有机化合物结构的测定

有机化合物结构的测定学习目标1.了解有机化合物结构测定的一般步骤和程序，能进行确定有机化合物分子式的简单计算。2.能利用化学检验方法鉴定官能团。3.初步了解一些测定有机化合物结构的现代手段。4.懂得有机化合物结构测定是有机化合物合成的重要环节。课前自主学案自主学习一、测定有机化合物结构的流程测定有机化合物结构的核心步骤是确定其__________，检测分子中所含的________及其在碳骨架上的位置。分子式官能团1．实验式和分子式有何异同？【提示】实验式只是说明了物质中元素原子的物质的量之比，分子式说明了物质分子的具体组成。二者中各元素的百分比相同。可能不同的是原子的个数，有时实验式和分子式相同，如CH4。思考感悟二、有机化合物分子式的确定1．有机化合物元素组成的测定方法及步骤CO2H2ON2卤化银100%2．有机物相对分子质量的测定有机物相对分子质量一般用理想气体状态方程并采用特定的装置进行测定，使用质谱仪进行测定。思考感悟2．某有机物完全燃烧的产物为CO2和H2O，如何确定该有机物中是否含有氧元素？【提示】通过相关的实验可以确定CO2和H2O的质量，进而求得有机物中所含碳元素和氢元素的质量。m(C)＝1244×m(CO2)，m(H)＝218×m(H2O)。若m(有机物)＝m(C)＋m(H)，则说明该有机物中只含C和H两种元素。若m(有机物)m(C)＋m(H)，且完全燃烧只生成CO2和H2O，则说明有机物中含有C、H、O三种元素，其中m(O)＝m(有机物)－m(C)－m(H)。三、有机化合物结构式的确定测定有机化合物的结构，关键步骤是判定分子的_____________及典型的化学性质，进而确定分子所含的________及其所处的_______。1．有机化合物分子不饱和度的计算(1)方法及作用不饱和度可以通过有机化合物的________计算得出，其数值反映了分子结构中__________或____等结构的信息。(2)公式：不饱和度＝________________。卤素原子，视为__________，氧原子不予考虑，若有氮原子，则在氢原子数中减去氮原子数。不饱和度官能团位置分子式不饱和键环n(C)＋1－nH2氢原子(3)常见官能团的不饱和度化学键不饱和度化学键不饱和度一个碳碳双键1一个碳碳叁键2一个羰基1一个苯环4一个脂环1一个氰基22.确定有机化合物的官能团(1)常见官能团的实验确定方法官能团种类试剂判断依据碳碳双键或碳碳叁键溴的CCl4溶液红棕色退去酸性高锰酸钾溶液紫色退去卤素原子NaOH溶液、稀HNO3、AgNO3溶液有沉淀生成醇羟基钠有氢气放出官能团种类试剂判断依据酚羟基FeCl3溶液显色浓溴水有白色沉淀产生醛基银氨溶液有银镜生成新制Cu(OH)2悬浊液有砖红色沉淀产生羧基NaHCO3溶液有CO2气体放出硝基(—NO2)(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸以及KOH的甲醇溶液1分钟内溶液由淡绿色变红棕色氰基(—CN)强碱水溶液，加热有氨气放出(2)物理方法通过____________、____________及________________等，能快速准确地确定有机化合物分子的结构。3．推测样品分子的_______________和官能团在碳链上的________。4．确定有机物的_____________。紫外光谱红外光谱核磁共振谱碳骨架结构位置结构简式思考感悟3．若有机物中含有卤族元素，如何确定是哪种卤素？【提示】根据AgX的颜色：AgCl(白色)，AgBr(淡黄色)，AgI(黄色)。自主体验1．燃烧0.2mol某有机物，得到0.4molCO2和0.6molH2O，由此可得出的结论是()A．该有机物含有2个碳原子和6个氢原子B．该有机物中碳元素和氢元素的原子个数比为3∶1C．该有机物中含有2个CO2和3个H2OD．该有机物的一个分子中含有2个碳原子和6个氢原子，还可能含有氧原子解析：选D。A项正确说法是：该有机物的一个分子中含有2个碳原子和6个氢原子；B应该是：该有机物中碳元素和氢元素的原子个数比为1∶3；C项，该有机物中不含CO2，也不含H2O。2．某烃分子的不饱和度为5，分子内C原子数为8。该烃的分子式为()A．C8H10B．C8H16C．C8H8D．C8H20解析：选C。不饱和度＝n(C)＋1－nH2，5＝8＋1－nH2，n(H)＝8，所以选C。3．核磁共振氢谱是指有机物分子中的氢原子核所处的化学环境(即其附近的基团)不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振氢谱图中坐标的位置(化学位移，符号为δ)也就不同。现有一物质的核磁共振氢谱如图所示：则可能是下列物质中的()A．CH3CH2CH3B．CH3CH2CH2OHC．D．CH3CH2CHO解析：选B。由核磁共振氢谱图知该有机物中含有4种不同类型的氢，A为2种类型氢，B为4种，C为2种，D为3种，故选B。课堂互动讲练确定有机物分子式的方法1．利用通式法求分子式首先确定有机物的类别，如烷烃：CnH2n＋2，单烯烃(环烷烃)CnH2n，单炔烃(或二烯烃)：CnH2n－2，苯及其同系物：CnH2n－6，饱和一元醇：CnH2n＋2O，饱和一元羧酸：CnH2n＋1COOH……，然后确定n值，求出其分子式。2．根据相对分子质量，利用商余法求分子式(1)用烃的相对分子质量除以14，看商和余数。MCxHyMCH2＝Mr14＝x余2为烷烃整除为单烯烃或环烷烃差2整除为单炔烃或二烯烃差6整除为苯及其同系物其中x为烃中碳原子数。此法用于具有确定通式的烃的分子式的确定。(2)若烃的类别不确定，可用其相对分子质量Mr除以12，看商和余数，Mr12＝x余y，则其分子式为CxHy。3．利用最简式法求分子式分子式是最简式的整数倍，因此利用烃的相对分子质量及求得的最简式可确定其分子式。如烃的最简式求法：N(C)∶N(H)＝碳的质量分数12∶氢的质量分数1＝a∶b(最简整数比)，最简式为CaHb，则分子式为(CaHb)n，n＝Mr12a＋b。4．利用燃烧法求分子式有机物完全燃烧后，各元素对应产物为C→CO2，H→H2O，Cl→HCl，N→N2。某有机物完全燃烧后，若产物只有CO2和H2O，则其组成元素可能为C、H或C、H、O。特别提醒：求算有机化合物相对分子质量的方法(1)根据标准状况下气体密度ρ0，求算该气体的摩尔质量，即该气体的相对分子质量Mr＝ρ0×22.4(限于标准状况下使用)。(2)根据气体的相对密度D，求气体的相对分子质量：Mr(A)＝D·Mr(B)。(3)求混合气体的平均相对分子质量：Mr＝Mr(A)×A%＋Mr(B)×B%＋Mr(C)×C%……(A%、B%、C%……为A、B、C气体在混合气体中的体积分数)。(4)运用质谱法测定相对分子质量。例1(2009年高考全国卷Ⅱ)化合物A相对分子质量为86，碳的质量分数为55.8%，氢为7.0%，其余为氧。A的相关反应如下图所示：推导有机物的结构式1．由分子式确定有机物结构式的一般步骤其结构式的确定过程可表示如下：2．由分子式确定结构式的方法有机化合物结构的测定，过去常通过利用有机化合物的化学性质，确定分子中所含的官能团，再确定其所在的位置，现代化学测定有机化合物的结构可用现代化的物理方法。(1)化学法确定有机物的官能团官能团决定有机化合物的特殊化学性质，通过一些特殊的化学反应和反应的实验现象，我们可以确定有机化合物中含有何种官能团。(2)仪器法测定有机物的碳骨架和官能团现代化学测定有机化合物结构的方法比较多，经常采用核磁共振谱和红外光谱来确定碳骨架的结构和官能团。特别提醒：1.某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接可由分子式确定其结构式。例如：C2H6，只有一种结构：CH3—CH3，又如CH4O，只有一种结构：CH3—OH。2．当一个分子式可能代表两种或两种以上具有不同结构的物质时，可利用该物质的特殊性质，通过定性或定量实验来确定其结构式。【规律方法】一般由物质的质量分数和相对分子质量确定物质的化学式，再由物质的性质确定物质的结构。这类题型的处理方法通常是选择相对分子质量较大、百分含量相对较小的那种元素进行分析，结合题目条件求出对应物质的相对分子质量，然后再由质量分数求出对应的化学式。解析：据分子式C7H8O知分子的不饱和度为7＋1－82＝4，因此A和B均为不饱和化合物，且只含有一个苯环。由于A、B均与Na反应放出H2，且分子结构中只有一个氧原子，故A、B中均有—OH，为醇或酚类。探究整合应用有机化合物结构的测定【举例】某有机化合物A经李比希法测得其中含碳为72.0%、含氢为6.67%，其余为氧。现用下列方法测定该有机化合物的相对分子质量和分子结构。方法一：用质谱法分析得知A的相对分子质量为150。方法二：核磁共振仪测出A的核磁共振氢谱有5个峰，其面积比为1∶2∶2∶2∶3。如图A。方法三：利用红外光谱仪测得A分子的红外光谱如图B。(1)A的分子式为__________。(2)A的分子中只含一个甲基的依据是________(填字母代号)。a．A的相对分子质量b．A的分子式c．A的核磁共振氢谱图d．A分子的红外光谱图(3)A的结构简式为______________________________________。(4)A的芳香类同分异构体有多种，其中符合下列条件：①分子结构中只含一个官能团；②分子结构中含有一个甲基；③苯环上只有一个取代基。则A的该类芳香类同分异构体共有________种。【解析】(1)由百分含量求得碳、氢、氧物质的量之比为9∶10∶2。结合相对分子质量为150，得出其分子式为C9H10O2。(2)分子式为C9H10O2说明有一个苯环，则剩下5个氢、3个碳和2个氧原子。再结合氢谱峰面积为1∶2∶2∶2∶3，A的结构简式为。可由b、c、d得出。(4)同分异构体为：