蒸发从溶液中分离出固体溶质蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、铁架台(带铁圈)从氯化钠溶液中结晶出氯化钠1、边加热边搅拌2、用余热蒸干少量溶剂方法适用范围主要仪器举例注意事项蒸馏从互溶的液态混合物中分离出沸点较低的物质蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、引流管(牛角管)锥形瓶、铁架台、酒精灯、石棉网制取蒸馏水工业酒精的蒸馏1、温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口下方0.5cm处2、冷凝管冷却水流向，应从下往上，与蒸气成逆流1、蒸馏注意事项：温度计位置烧瓶液体体积冷凝水方向沸石装置原理图方法适用范围主要仪器举例注意事项萃取分液分液漏斗、烧杯、铁架台(铁架台)分液漏斗、烧杯、铁架台(铁架台)利用溶质在两种互不相溶的溶剂里的溶解度不同的分离方法CCl4把溶于水里的溴萃取出来1、检查分液漏斗是否漏液2、对萃取剂的要求不互溶液体的分离水、苯的分离下层液体从下口流出，上层液体从上口倒出操作过程：方法适用范围主要仪器举例注意事项重结晶溶解度不同的固体烧杯玻璃棒短颈漏斗酒精灯KNO3、NaCl混合液中提纯KNO3粗苯甲酸的重结晶1、一般先配较高温度下的浓溶液，然后降温结晶；2、结晶后过滤，分离出晶体例如：苯甲酸的重结晶P.18图1-8粗产品热溶解热过滤冷却结晶提纯产品是不是温度越低越好？？？不纯固体物质残渣(不溶性杂质)滤液母液(可溶性杂质和部分被提纯物)晶体(产品)溶于溶剂，制成饱和溶液，趁热过滤冷却，结晶，过滤，洗涤二、元素分析与相对分子质量的测定1、元素分析：定性分析——有机物的组成元素分析；定量分析——分子内各元素原子的质量分数李比希氧化产物吸收法现代元素分析法数据经处理后即可确定有机物的实验式（最简式）分析方法定量分析确定物质的步骤：计算组成各原子的整数比（确定实验式）测定相对分子质量（确定分子式）鉴定分子结构（确定物质）[原理]它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子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。【思考与交流】1、质荷比是什么？2、如何确定有机物的相对分子质量？2.相对分子质量的测定—质谱法（由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量）图谱分析1527314546m/e相对丰度乙醇乙醇的质谱图相对丰度(RA)——以图中最强的离子峰(基峰)高为100％，其它峰的峰高则用相对于基峰的百分数表示。29CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+CH3CH2OH+100%060%20%503020质荷比最大的数据表示未知物A的相对分子质量。[例1]丙酸甲酯的质谱图[例2]．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。设H＋的质荷比为β，某有机物样品的质荷比如右图所示（假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关），则该有机物可能是A甲醇B甲烷C丙烷D乙烯B[练习1]某有机物的结构确定：①测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%,则其实验式是（）。②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（）。C4H10O74C4H10O②确定分子式：下图是例1中有机物A的质谱图，则其相对分子质量为（），分子式为（）。[指出]当化合物结构比较复杂时，若用化学方法，时间长、浪费试剂，因此科学上常常需要采取一些物理方法。与鉴定有机物结构有关的物理方法有质谱、红外光谱、核磁共振谱等。三、分子结构的鉴定1、红外光谱：在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键或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的位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。三、有机物的结构的分析：【例1】、下图是一种分子式为C3H6O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：C—O—CC=O不对称CH3P.22图：吸收越强，透过率越低，则说明含有该种原子团（官能团）[例2]、下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：C—O—CC=O不对称CH3CH3COOCH2CH3[练习1]有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请写出该分子的结构简式C—O—C对称CH3对称CH2CH3CH2OCH2CH32、核磁共振氢谱：氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在图谱上出现的位置也不同，各类氢原子的这种差异被称作化学位移;而且吸收峰的面积与氢原子数成正比.用途：通过核磁共振氢谱可知道有机物里有多少种氢原子，不同氢原子的数目之比是多少。原理:[讲述]对于CH3CH2OH、CH3—O—CH3这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式也不同、所处的化学环境不同，即等效碳、等效氢的种数不同。明确：不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的面积不同。由P.23图谱可知：未知物A的结构应为CH3CH2OH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1]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AHCHOBCH3OHCHCOOHDCH3COOCH3A[练习2]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和CH3CH2COOH例4、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：②写出该有机物的可能的结构简式：参考结构式，分析核磁谱图，回答下列问题：分子中共有种化学环境不同的氢原子；谱线最高者表示有个环境相同氢原子，谱线最低者表示有个环境相同氢原子，结构式中的Et表示烷烃基，从什么图谱中可以推断结构式中的这个烷烃基是。五、研究有机物的一般步骤：1、分离、提纯2、鉴定结构：1）元素分析——实验式2）测相对分子质量——确定分子式3）确定官能团、氢原子种类及数目——确定结构式；李比希氧化产物吸收分析法和现代元素分析法质谱法红外光谱、核磁共振氢谱或化学方法