第2课时 有机物化学式的测定和结构的确定 一 元素分析与相对分子质量的测定 1 元素分析 实验式 1 元素定量分析的原理 是将一定量的有机物 分解为简单的 并作 测定 通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的 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 C2H6O 46 如 乙醇的实验式是 相对分子质量是 燃烧 无机物 定量 质量分数 2 有机物的元素定量分析最早是由德国人李比希提出的 他用CuO作氧化剂将仅含C H O元素的有机物氧化 产生的H2O用 吸收 CO2用 浓溶液吸收 分别称出吸收前后吸收剂的质量 即可算出 在 分子中的含量 剩余的就是 的含量 无水CaCl2 3 元素分析只能确定组成分子的各原子 即确定 若想确定分子式 还需知道或测定未知物 的 KOH 碳 氢原子 实验式 相对分子质量 氧原子 最简单的整数比 2 相对分子质量的测定 质谱法质谱是近代发展起来的快速 微量 精确测定 的方法 它用高能的电子流等轰击样品分子 使该分子 变成带正电荷的 和 相对分子质量 失去电子 分子离子 碎片离子 二 分子结构的确定 1 红外光谱 振动频率 红外光的振动频率 在有机物分子中 组成化学键或官能团的原子处于不断 的状态 其 与 相当 所以 当用 照射有机物分子时 分子中的化学键或官能团可发生 不同的化学键或官能团 不同 在红外光谱图上将处于不同的位置 振动 振动吸收 吸收频率 红外线 2 核磁共振氢谱 处在不同化学环境中的 因产生共振时吸收电磁波的 不同 在谱图上出现的位置也不同 各类氢原子的这种差异被称为化学位移 而且 与 成正比 因此 从核磁共振氢谱图上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 氢原子 频率 吸收峰的面积 氢原子数 元素分析与相对分子质量的测定 1 元素分析 燃烧法 1 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 以便于进一步确定其分子式 2 常见元素的分析法 碳 氢元素质量分数的测定 最常用的是燃烧分析法 将样品置于氧气流中燃烧 燃烧后生成二氧化碳和水分别用碱液或吸水剂吸收 称重后即可分别计算出样品中碳 氢元素的质量分数 当然 碳 氢元素的含量也可以利用仪器分析方法测定 卤素质量分数的测定 将样品与AgNO3溶液及浓硝酸混合加热 此时卤素原子转变为卤素离子 并与AgNO3溶液作用产生卤化银沉淀 根据沉淀的量 即可计算出样品中卤素的质量分数 2 相对分子质量的测定 测定有机物的相对分子质量的方法很多 质谱法是最精确 快捷的方法 质谱法是近代发展起来的快速 微量 精确测定相对分子质量的方法 它用高能电子流等轰击样品分子 使该分子失去电子变成带电荷的分子离子和碎片离子 分子离子 碎片离子各自具有不同的相对质量 它们在磁场作用下到达检测器的时间因质量的不同而先后有别 其结果被记录为质谱图 在质谱图中最大的分子离子的质荷比就是有机物的相对分子质量 分子结构的确定 1 红外光谱 1 原理 组成化学键或官能团的原子振动频率和红外光的振动频率相当 当用红外线照射有机物分子时 不同化学键或官能团吸收频率不同 在红外光谱图上将处于不同位置 从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息 2 用途 通过红外光谱可以推知有机物分子中含有哪些化学键 官能团 例如 C2H6O 从未知物A的红外光谱图上发现有O H键 C H键和C O键的振动吸收 可以判断A是乙醇而并非二甲醚 因为二甲醚没有O H键 2 核磁共振氢谱 1 原理 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电磁波的频率不同 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 2 用途 从核磁共振氢谱图上可以推知该有机物分子中有几种不同 类型的氢原子及它们的数目 有机物分子式的确定 例1 吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品 吗啡分子中C H N O的质量分数分别为71 58 6 67 4 91 和16 84 已知其相对分子质量不超过300 求 1 吗啡的相对分子质量 2 吗啡的分子式 17 大于300 如果其分子中含有2个氮原子 则其相对分子质量必超过300 故可得吗啡的相对分子质量为285 2 因此 吗啡分子中C H O原子的个数 C原子个数为 285 71 58 12 H原子个数为 285 6 67 1 19 O原子个数为 285 16 84 16 3 则吗啡的分子式为C17H19NO3 答案 1 假设吗啡分子中只有1个氮原子 则吗啡的相对分子质量为14 4 91 285 由于已知吗啡的相对分子质量不 确定分子式的方法 1 实验式法 由各元素的质量分数 求各元素的原子个数 之比 实验式 相对分子质量 求分子式 2 物质的量关系法 由密度或其他条件 求摩尔质量 求1mol分子中所含各元素原子的物质的量 求分子式 气体标准状况下M dg cm3 103cm3 L 22 4L mol 3 化学方程式法 利用化学方程式求分子式 4 燃烧通式法 利用通式和相对分子质量求分子式 由于x y z相对独立 借助通式进行计算 解出x y z 最后求出分子式 1 2009年海南化学改编 某含苯环的化合物A 其相对分子质量为104 碳的质量分数为92 3 求A的分子式 解 碳元素的相对分子质量总和 92 3 104 96 因104 96 8 不可能含其他原子 氢元素的相对原子质量总和为8 分子中含碳原子的数目为 96 12 8 所以分子式为C8H8 答 A的分子式为C8H8 有机物结构的确定 例2 利用核磁共振技术测定有机物分子的三维结构的研究获得了2002年诺贝尔化学奖 在有机物分子中 不同位置的氢原子的核磁共振谱中给出的峰值 信号 也不同 根据峰值的信号可以确定有机物分子中氢原子的种类和数目 例如 乙 其核磁共振氢谱 醚的结构式为 中信号峰 如图1 4 1 图1 4 1 图1 4 2 1 下列分子中 其核磁共振氢谱中只有一种峰 信号 的物质是 填序号 A CH3 CH3C CH3COOCH3 B CH3COOHD CH3COCH3 2 化合物A和B的分子式都是C2H4Br2 A的核磁共振氢谱如图1 4 2所示 则A的结构简式为 请预测B的核磁共振氢谱上有 种峰 信号 3 用核磁共振氢谱的方法来研究C2H6O的结构 请简要说明根据核磁共振氢谱的结果来确定C2H6O分子结构的方法是 解析 核磁共振氢谱中信号峰有几种取决于有机物分子结构有几类化学环境相同的氢原子 1 氢谱只有一种峰表示分子中所有氢原子化学性质相同 可以理解为其一氯代物只有一种 AD满足条件 2 由图可知 信号峰只有一种 说明在两个碳原子上都有一个溴原子 A为CH2BrCH2Br A B互为同分异构体即B为CH3CHBr2 有两种信号峰 2 BrCH2CH2Br 两 3 若谱图中给出3种信号峰 则C2H6O的结构为CH3CH2OH 若谱图中给出1种信号峰 则C2H6O的结构为CH3OCH3 答案 1 AD 2 在核磁共振氢谱中出现两组峰 其氢原子数之比为3 2 的化合物是 A C B D 解析 出现两组峰 说明该化合物有两种氢原子 两种等效氢 A选项有2种氢原子 个数分别为2和6 B选项有3种氢原子 个数分别为2 2和6 C选项有2种氢原子 个数分别为6和8 D选项有2种氢原子 个数分别为4和6 答案 D 3 质子核磁共振谱 PMR 是研究有机物结构的有力手段之一 在所研究的化合物分子中 每一结构中的等性氢原子在PMR谱中都给出了相应的峰 信号 峰的强度与结构中的H原子数成正比 例如乙酸分子的PMR谱中有两个信号峰 其强度比为3 1 现有某化学式为C3H6O2的有机物的PMR谱有三个 B A CH3CH2COOHC HCOOCH2CH3 B CH3COOCH3D CH3COCH2OH 4 下列鉴别方法可行的是 答案 C