第4节研究有机化合物的一般步骤和方法

第第4 4节节 研究有机化合物的研究有机化合物的一般步骤和方法一般步骤和方法分离、提纯分离、提纯元素定量分析元素定量分析确定确定实验式实验式 波谱分析波谱分析确定确定结构式结构式测定相对分子质量测定相对分子质量确定确定分子式分子式研究有机物一般经历的步骤：研究有机物一般经历的步骤：二、元素分析与相对分子质量的测定二、元素分析与相对分子质量的测定1、元素分析：、元素分析：定性分析定性分析有机物的组成元素分析；有机物的组成元素分析；定量分析定量分析分子内各元素原子的质量分数分子内各元素原子的质量分数李比希氧化产物吸收法李比希氧化产物吸收法现代元素分析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）数据经处理后即可确定有机物的实验式（最简式）分析方法分析方法 原理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时间有差异，其，其结果被记录为质谱图。结果被记录为质谱图。 【思考与交流【思考与交流】1、质荷比是什么？、质荷比是什么？2、如何确定有机物的相对分子质量？、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（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 的的质荷比最大质荷比最大的就是未知物的的就是未知物的相对分子质量相对分子质量）图谱分析图谱分析1527314546m/e相对丰度乙醇乙醇的质谱图乙醇的质谱图相对丰度相对丰度(RA)以图中最强的离子峰以图中最强的离子峰(基峰基峰)高为高为100，其它峰的峰高则用相对于基峰的百分数表示。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 质荷比最大的质荷比最大的数据表示未知物数据表示未知物A的相对分子质量。的相对分子质量。例例1丙酸甲酯的质谱图丙酸甲酯的质谱图例例22002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有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（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，）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。如少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化后可得到离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后测定其质荷比。设，然后测定其质荷比。设H的质荷比为的质荷比为，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），则该有机物可能正电荷，信号强度与该离子的多少有关），则该有机物可能是是A 甲醇甲醇 B 甲烷甲烷 C 丙烷丙烷 D 乙烯乙烯三、分子结构的鉴定三、分子结构的鉴定1、红外光谱、红外光谱 ： 在有机物分子中，组成化学键或官能在有机物分子中，组成化学键或官能团的团的原子处于不断振动的状态，其振动频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，红外线照射有机物分子时，分子中的化学分子中的化学键或官能团键或官能团可发生振动吸收，可发生振动吸收，不同的化学不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图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，上将处于不同的位置，从而可获得从而可获得分子中分子中含有何种化学键或官能团的信息。含有何种化学键或官能团的信息。三、有机物的结构的分析：三、有机物的结构的分析： 【例【例1 1】、下图是一种分子式为】、下图是一种分子式为C C3 3H H6 6O O2 2的有的有机物的红外光谱谱图机物的红外光谱谱图, ,则该有机物的结构简则该有机物的结构简式为：式为：P.22图：吸收越强，透过率越低，则说明图：吸收越强，透过率越低，则说明含有该种原子团（官能团）含有该种原子团（官能团）例例2、下图是一种分子式为、下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：则该有机物的结构简式为：COCC=O不对称不对称CH3练习练习1有一有机物的相对分子质量为有一有机物的相对分子质量为74，确，确定分子结构，请写出该分子的结构简式定分子结构，请写出该分子的结构简式 COC对称对称CH3对称对称CH22、核磁共振氢谱、核磁共振氢谱 ： 氢原子核具有磁性氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原，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，的频率不同，在图谱上出现的位置也不同，各各类氢原子的这种差异被称作化学位移类氢原子的这种差异被称作化学位移;而且吸收而且吸收峰的面积与氢原子数成正比峰的面积与氢原子数成正比. 用途：用途：通过核磁共振氢谱可知道有机物里有多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。少种氢原子，不同氢原子的数目之比是多少。原理原理:由由P.23图谱可知图谱可知 ：未知物未知物A的结构应为的结构应为CH3CH2OH吸收峰数目吸收峰数目氢原子类型氢原子类型不同吸收峰的面积之比（强度之比）不同吸收峰的面积之比（强度之比）不同氢原子的个数之比不同氢原子的个数之比练习练习12002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士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科学家库尔特维特里希发明了维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中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。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物分子在核磁共振氢谱中只给出一种信号的是A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3 五、研究有机物的一般步骤：五、研究有机物的一般步骤： 1、分离、提纯、分离、提纯 2、鉴定结构：、鉴定结构： 1）元素分析）元素分析实验式实验式 2）测相对分子质量）测相对分子质量确定分确定分子式子式 3）确定官能团、氢原子种类及）确定官能团、氢原子种类及数目数目确定结构式；确定结构式；李比希氧化产物李比希氧化产物吸收分析法和现吸收分析法和现代元素分析法代元素分析法质谱法质谱法红外光谱、核红外光谱、核磁共振氢谱或磁共振氢谱或化学方法化学方法