研究有机物的一般步骤和方法.ppt

第一章 认识有机化合物,第四节 研究有机化合物的一 般步骤和方法,研究有机化合物要经过以下几个步骤:,粗产品,分离提纯,定性分析,定量分析,除杂质,确定组成元素,质量分析,测定分子量,结构分析,实验式或最简式,分子式,结构式,每一个操作步骤是怎样完成的呢?,研究有机物一般经历的步骤：,（一）物质分离和提纯的区别,（二）物质提纯的原则：,不增、不减、易分,一、物质分离和提纯,分离是把混合物分成几种纯净物，提纯是除去杂质。,（三）物质分离提纯的一般方法：,蒸馏,重结晶,萃取分液,色谱法,（液态有机物）,（固态有机物）,（固态或液态）,（固态或液态）,“杂转纯，杂变沉，化为气，溶剂分”的思想,思考：实验室用溴和苯反应制取溴苯，得粗溴苯后，要用如下操作精制：蒸馏，水洗，用干燥剂干燥，10%NaOH溶液洗，水洗，正确的操作顺序是（）ABCD,B,苯的沸点80.1；溴苯沸点156.2,利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分离的方法。常用于分离提纯液态有机物，如石油的分馏 条件：有机物热稳定性较强、含少量杂质、与杂质沸点相差较大（30左右）课本P.17实验1-1工业乙醇的蒸馏,主要仪器：蒸馏烧瓶、冷凝管、接收器、温度计、铁架台（铁圈、铁夹）、石棉网、锥形瓶等,注意要点：1.加入碎瓷片,2.温度计位置,3.冷凝水流向：下进上出(与蒸气流向相反),1、蒸馏：,这样得到的酒精是否无水酒精？怎样才能得到无水酒精？,蒸馏操作中的注意事项,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；其盛装的液体，最多不超过容积的2/3；不得将全部溶液蒸干；冷凝水水流方向：从下口进水，上口出水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；加入素烧瓷片的目的：防止液体暴沸！,含杂质的工业酒精的蒸馏：1、杂质：水、甲醇等2、通过蒸馏可获得95.6的乙醇和4.4水的共沸混合物（沸点78.15）若要得到更纯净的乙醇如何操作呢？,使用前要检查装置的气密性！,含杂工业乙醇,95.6工业乙醇,无水乙醇（99.5%以上）,蒸馏,加吸水剂,无水酒精的制取,蒸馏,二、重结晶,原理：利用固体混合物中目标组分在某种溶剂中的溶解度随温度变化有明显差异,将有机物溶解在热的溶剂中制成饱和溶液，冷却后，由于溶解度减小，溶质又重新成晶体析出。由于产品与杂质在溶剂中的溶解度不同，可以通过过滤将杂质除去，从而达到分离提纯的目的。,选择溶剂的要求：杂质在溶剂中溶解度很大或很小（前一种情况杂质将留在母液中不析出，后一种情况是使杂质在热过滤时被除去）目标组分在此溶剂中的溶解度，受温度的影响较大（该有机物在热溶液中的溶解度较大，在冷溶液中溶解度较小，冷却后易于形成晶体。）,重结晶操作中的使用的仪器：烧杯、三脚架、石棉网、玻璃棒、酒精灯、漏斗、铁架台,实验：粗苯甲酸的重结晶并完成教材中的学与问,重结晶,苯甲酸的重结晶实验,不同温度下苯甲酸在水中的溶解度,加热苯甲酸溶解，冷却则结晶析出。,思考与交流:(P18),温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸，是不是结晶时的温度越低越好？,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。,3、萃取,原理：利用混合物中一种溶质在互不相溶的两种溶剂中的溶解性不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来的方法仪器：分液漏斗、烧杯、铁架台(含铁圈),操作过程：,振荡,静置,分液,萃取包括：,1）液液萃取：是利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。,2）固液萃取：是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程(专用仪器设备),4、色谱法：阅读P.19,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。,例如：用粉笔分离色素,3、萃取,萃取剂的选择：与原溶剂互不相溶被萃取的物质在萃取剂中的溶解度要大得多常见的有机萃取剂：乙醚、石油醚、二氯甲烷、四氯化碳,练习1下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是A 乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水B 四氯化碳和水，溴苯和水，硝基苯和水C 甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇D 汽油和水，苯和水，己烷和水练习2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 汽油和苯 D 硝基苯和水,有机物（纯净）,确定 分子式,？,首先要确定有机物中含有哪些元素,如何利用实验的方法确定有机物中C、H、O各元素的质量分数？,李比希法,现代元素分析法,研究有机物的一般步骤和方法,二、元素分析确定实验式,“李比希元素分析法”的原理：,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,求有机物的实验式：,【例题】某含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测定A中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为13.14%，求A的实验式。,解：,氧的质量分数为,1 52.16%13.14%,34.70%,各元素原子个数比,N(C)：N(H)：N(O),2：6：1,A的实验式为：,C2H6O,若要确定它的分子式，还需要什么条件？,1、确定相对分子质量的常见方法：,（1）根据标况下气体的密度可求：M=22.4L/mol g/L=22.4 g/mol（2）依据气体的相对密度：M1=DM2(D:相对密度)（3）求混合物的平均式量：（4）运用质谱法来测定相对分子质量,三、确定相对分子质量确定分子式,2、测定相对分子质量最精确快捷的方法,用高能电子流轰击分子，使其失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子，带正电荷的分子离子和碎片离子具有不同质量，它们在磁场下达到检测器的时间不同，结果被记录为质谱图。,质谱法,相对分子质量的测定质谱仪,2、相对分子质量的测定-质谱法原理：、质荷比是什么？、质谱图的作用：,由于分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间最长谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量最右边的分子离子峰的质荷比就是相对分子质量。,分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值,未知化合物A的质谱图,结论：A的相对分子质量为46,【例题】2002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（109g）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C2H6离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后测定其质荷比。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），则该有机物可能是 A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯,【练习】某有机物的结构确定过程前两步为：测定实验式：某含C、H、O三种元素的有机物，经燃烧分析实验测定其碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%,则其实验式是（）。确定分子式：下图是该有机物的质谱图，则其相对分子质量为（），分子式为（）。,C4H10O,74,C4H10O,3、有机物分子式的确定方法：,【方法一】最简式法,根据分子式为最简式的整数倍，因此利用相对分子质量的最简式可确定其分子式。,【例题】某同学为测定维生素C（可能含C、H或C、H、O）中碳、氢的质量分数，取维生素C样品研碎，称取该样品0.352 g，置于铂舟并放入燃烧管中，不断通入氧气流。用酒精喷灯持续加热样品，将生成物先后通过无水硫酸铜和碱石灰，两者分别增重0.144g和0.528g，生成物完全被吸收。试回答以下问题：（1）维生素C中碳的质量分数是，氢的质量分数是。（2）维生素C中是否含有氧元素？为什么？（3）试求维生素C的实验式：（3）若维生素C的相对分子质量为176，请写出它的分子式,C3H4O3,41,4.55,肯定含有氧,C6H8O6,【练习】吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含C 71.58%、H 6.67%、N 4.91%、其余为O。已知其分子量不超过300。试求：吗啡的分子量；吗啡的分子式。已知海洛因是吗啡的二乙酸酯。试求：海洛因的分子量；海洛因的分子式。,16.84%,285,C17H19NO3,C21H23NO5,369,学与问,实验表明，许多咖啡和可乐饮料中含有兴奋性物质咖啡因。经实验测定，咖啡因分子中各元素的质量分数是:碳49.5，氢5.20，氧16.5，氮28.9，其摩尔质量为194.1g/mol 你能确定它的分子式吗？,课本P21,【方法二】直接法,密度(或相对密度)摩尔质量1mol气体中元素原子各为多少摩尔分子式,【方法三】余数法,用烃的相对分子质量除以14，视商数和余数,若烃的类别不确定CxHy，可用相对分子质量M除以12，看商和余数，即M/12x余y，分子式为CxHy,M(CxHy)/M(CH2)M/14a(a为碳原子数),余2为烷烃整除为烯烃或环烷烃差2整除为炔烃或二烯烃差6整除为苯或其同系物,此法用于具有确定通式的烃(如烷、烯、炔、苯的同系物等),【例题】分别写出相对分子质量为128、72的烃的分子式,【方法四】方程式法,在同温同压下，10mL某气态烃在50mL O2里充分燃烧，得到液态水和体积为35mL的混合气体，则该烃的分子式可能为（）A、CH4 B、C2H6 C、C3H8 D、C3H6,BD,例：未知物A的分子式为C2H6O，其结构可能是什么？,三、波谱分析确定结构式,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、红外光谱,红外光谱法确定有机物结构的原理是：,红外光谱鉴定分子结构,可以获得化学键和官能团的信息,CH3CH2OH的红外光谱,结论：A中含有O-H、C-O、C-H,2、核磁共振氢谱,如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？,原理：不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共 振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的 吸收峰的面积不同。,用途：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。,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,核磁共振,CH3CH2OH的红外光谱,可以推知未知物A分子有3种不同类型的氢原子及它们的数目比为3：2：1,因此，A的结构为：,【例题】下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：,COC,C=O,不对称CH3,CH3COOCH2CH3,【练习】有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请写出该分子的结构简式,COC,对称CH3,对称CH2,CH3CH2OCH2CH3,【例题】一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳碳双键和CO的存在，核磁共振氢谱列如下图：,写出该有机物的可能的结构简式：,写出该有机物的分子式：,C4H6O,CH3CH=CHCHO,说明：这四种峰的面积比是：1：1：1：3,【练习】2002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维特里希发明了“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”。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A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3,【练习】分子式为C3H6O2的二元混合物，分离后,在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为11；第二种情况峰给出的强度为321。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）。,HOCH2COCH3,图谱题解题建议：,1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。,2、必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。,3、根据图谱获取的信息，按碳四价的原则对官能团、基团进行合理的拼接。,4、得出结构（简）式后，再与谱图提供信息对照检查，主要为分子量、官能团、基团的类别是否吻合。,研究有机化合物的一般步骤和方法,结构,相对分子质量,组成,小结,无水酒精的制取,普通酒精含乙醇95.57%(质量)和水4.43%，这是恒沸点混合物，它的沸点是78.15，比纯乙醇的沸点(78.5)低。把这种混合物蒸馏时，气相和液相的组成是相同的，即乙醇和水始终以这个混合比率蒸出，不能用蒸馏法制得无水酒精。实验室制备无水酒精时，在95.57%酒精中加入生石灰(CaO)加热回流，使酒精中的水跟氧化钙反应，生成不挥发的氢氧化钙来除去水分，然后再蒸馏，这样可得99.5%的无水酒精。如果还要去掉这残留的少量的水，可以加入金属镁来处理，可得100%乙醇，叫做绝对酒精。工业上制备无水酒精的方法是在普通酒精中加入一定量的苯，再进行蒸馏。于64.9沸腾，蒸出苯、乙醇和水的三元恒沸混合物(比率为7418.57.5)，这样可将水全部蒸出。继续升高温度，于68.3蒸出苯和乙醇的二元混合物(比率为67.632.4)，可将苯(80.1)全部蒸出。最后升高温度到78.5，蒸出的是无水乙醇。近年来，工业上也使用强酸性阳离子交换树脂(具有极性基团，能强烈吸水)来制取无水酒精.,【练习】通式法的应用常温下为气态的烷烃A和炔烃B的混合气体，其密度是H2的27.5倍，已知A、B分子中含碳原子数相同。求：(1)A、B的分子式；(2)A与B的体积比。,【练习】商余法的应用某有机物的相对分子质量为180，则：(1)该有机物_(填“可能”或“不可能”)是饱和烃(2)若该有机物含氧元素，且烃基饱和，则可能是_或_(写名称),混合物的平均相对分子质量M=27.5*2=55g/mol（A，B的相对分子质量一定是B的小于55，A的大于55）因为A、B分子中含碳原子数同 所以设A:CnH2n+2,B:CnH2n-2 只有当n=4时，符合。所以A：C4H10，B：C4H6（2）设A的体积分数是x 那么58x+54(1-x)=55 得x=0.25 所以VA:VB=0.25:0.75=1:3,其密度是同条件下的H2的27.5倍 平均分子量为2*27.555 用商余法（55/12）得平均分子式 A、B的分子式：C4H10,C4H6 A、B体积比(十字交叉法)1：3,【方法指导】实验式的确定：实验式是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。实验式又叫最简式。方法：若已知有机物分子中C、H等元素的质量或已知C、H等元素的质量比或已知C、H等元素的质量分数，则N(C):N(H):N(O)=_若有机物燃烧产生的二氧化碳和水的物质的量分别为n(CO2)和n(H2O),则N(C):N(H)=_,2确定相对分子质量的方法：M=m/n(M表示摩尔质量 m表示质量 n表示物质的量)已知有机物蒸气在标准状况下的密度：Mr=22.4*密度（注意密度的单位）已知有机物蒸气与某物质（相对分子质量为M）在相同状况下的相对密度D：则Mr=M*DM=M(A)*X(A)+M(B)*X(B)（M表示平均摩尔质量，M(A)、M(B)分别表示A、B物质的摩尔质量，X(A)、X(B)分别表示A B 物质的物质的量分数或体积分数）根据化学方程式计算确定。,3.有机物分子式的确定：直接法密度（相对密度）摩尔质量1摩尔分子中各元素原子的物质的量分子式最简式法最简式为CaHbOc，则分子式为（CaHbOc）n，n=Mr/(12a+b+16c)（Mr为相对分子质量）.余数法：a)用烃的相对分子质量除14，视商和余数。M(CxHy)/M(CH2)=M/14=A 若余2，为烷烃;若除尽,为烯烃或环烷烃;若差2，为炔烃或二烯烃;若差为6，为苯或其同系物.其中商为烃中的碳原子数。（此法运用于具有通式的烃）b)若烃的类别不确定：CxHy，可用相对分子质量除以12，看商和余数。即M/12=x余，分子式为CxHy,方程式法：利用燃烧的化学方程式或其他有关反应的化学方程式进行计算确定。平均分子式法：当烃为混合物时，可先求出平均分子式，然后利用平均值的含义确定各种可能混合烃的分子式。4.结构式的确定：通过有机物的性质分析判断其结构,