研究有机化合物的一般步骤和方法

第一章认识有机化合物研究有机化合物的基本步骤分离、提纯元素定量分析测定相对分子质量波谱分析确定实验式（最简式）确定分子式确定结构式(有哪些官能团）【思考与交流】1.常用的分离、提纯物质的方法有哪些？2.下列物质中的杂质（括号中是杂质）可以用什么方法除去？（1）酒精（水）（2）壬烷（己烷）（3）KNO3（NaCl）（4）乙酸乙酯（乙醇）（5）甲烷（乙烯）（6）NaCl（泥沙）（7）溴（水）（8）CO2（HCl）加生石灰，蒸馏蒸馏重结晶加饱和碳酸钠溶液，分液通过溴水，洗气过滤萃取通过饱和碳酸氢钠，洗气3.分离、提纯物质的总的原则是什么？看《立体化学》p14课堂设计之知识要点一一、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。1、蒸馏：（2）蒸馏提纯的条件•有机物热稳定性较强；•与杂质的沸点相差较大（一般约大于30℃）（1）蒸馏的原理利用混合物的沸点不同，除去难挥发或不挥发的杂质（3）蒸馏的注意事项：温度计水银球的部位（蒸馏烧瓶支管处）烧瓶中放少量沸石或碎瓷片（防止暴沸）•进出水方向（下进上出）•烧瓶中所盛放液体不能超过1/3实验：含有杂质的工业乙醇的蒸馏2、重结晶选择溶剂的条件•杂质在此溶剂中溶解度很小或很大•被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度，受温度的影响较大学与问《课本》P18在苯甲酸重结晶的实验中，滤液放置冷却可以结晶出纯净的苯甲酸晶体。请你思考并与同学交流：温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸晶体，是不是结晶时的温度越低越好？归纳重结晶的步骤。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【思考与交流】1、如何提取溴水中的溴？2、实验原理是什么？3、用到的实验仪器（玻璃仪器）有哪些？4、如何选取萃取剂？3、萃取萃取固—液萃取液—液萃取•萃取：萃取的原理：•萃取的条件用一种溶剂把溶质从它与另一溶剂所组成的溶液中提取出来的方法利用混合物中一种溶质在不同溶剂里的溶解度的不同萃取剂和原溶剂互不相溶和不发生化学反应溶质在萃取剂的溶解度在原溶剂的溶解度[练习1]下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是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，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[练习2]可以用分液漏斗分离的一组液体混和物是A溴和四氯化碳B苯和甲苯C汽油和苯D硝基苯和水BDD二、元素分析与相对分子质量的测定元素定量分析的原理：将一定量的有机物燃烧，分解为简单的无机物，并作定量测定，通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数，然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比，即确定其实验式（又称为最简式）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）有机物分子式的确定1.有机物组成元素的确定例1：5.8g某有机物完全燃烧，生成CO213.2g,H2O5.4g。则有机物含有哪些元素?含碳3.6g(0.3mol)含氢0.6g(0.6mol)能。含氧1.6g(0.1mol)能否直接确定含有氧?如何确定?能否直接确定该有机物的分子式?实验式和分子式有何区别?实验式为C3H6O不能2、实验式和分子式的区别实验式：表示化合物分子中所含元素的原子数目最简整数比的式子。分子式：表示化合物所含元素的原子种类及数目的式子,表示物质的真实组成。例2：实验测得某碳氢化合物A中，含碳80%、含氢20%。求该化合物的实验式。又测得该化合物的相对分子质量是30，求该化合物的分子式。答案：实验式是CH3，分子式是C2H6[原理]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。相对分子质量的测定—质谱法【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？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）例3：2002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2]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。C4H10O74C4H10O[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[讲述]由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频谱相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。[例1]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CH3CH3COOCH2CH32.核磁共振氢谱[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。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的类型及数目。[练2]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.HCHOB.CH3OHC.HCOOHD.CH3COOCH3A[练习3]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或CH3COOCH3和HCOOCH2CH3利用实验式和相对分子质量常见有哪些方法求相对分子质量？3、确定分子式的方法商余法：烃的式量除以12，得到的商及余数可确定利用燃烧通式.已知某有机物燃烧生成CO2和H2O,写出其燃烧通式?利用其它反应的方程式利用1mol分子中各原子的物质的量•利用各类有机物的分子通式和相对分子质量确定特殊方法：部分有机物的实验式中H已达饱和，则该有机物的实验式就是分子式。（如：CH4、CH3Cl、C2H6O等）部分特殊组成的实验式如：CH3当n=2时即达饱和，在不知相对分子质量时也可求得总结：求有机物相对分子质量的方法1.利用有机物的质量和物质的量：M=m/n（去单位）2.利用有机物蒸气的相对密度：M未知=D×M已知3.利用标准状况下气态烃的密度：M=22.4ρ4.利用各类有机物的分子通式及相应的化学反应方程式5.质谱法—能快速、微量、精确测定相对分子质量的方法[练习3]某工厂废液经测定得知主要含有乙醇，其中还溶有丙酮、乙酸和乙酸乙酯。根据各物质的性质（如下表），确定通过下列步骤回收乙醇和乙酸。已知：丙酮乙酸乙酯乙醇乙酸沸点（℃）56.277.0678117.9①向废液中加入烧碱溶液，调整溶液的pH＝10②将混和液放入蒸馏器中缓缓加热③收集温度在70～85℃时的馏出物④排出蒸馏器中的残液。冷却后向其中加浓硫酸（过量），然后再放入耐酸蒸馏器进行蒸馏，回收馏出物。请回答下列问题：（1）加入烧碱使溶液的pH＝10的目的是；（2）在70～85℃时的馏出物的主要成份是；（3）在步骤④中，加入过量浓硫酸的目的是（用化学方程式表示）。（4）当最后蒸馏的温度控制在85～125℃一段时间后，残留液中溶质的主要成份是。（1）将乙酸与碱反应先分离2CH3COONa+H2SO4=Na2SO4+2CH3COOH（4）硫酸钠（2）乙酸乙酯和乙醇参考结构式，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。