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第四节研究有机化合物的一般步骤和方法选修五有机化学基础从天然资源中提取有机物成分或者是工业生产、实验室合成的有机化合物不可能直接得到纯净物，因此，必须对所得到的产品进行分离提纯，如果要鉴定和研究未知有机物的结构与性质，必须得到更纯净的有机物。我们已经知道，有机化学是研究有机物的组成、结构、性质、制备方法与应用的科学。那么，该怎样对有机物进行研究呢？一般的步骤和方法是什么？1．研究有机化合物的一般步骤【复习回顾】1、我们已经学习过的、可用于的物质分离、提纯的物理方法有哪些？过滤、升华、渗析（分离溶液与胶体）、蒸馏、结晶与重结晶、萃取、分液练一练．下列物质中的杂质（括号中是杂质）分别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（水）（8）CO2（HCl）（一）蒸馏：2.蒸馏的条件：（1）有机物热稳定性较强；（2）与杂质的沸点相差较大（一般约大于30℃）1.蒸馏原理：利用液体有机物中各成分的沸点不同而使其分离的方法一、分离、提纯有机物的方法：3.主要仪器：铁架台、酒精灯、石棉网、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、尾接管、锥形瓶蒸馏的注意事项•注意仪器组装的顺序：“先下后上，由左至右”；•不得直接加热蒸馏烧瓶，需垫石棉网；•蒸馏烧瓶盛装的液体，最多不超过容积的2/3；不得将全部溶液蒸干；需使用沸石（碎瓷片）；•冷凝水水流方向：下进上出•温度计水银球位置应与蒸馏烧瓶支管口齐平，以测量馏出蒸气的温度；通过蒸馏（实验1-1）得到的酒精是否就是无水酒精？怎样才能得到无水酒精？实验与探究：现有一瓶粗苯甲酸，含有少量泥沙和NaCl，怎样提纯得到纯净的苯甲酸呢？已知苯甲酸为白色片状晶体，在水中的溶解度：0.17g（25℃），6.8g（95℃）。NaCl在水中的溶解度受温度影响较小。重结晶的步骤:粗品加水，加热溶解趁热过滤滤液冷却结晶再过滤洗涤得到纯品【探究2】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，冷却结晶时的温度是不是越低越好？不是，冷却结晶时，并不是温度越低越好。因为温度过低，杂质NaCl的溶解度也会降低，部分杂质也会析出，达不到提纯苯甲酸的目的；温度极低时，溶剂(水)也会结晶，给实验操作带来麻烦。【探究1】为什么要趁热过滤？一方面除去不溶性的杂质泥沙，另一方面尽量减小因温度低导致过滤过程中苯甲酸析出而造成的损失加热溶解趁热过滤滤液冷却结晶再过滤洗涤得到纯品滤液中含苯甲酸和NaCl（二）重结晶1.概念：将晶体（含有杂质）溶于溶剂后，利用纯物质与杂质在同一溶剂中溶解度不同，重新使纯物质结晶的过程。2.选择溶剂的条件：（1）杂质在溶剂中溶解度很小或很大,易除去。（2）被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大。关键：选择适当的溶剂。不纯固体物质（粗苯甲酸）残渣(不溶性杂质：泥沙)滤液（含苯甲酸与NaCl）母液(可溶性杂质NaCl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，洗涤重结晶步骤如何洗涤晶体？如何检验晶体洗净与否？洗涤沉淀或晶体的方法：用胶头滴管往晶体上加蒸馏水直至晶体被浸没，待水完全流出后，重复两至三次，直至晶体被洗净。检验洗涤效果：取最后一次的洗出液，再选择适当的试剂进行检验。【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？1.原理：利用溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解度不同,用一种溶剂把溶质从另一种溶剂中提取出来的过程2.实验仪器：3.操作过程：分液漏斗振荡→静置→分液检漏→装液→（三）萃取需要注意什么？4.选择萃取剂的条件（1）萃取剂和原溶剂互不相溶（2）溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度（3）萃取剂与溶液不反应，与溶质易分离【常见萃取剂】5.注意事项：（1）振荡时分液漏斗下端口略向上倾斜，并适时打开活塞排气，使内外压强平衡（2）分液时分液漏斗颈的尖端要靠在烧杯的内壁上，下层液体从分液漏斗下端流出，上层液体从上端口倒出四氯化碳、苯、汽油、乙醚注意乙醇不作萃取剂6.萃取的类型（1）液—液萃取：（2）固—液萃取：用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程例如：用四氯化碳萃取溴水中的溴……1.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苯和溴苯C乙酸和乙醇D硝基苯和水D2.下列各组混合物的分离或提纯方法不正确A.用过滤法分离Fe(OH)3胶体和FeCl3溶液的混合物B.用重结晶法提纯NaCl和KNO3的混合物中的KNO3C.用蒸馏法分离乙醇和甲醇的混合物D.用萃取和分液的方法可以分离碘和水的混合物A1.如何进行下列操作？提纯KNO3、NaCl固体混合物中的KNO3提纯NaCl、KNO3固体混合物中的NaCl【思考与探究】蒸发结晶：适用于溶解度随温度变化不大的物质，需要加热蒸发使晶体析出。冷却结晶：适用于溶解度随温度变化较大的物质，将热的饱和溶液慢慢冷却后析出晶体。加水溶解后，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤加水溶解后，蒸发结晶，趁热过滤或易水解的物质（四）色谱法（了解）：利用吸附剂对不同有机物吸附作用的不同，分离、提纯有机物的方法叫色谱法。俄国植物学家茨卫特1906年，茨卫特在一根玻璃管的细端塞上一小团绵花，在管中充填碳酸钙粉末，让溶有绿色植物叶子色素的石油醚溶液自上而下地通过。结果植物色素便被碳酸钙吸附，分成三段不同颜色：绿色、黄色、黄绿色。再将碳酸钙吸附柱取出，并用乙醇洗脱，即得色素的溶液：叶绿素、叶黄素、胡萝卜素。二、分离、提纯二、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“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H（O）的有机物加氧化铜氧化H2OCO2用无水CaCl2吸收用KOH浓溶液吸收得前后质量差得前后质量差计算C、H含量计算O含量得出实验式又称为最简式3.有机物实验式（最简式）的确定【例1】某含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测定该未知物A中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数13.14%，试求该未知物A的实验式。因w(C)%=52.16%，w(H)%=13.14%,则w(O)%=1-52.16%-13.14%=34.70%N(C):N(H):N(O)=::34.70%52.16%13.14%12116=2：6：1则该未知物A的实验式为C2H6O若要确定A的分子式,还需要什么条件？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解法一解法二∵n(C)∶n(H)＝（80／12）∶（20／1）＝1∶3∴该化合物的实验式：CH3设分子式为(CH3)n则15n＝30∴n＝2分子式为C2H6∵1mol有机物中含C原子30×80%／12＝2mol1mol有机物中含H原子30×20%／1＝6mol则一个分子中含2个C原子6个H原子∴分子式为C2H6（1）M=m/n（2）M1=DM2(D为相对密度)（3）M=22.4L/mol·ρg/L=22.4ρg/mol(标况下气体)三、元素分析与相对分子质量的确定⑷质谱法（最精确、快捷测Mr的方法）思考：确定相对分子质量的方法有哪些？2．相对分子质量的测定——质谱法(1)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。分子离子和碎片离子具有不同的相对质量，它们在磁场的作用下，到达检测器的时间将因质量的不同而有先后，其结果被记录为质谱图。质谱仪分子离子的质荷比越大，到达检测器需要的时间越长，因此谱图中的最后到达或质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。（1）质荷比（2）有机物相对分子质量的确定分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值由上图可看出，质荷比最大的数据是46，这就表示了未知物质A的相对分子质量三、分子结构的确定仅仅确定了有机物的分子式，还不能弄清分子内部的结构。如前面提到未知物A的相对分子质量为46，实验式的相对分子质量也为46，因此实验式就是分子式，即C2H6O，但它可能出现两种结构：和,因此只有鉴定分子结构才能确定。鉴定结构的方法有物理方法和化学方法。化学方法主要是鉴别官能团，物理方法主要有红外光谱、核磁共振氢谱等方法。1.红外光谱(IR)三.确定结构式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。例如，上面提到的未知物A的红外光谱图(如下图)上发现有O—H键、C—H键和C—O键的振动吸收。因此，可以初步推测该未知物A是含羟基的化合物，结构简式可写为C2H5—OH。2、红外光谱的应用原理①红外光谱【练习】下图是分子式为C3H6O2的有机物的红外光谱谱图,推测其结构。C—O—CC=O不对称CH3CH3—C—O—CH3O核磁共振中的核指的是氢原子核。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，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的位置也不同。且吸收峰的面积与氢原子数成正比。可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目多少。2.核磁共振氢谱三、分子结构的确定结构分析：核磁共振法（H’—NMR）作用：测定有机物中H原子的种类信号个数和数目信号强度之比峰面积吸收峰数目＝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例5、分子式为C2H6O的两种有机化合物的1H核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR谱图吗?分子式为C2H6O的两种有机物的1H核磁共振谱图核磁共振氢谱H—C—O—C—HH―C―C―O-HHHHHHHHH1.下图是某有机物的1H核磁共振谱图，则该有机物可能是()A.CH3CH2OHB.CH3CH2CH2OHC.CH3—O—CH3D.CH3CHOC2.下列有机物在H’-NMR上只给出一组峰的是()A、HCHOB、CH3OHC、HCOOHD、CH3COOCH3A问题探究：２种；９∶１１种３种；３∶２∶１４种；３∶２∶１∶６CH3-CH-CH3CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH-CH3CH3CH3-CH2-OH1.下列有机物中有几种H原子以及个数之比？诺贝尔化学奖与物质结构分析(2002年)引入了核磁共振光谱学观察到了DNA、蛋白质等大分子的真面目。美国芬恩日本田中耕一瑞士维特里希一、研究有机化合物的基本步骤①分离提纯→②元素定量分析以确定实验式→③测定相对分子质量以确定分子式→④波谱分析确定结构。二、分离和提纯1.蒸馏2.重结晶3.萃取4.色谱法三、元素分析与相对原子质量的测定1.元素分析：李比希法2.质谱法—相对原子质量的测定四、有机物分子结构的确定1.化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构第四节研究有机化合物的一般步骤和方法小节2.物理方法：①红外光谱－确定化学键、官能团；②核磁共振氢谱－确定等效氢原子的类型和数目确定有机物结构式的一般步骤是：1、根据分子式写出可能的同分异构体。2、利用该物质的性质推测可能含有的官能团，最后确定正确的结构。1.研究有机化合物结构的基本步骤：分离、提纯→元素定量分析确定实验式→测定相对分子质量确定分子式→波谱分析确定结构式2．采用蒸馏法可将沸点差大于30℃热稳定性强的有机混合物提纯。3．利用萃取剂将有机物从另一种溶剂中提取出来的过程叫萃取。4．质谱图中最大质荷比即为相对分子质量。5．红外光谱测定有机物分子中的化学键或官能团。6．核磁共振氢谱图中峰数即氢原子种类数