高中化学新鲁科版选择性必修2-第3章微项目青蒿素分子的结构测定——晶体在分子结构测定中的应用课件

,必备知识,素养奠基,关键能力,素养形成,课堂检测,素养达标,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,微项目青蒿素分子的结构测定,晶体在分子结构测定中的应用,微项目青蒿素分子的结构测定,高中化学新鲁科版选择性必修2-第3章微项目青蒿素分子的结构测定晶体在分子结构测定中的应用课件,必备知识,素养奠基,1.,测定分子结构及组成的方法,(1),质谱法,:,用电场和磁场将运动的离子,(,带电荷的原子、分子或分子碎片,有分子离子、同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、亚稳离子、负离子和离子,-,分子相互作用产生的离子,),按它们的质荷比分离后进行检测的方法。可以进行相对分子量测定、化学式的确定及结构鉴定等。,(2),红外光谱法,:,将分子吸收红外光的情况用仪器记录就得到该试样的红外吸收光谱图,利用光谱图中吸收峰的波长、强度和形状来判断分子中的基团,对分子进行结构分析。,必备知识素养奠基1.测定分子结构及组成的方法,(3),核磁共振谱法,:NMR,是研究原子核对射频辐射的吸收,它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一,有时亦可进行定量分析。,(4)X,射线衍射法,:,使用,X,射线探测某些分子或晶体结构的科研方法。,(3)核磁共振谱法:NMR是研究原子核对射频辐射的吸收,它是,2.,分子空间结构的测定程序,分析图像测定晶胞参数推算原子坐标计算原子距离判断化学键及其类,型确定分子结构。,3.,借助晶体,X,射线衍射测定分子结构的基本思路,2.分子空间结构的测定程序,【,情境,思考,】,将具有一定波长的,X,射线照射到结晶性物质上时,X,射线因在结,晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,散射的,X,射线在某些方向上相位得,到加强,从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象,这种方法可以测定分子,的结构。,【情境思考】将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时,X,我国科学家在,1975,年利用晶体,X,射线衍射的方法,确定了青蒿素的分子结构。已知青蒿素的分子式为,C,15,H,22,O,5,据此思考,:,(1),青蒿素的分子量是多少,?,提示,:,282,。,(2),青蒿素分子中存在的化学键的类型有哪些,?,提示,:,极性共价键和非极性共价键。,我国科学家在1975年利用晶体X射线衍射的方法,确定了青蒿素,关键能力,素养形成,项目活动,1:,了解利用晶体测定分子结构的意义,我国研究人员从,1973,年初开始测定青蒿素的组成和结构,并最终在,1975,年历时,两年的时间利用,X,射线衍射的方法确定了青蒿素的分子结构。已知青蒿素的分,子结构如下图所示,:,关键能力素养形成项目活动1:了解利用晶体测定分子结构的,青蒿素的分子结构的测定历时很长,那么研究人员是如何测定的青蒿素的分子结构呢,?,又是使用了何种方式测定的其结构呢,?,带着这些问题,让我们一起研究以下具体过程吧。,青蒿素的分子结构的测定历时很长,那么研究人员是如何测定的青蒿,【,活动探究,】,根据教材内容,填写下表,说明青蒿素分子的测定过程。,测定方法,获得的分子组成和结构的信息,质谱法,青蒿素的相对分子质量为,282.23,结合元素分子,得到分子式为,C,15,H,22,O,5,氧化还原反应的实验方法,含过氧基团的倍半萜内酯结构,红外光谱法,进一步确认含有酯基和过氧基团,核磁共振谱图法,推定了青蒿素中甲基、过氧基团、带有酯基的六元环等部分结构片段。,晶体,X,射线衍射,确定青蒿素的分子结构,【活动探究】测定方法获得的分子组成和结构的信息质谱法青蒿素的,【,思考,讨论,】,(1),测定青蒿素分子结构时,科研人员遇到了什么困难,?,提示,:,不论是常规的实验方法还是质谱、红外光谱等仪器的测定手段,都只能帮助我们认识分子的官能团等的结构特点。,(2),为什么用一般的测定方法无法准确测定青蒿素分子的空间结构,?,提示,:,因为一般方法只能测定简单分子的官能团以及分子结构,但是对于青蒿素这种复杂的分子的结构,一般方法难以进行精准判断。,【思考讨论】,【,探究总结,】,晶体,X,射线衍射法测定分子结构的程序,【探究总结】,【,迁移应用,】,1.,下列可用于判断某物质为晶体的方法是,(,),A.,质谱法,B.,红外光谱法,C.,核磁共振法,D.X,射线衍射法,【迁移应用】,【,解析,】,选,D,。质谱法用于测定有机物的相对分子质量,不能判断某物质为晶体,故,A,错误,;,红外光谱仪能测定出有机物的官能团和化学键,不能判断某物质为晶体,故,B,错误,;,核磁共振氢谱用于测定有机物分子中氢原子的种类和数目,不能判断某物质为晶体,故,C,错误,;,晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在微观空间是否有序排列,X,射线衍射可以看到微观结构,可以鉴别晶体与非晶体,故,D,正确。,【解析】选D。质谱法用于测定有机物的相对分子质量,不能判断某,2.,化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等,现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列仪器分析手段的运用科学可行的是,(,),A.,光谱分析,:,利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,B.,质谱分析,:,利用质荷比来测定分子立体结构,C.,红外光谱分析,:,利用分子吸收与化学键振动频率相同的红外线来测定晶体晶型,D.X,衍射图谱分析,:,利用,X,射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定分子结构,2.化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等,现代,【,解析,】,选,A,。光谱分析,:,利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,选项,A,正确,;,质谱分析,:,利用质荷比来测定有机物相对分子质量,选项,B,错误,;,红外光谱分析,:,利用有机化合物分子中不同基团的特征吸收频率不同来初步判断有机化合物中具有哪些基团,选项,C,错误,;X,衍射图谱分析,:,利用,X,射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定晶体结构,选项,D,错误。,【解析】选A。光谱分析:利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,【,补偿训练,】,晶体具有规则的几何外形,晶体中最基本的重复单元称之为晶胞。,NaCl,晶,体的晶胞如图所示。,【补偿训练】,随着科学技术的发展,测定阿伏加德罗常数的手段越来越多,测定精确度越来越高。现有一简单可行的测定方法,具体步骤如下,:,将固体食盐研细,干燥后,准确称取,m g NaCl,固体并转移到定容容器,A,中,;,用滴定管向定容容器,A,中加入苯,并不断振荡,继续加苯至,A,仪器的刻度线,计算出,NaCl,固体的体积为,V mL,。回答下列问题,:,随着科学技术的发展,测定阿伏加德罗常数的手段越来越多,测定精,(1),步骤中,A,仪器最好用,_(,填仪器名称,);,(2),你认为步骤中用,_(,填“酸式”或“碱式”,),滴定管,原因是,_;,(3),能否用胶头滴管代替步骤中的滴定管,_,其原因是,_,。,(4),经,X,射线衍射仪测得,NaCl,晶体中最邻近,Na,+,和,Cl,-,平均距离为,a cm,。则利用上述方法测得的阿伏加德罗常数的数学表达式为,N,A,=_,。,(1)步骤中A仪器最好用_(填仪器名称);,【,解析,】,(1),定容容器为容量瓶,具有一定体积并便于振荡,;(2),苯具有腐蚀性,易腐蚀碱式滴定管中的橡皮管,只能用酸式滴定管,;(3),不能,因为胶头滴管无法,准确测出苯的体积,;(4)NaCl,的密度为,m/V g,cm,-3,NaCl,晶胞的体积为,(2a),3,cm,3,则,NaCl,晶胞的质量为,m/V(2a),3,g,一个,NaCl,晶胞含,4,个,“,NaCl,”,而每个,“,NaCl,”,的质量为,M(NaCl)/N,A,=58.5/N,A,g,故,:m/V(2a),3,g=458.5/N,A,g,即,【解析】(1)定容容器为容量瓶,具有一定体积并便于振荡;(2,答案,:,(1),容量瓶,(2),酸式因苯能腐蚀碱式滴定管的橡皮管,(3),否无法测出滴加苯的体积,(4),答案:(1)容量瓶,项目活动,2:,借助原子位置确定分子空间结构,通过,X,射线衍射可以确定每个原子的位置,但究竟哪些原子通过化学键连接在一起,?,他们以何种化学键连接,?,带着这个问题,结合数学中学习的空间坐标系,让我们进一步勾勒出青蒿素分子的空间结构吧,!,项目活动2:借助原子位置确定分子空间结构,【,活动探究,】,步骤,测定结果,图示,确定晶,胞参数,根据,X,射线衍射实验的结果,依据晶体的周期性等得到青蒿素的晶胞是长方体,三条棱长分别是,a=2.407 7 nm,、,b=0.944 3 nm,、,c=0.635 6 nm,棱的夹角都是,90,这些就是晶胞参数。,识别原,子位置,计算得到青蒿素晶胞中各处的电子云密度,判断晶胞中原子的位置进而判断原子的种类。,【活动探究】步骤测定结果图示确定晶根据X射线衍射实验的结果,步骤,测定结果,图示,建立原,子坐标,建立空间坐标系,表示出碳氧原子的坐标,根据坐标确定原子在晶胞中的位置。,确定分,子骨架,计算原子间的距离,得到键长,推断化学键及其种类,获得完,整结构,确定连接方式及成键类型,找出碳、氧原子所连接的氢原子个数,找到氢原子的位置。,步骤测定结果图示建立原建立空间坐标系,表示出碳氧原子的坐标,【,思考,讨论,】,(1),借助,X,射线衍射测定原子坐标,我们可以得到哪些重要数据,?,提示,:,可以得到分子的结构、键长、键角等反映分子或晶体结构特点的重要数据。,(2),如何理解现代化学已经发展成为实验与理论并重的科学,?,提示,:,一是实验手段不断升级优化,出现了各种分析和测试物质组成的实验技术,推动了化学的发展,;,二是基于计算机支持的理论化学与计算化学的发展,推动人们对物质结构的研究进入一个新的时代。,【思考讨论】,【,探究总结,】,【探究总结】,【,迁移应用,】,1.,南京理工大学团队成功合成了能在室温稳定存在的五氮阴离子盐,(N,5,),6,(H,3,O),3,(NH,4,),4,Cl,经,X,射线衍射测得晶体结构,其局部结构如图所示,(,其中,的立体结构是平面五元环,),。下列说法正确的是,(,),A.,所有,N,原子的价电子层均有孤电子对,B.,氮氮键的键能,:H,2,NNH,2,C.,两种阳离子是等电子体,D.,阴阳离子之间只存在离子键,【迁移应用】A.所有N 原子的价电子层均有孤电子对,【,解析,】,选,B,。中,N,原子,N,形成,4,个,键,没有孤电子对,故,A,错误,;,中氮氮原,子间除形成,键外,还形成一个大,键,氮氮键的键能,:H,2,NNH,2,故,B,正,确,;H,3,O,+,、原子数不同,不是等电子体,故,C,错误,;,由图可知,除阴、阳离子间形,成离子键外,氯离子与铵根离子中