高中化學(xué) 第三章 有機合成及其應(yīng)用 合成高分子化合物第2節(jié) 有機化合物結(jié)構(gòu)的測定 第2課時課件 魯科版選修5

第2課時有機化合物結(jié)構(gòu)式的確定第3章第2節(jié)有機化合物結(jié)構(gòu)的測定學(xué)習(xí)目標定位1.能利用官能團的化學(xué)檢驗方法鑒定單官能團化合物分子中是否存在碳碳雙鍵、碳碳叁鍵、鹵素原子、醇羥基、酚羥基、醛基、羧基等，初步了解測定有機物結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代方法。2.能根據(jù)有機化合物官能團的定性鑒定結(jié)果及相關(guān)圖譜提供的分析結(jié)果判斷和確定某種有機化合物樣品的組成和結(jié)構(gòu)。新知導(dǎo)學(xué)達標檢測內(nèi)容索引新知導(dǎo)學(xué)1.有機化合物分子不飽和度的計算有機化合物分子不飽和度的計算(1)公式：分子的不飽和度 。(2)說明：n(C)表示碳原子數(shù)，n(H)表示氫原子數(shù)。若有機化合物分子中含有鹵素原子，則將其視為氫原子；若含有氧原子，則不予考慮；若含有氮原子，則用氫原子總數(shù)減去氮原子數(shù)。一、不飽和度的計算化學(xué)鍵不飽和度化學(xué)鍵不飽和度一個碳碳雙鍵_一個碳碳叁鍵_一個羰基_一個苯環(huán)_一個脂環(huán)_一個氰基(CN)_2.幾種官能團的不飽和度幾種官能團的不飽和度121412不飽和度的應(yīng)用不飽和度的應(yīng)用(1)根據(jù)不飽和度求物質(zhì)的分子式如 的分子式：歸納總結(jié)歸納總結(jié)由結(jié)構(gòu)簡式知，C原子數(shù)為14，O原子數(shù)為6，而分子的雙鍵數(shù)苯環(huán)數(shù)422410。則分子中H原子數(shù)為214210210，故分子式為C14H10O6。(2)根據(jù)不飽和度推測物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。A.1 mol 3的不飽和鏈烴再結(jié)合6 mol H即達到飽和B.C10H8的7C.C4H8的不飽和度與C3H6、C2H4的不飽和度不相同D.CH3CH=CHCH3與環(huán)丁烷的不飽和度相同有機物乙烯乙炔環(huán)己烷苯1214例例1下表列出幾種烴的不飽和度。據(jù)此下列說法不正確的是 答案解析解析解析有機物分子中增加1個不飽和度，要減少2個氫原子，所以1 mol 為3的不飽和鏈烴再結(jié)合6 mol H原子達到飽和，故A項正確；C10H8比相同碳原子的烷烴少了14個碳氫鍵，所以不飽和度為7，故B項正確；C4H8與C3H6、C2H4的都為1，不飽和度相同，故C項錯誤；CH3CH=CHCH3與環(huán)丁烷的都為1，故D項正確。方法規(guī)律有機物不飽和度的計算方法有機物不飽和度的計算方法(2)根據(jù)分子結(jié)構(gòu)計算雙鍵數(shù)叁鍵數(shù)2苯環(huán)數(shù)4脂環(huán)數(shù)如： ：11214。 ：437。立體封閉有機物(多面體等)：立體面數(shù)1。如：立方烷( )的面數(shù)為6，其不飽和度615；棱晶烷( )的面數(shù)為5，其不飽和度514。例例2某芳香族有機化合物的分子式為C8H6O2，它的分子(除苯環(huán)外不含其他環(huán))中不可能有 A.兩個羥基 B.一個醛基C.兩個醛基 D.一個羧基答案解析解析解析由該有機化合物的分子式可求出不飽和度6，分子中有一個苯環(huán)，其不飽和度4，余下2個不飽和度、2個碳原子和2個氧原子。具有2個不飽和度的基團組合可能有三種情況：兩個碳原子形成1個CC、兩個氧原子形成2個羥基，均分別連在苯環(huán)上；兩個碳原子形成1個羰基、1個醛基，相互連接；兩個碳原子形成2個醛基，分別連在苯環(huán)上。C8H6O2分子拆除一個苯環(huán)和一個羧基后，還余一個C，它不可能再形成1個不飽和度，故D項不可能。方法規(guī)律有機物的不飽和度與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系有機物的不飽和度與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系(1)0，有機物分子是飽和鏈狀結(jié)構(gòu)。(2)1，有機物分子中有一個雙鍵或一個環(huán)。(3)2，有機物分子中有兩個雙鍵或一個叁鍵，或一個雙鍵和一個環(huán)，或兩個環(huán)等。4，分子中有可能有苯環(huán)。例例3有機物 的同分異構(gòu)體有多種，請寫出符合下列要求的兩種同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式。(1)具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)且苯環(huán)上只有一個鏈狀取代基；(2)已知碳碳雙鍵及碳碳叁鍵上不能連有OH。答案解析答案答案解析解析 的不飽和度6，其同分異構(gòu)體的不飽和度為6，苯環(huán)的不飽和度為4，故苯環(huán)上的鏈狀取代基應(yīng)含有3個碳原子、1個O原子、且含有2個雙鍵或一個叁鍵。符合要求的結(jié)構(gòu)有：官能團種類檢測試劑判斷依據(jù)碳碳雙鍵或碳碳叁鍵溴的四氯化碳溶液或溴水_酸性KMnO4溶液_鹵素原子NaOH溶液(加熱)，稀硝酸、AgNO3溶液有沉淀生成，根據(jù)沉淀的顏色判斷鹵素的種類醇羥基鈉有氫氣放出1.化學(xué)實驗方法化學(xué)實驗方法紅棕色溶液退色二、有機物官能團的確定紫色溶液退色酚羥基 溶液顯紫色_有白色沉淀生成醛基銀氨溶液(水浴)有銀鏡生成新制氫氧化銅懸濁液(加熱)有 沉淀生成羧基NaHCO3溶液或Na2CO3溶液有 放出FeCl3溴水(足量)磚紅色CO2氣體2.物理測試方法物理測試方法(1)紅外光譜紅外光譜(infrared spectroscopy)中不同頻率的吸收峰反映的是有機物分子中不同的化學(xué)鍵或官能團的吸收頻率，因此從紅外光譜可以獲得有機物分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團的信息。(2)核磁共振氫譜核磁共振氫譜(nuclear magnetic resonance spectra)中有多少個峰，有機物分子中就有多少種處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子；峰的面積比就是對應(yīng)的處于不同化學(xué)環(huán)境的氫原子的數(shù)目比。 乙醇甲醚核磁共振氫譜吸收峰數(shù)目_不同吸收峰面積比213 結(jié)構(gòu)簡式_例如：分子式為C2H6O的有機物的核磁共振氫譜如下31CH3CH2OHCH3OCH3(3)通過定性實驗確定官能團的位置若由醇氧化得醛或羧酸，可推知OH一定連接在至少有2個氫原子的碳原子上，即存在CH2OH或CH3OH；由醇氧化為酮，推知OH一定連在有1個氫原子的碳原子上，即存在 ；若醇不能在催化劑作用下被氧化，則OH所連的碳原子上無氫原子。由消去反應(yīng)的產(chǎn)物，可確定OH或X的位置。由取代反應(yīng)產(chǎn)物的種數(shù)，可確定碳鏈結(jié)構(gòu)。如烷烴，已知其分子式和一氯代物的種數(shù)時，可推斷其可能的結(jié)構(gòu)。有時甚至可以在不知其分子式的情況下，判斷其可能的結(jié)構(gòu)簡式。由加氫后碳鏈的結(jié)構(gòu)，可確定原物質(zhì)分子中 或CC的位置。由有機物發(fā)生酯化反應(yīng)能生成環(huán)酯或聚酯，可確定有機物是羥基酸，并根據(jù)環(huán)的大小，可確定“OH”與“COOH”的相對位置。(4)通過定量實驗確定通過定量實驗確定有機物的官能團，如乙醇結(jié)構(gòu)式的確定；通過定量實驗確定官能團的數(shù)目，如測得1 mol某醇與足量鈉反應(yīng)可得到1 mol氣體，則可說明該醇分子中含2個OH。(5)可用紅外光譜、核磁共振氫譜確定有機物中的官能團和各類氫原子數(shù)目，確定結(jié)構(gòu)式。例例4化學(xué)式為C4H8O3的有機物在濃硫酸存在下加熱時有如下性質(zhì)：能分別與CH3CH2OH和CH3COOH發(fā)生酯化反應(yīng)；能脫水生成一種能使溴水退色的物質(zhì)，此物質(zhì)只存在一種結(jié)構(gòu)簡式；分子內(nèi)能脫水生成一種分子式為C4H6O2的五元環(huán)狀化合物。則C4H8O3的結(jié)構(gòu)簡式為 A.HOCH2COOCH2CH3B.CH3CH(OH)CH2COOHC.HOCH2CH2CH2COOHD.CH3CH2CH(OH)COOH答案解析解析解析該有機物能夠和CH3CH2OH及CH3COOH發(fā)生酯化反應(yīng)，說明其分子內(nèi)含有COOH和OH。能夠脫水生成使溴水退色的物質(zhì)，再結(jié)合C4H8O3的不飽和度，說明此生成物中含有 ，即和OH相連的碳原子的鄰位碳原子上必定有H原子。該有機物能夠發(fā)生分子內(nèi)脫水反應(yīng)生成分子式為C4H6O2的五元環(huán)狀化合物，則生成的五元環(huán)的結(jié)點為四個C原子和一個O原子，所以該有機物應(yīng)為直鏈狀，即HOCH2CH2CH2COOH。例例5為測定某有機物A的結(jié)構(gòu)，設(shè)計了如下實驗：將2.3 g該有機物完全燃燒，生成了0.1 mol CO2和2.7 g H2O；用質(zhì)譜儀實驗得質(zhì)譜圖；用核磁共振儀處理該化合物得核磁共振氫譜圖，圖中三個峰的面積比為123。試回答下列問題：(1)有機物A的相對分子質(zhì)量為_。(2)有機物A的實驗式為_。(3)根據(jù)A的實驗式_(填“能”或“不能”)確定A的分子式。(4)A的分子式為_，結(jié)構(gòu)簡式為_。答案解析46C2H6O能C2H6OCH3CH2OH解析解析一般質(zhì)譜圖中最大質(zhì)荷比即為有機物的相對分子質(zhì)量，所以根據(jù)質(zhì)譜圖可知A的相對分子質(zhì)量為46。2.3 g A完全燃燒生成0.1 mol CO2和2.7 g H2O，則可計算出A的分子式為(C2H6O)n，即A的實驗式為C2H6O。由于H原子已經(jīng)飽和，所以該實驗式就是其分子式。根據(jù)核磁共振氫譜圖可知，A中有三種化學(xué)環(huán)境不同的H原子且數(shù)目之比為123，又因為A的通式符合飽和一元醇的通式，所以A的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2OH。方法規(guī)律(1)質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比最大的峰的數(shù)值就是該有機物的相對分子質(zhì)量。(2)核磁共振氫譜中峰的個數(shù)分子中不同化學(xué)環(huán)境的氫原子數(shù)目，峰面積之比不同化學(xué)環(huán)境的氫原子數(shù)目之比。(3)紅外光譜圖中可以獲得有機物分子中含有的化學(xué)鍵或官能團。1.確定有機化合物結(jié)構(gòu)式的流程確定有機化合物結(jié)構(gòu)式的流程三、有機化合物結(jié)構(gòu)的確定2.醫(yī)用膠單體的結(jié)構(gòu)確定醫(yī)用膠單體的結(jié)構(gòu)確定(1)測定實驗式燃燒30.6 g醫(yī)用膠的單體樣品，實驗測得生成70.4 g CO2、19.8 g H2O、2.24 L N2(已換算成標準狀況)，確定其實驗式的計算步驟如下：計算各元素的物質(zhì)的量n(CO2) ，n(C) mol；1.6n(H2O)，n(H) mol；2.2n(N2)，n(N) mol；n(O) mol。0.20.4確定實驗式n(C)n(H)n(N)n(O) ，則實驗式為 。(2)確定分子式已知：由質(zhì)譜分析法測定出該樣品的相對分子質(zhì)量為153.0。設(shè)該化合物的分子式(C8H11NO2)n，則n ，則該化合物的分子式為 。81112C8H11NO2C8H11NO2用化學(xué)方法推測分子中的官能團a.加入溴的四氯化碳溶液，紅棕色退去，說明可能含有 或 。b.加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液，無明顯變化，說明不含有 。c.加入稀堿水溶液并加熱，有氨氣放出，說明含有 。(3)推導(dǎo)結(jié)構(gòu)式計算不飽和度。不飽和度 。CCNO2CN推測樣品分子的碳骨架結(jié)構(gòu)和官能團在碳鏈上的位置。樣品分子核磁共振氫譜圖和核磁共振碳譜圖提示：該化合物分子中含有 和OCH2CH2CH2CH3基團。確定結(jié)構(gòu)簡式。綜上所述，醫(yī)用膠單體的結(jié)構(gòu)簡式為 。有機化合物結(jié)構(gòu)式的確定方法有機化合物結(jié)構(gòu)式的確定方法(1)根據(jù)價鍵規(guī)律確定某些有機物根據(jù)價鍵規(guī)律只存在一種結(jié)構(gòu)，則直接根據(jù)分子式確定其結(jié)構(gòu)式。例如：C2H6，只能是CH3CH3，CH4O只能是CH3OH。(2)通過定性實驗確定實驗有機物表現(xiàn)的性質(zhì)及相關(guān)結(jié)論確定官能團確定結(jié)構(gòu)式。例如：能使溴的四氯化碳溶液退色的有機物分子中可能含有 ，不能使溴的四氯化碳溶液退色卻能使酸性高錳酸鉀溶液退色的可能是苯的同系物等。歸納總結(jié)歸納總結(jié)例例6(2017杭州七校高二期中)某研究性學(xué)習(xí)小組為確定某蠟狀有機物A的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，他們擬用傳統(tǒng)實驗的手段與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的方法進行探究。請你參與過程探究。.實驗式的確定(1)取樣品A進行燃燒法測定，發(fā)現(xiàn)燃燒后只生成CO2和H2O，某次燃燒后，經(jīng)換算得到了0.125 mol CO2和0.15 mol H2O。據(jù)此得出的結(jié)論是_。答案解析分子中n(C)n(H)512，分子式為C5H12Ox(x0,1,2)解析解析取樣品A進行燃燒法測定，發(fā)現(xiàn)燃燒后只生成CO2和H2O，某次燃燒后，經(jīng)換算得到了0.125 mol CO2和0.15 mol H2O，說明該有機物中含有C、H元素，可能含有O元素，分子中C、H元素的物質(zhì)的量比為n(C)n(H)0.125 mol(20.15) mol512，分子式為C5H12Ox(x0,1,2)。(2)另一實驗中，取3.4 g蠟狀有機物A在3.36 L(標準狀況下，下同)氧氣中完全燃燒，兩者均恰好完全反應(yīng)，生成2.8 L CO2和液態(tài)水。由此得出A的實驗式是_。答案解析C5H12O4解析解析生成CO2的物質(zhì)的量為 0.125 mol，則生成水的物質(zhì)的量為0.15 mol,3.4 g有機物中氧元素的質(zhì)量為3.4 g0.125 mol12 gmol10.15 mol21 gmol11.6 g，則氧元素的物質(zhì)的量為0.1 mol，分子中n(C)n(H)n(O)5124，故最簡式為C5H12O4。.結(jié)構(gòu)式的確定(經(jīng)測定A的相對分子質(zhì)量為136)(3)取少量樣品熔化，加入鈉有氫氣放出，說明A分子中含有_。答案解析解析解析取少量樣品熔化，加入鈉有氫氣放出，A分子中不含有不飽和鍵，說明 A分子中含有羥基。羥基則A的結(jié)構(gòu)簡式為_。(4)進行核磁共振，發(fā)現(xiàn)只有兩組特征峰，且峰面積比為21，再做紅外光譜，發(fā)現(xiàn)與乙醇一樣透過率在同一處波數(shù)被吸收。圖譜如下：答案解析C(CH2OH)4解析解析進行核磁共振，發(fā)現(xiàn)只有兩組特征峰，且面積比為21，說明結(jié)構(gòu)中含有兩種氫原子，數(shù)目分別為4和8，再做紅外光譜，發(fā)現(xiàn)與乙醇一樣透過率在同一處波數(shù)被吸收，說明結(jié)構(gòu)中含有醇羥基，從紅外光譜圖可以看出分子中含有OH、CO、CH鍵，該有機物的結(jié)構(gòu)簡式為C(CH2OH)4。達標檢測1.據(jù)報道，化學(xué)家合成了一種分子式為C200H200、含多個 的鏈狀烴，該分子含有 的個數(shù)最多可以有 A.98個 B.102個C.50個 D.101個答案123456解析解析解析飽和鏈烴通式為CnH2n2，分子中每增加1個碳碳雙鍵則減少2個氫原子，C200H200分子中比200個碳原子的飽和烴少202個氫原子，所以分子中最多可能有101個 。72.(2017濟南一中高二期中)在核磁共振氫譜中出現(xiàn)兩組峰，其峰面積之比為32的化合物為 答案解析1234567解析解析因為在核磁共振氫譜中出現(xiàn)兩組峰，說明該有機物分子中處在不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子有兩種，且根據(jù)題意這兩種氫原子個數(shù)之比為32，分析四個選項：A項中處在不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子有2種，其個數(shù)比為62，不合題意；123456B項如圖所示： ，氫原子有3種，其個數(shù)比為311，不合題意；7123456C項如圖所示： ，氫原子有3種，其個數(shù)比為628，不合題意；D項如圖所示： ，氫原子有2種，其個數(shù)比為32，符合題意。73.核磁共振氫譜是指有機物分子中的氫原子所處的化學(xué)環(huán)境(即其附近的基團)不同，表現(xiàn)出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振氫譜圖中坐標的位置(化學(xué)位移，符號為)也就不同?，F(xiàn)有一物質(zhì)的核磁共振氫譜如圖所示：則可能是下列物質(zhì)中的 A.CH3CH2CH3 B.CH3CH2CH2OHC.CH3CH2CH2CH3 D.CH3CH2CHO答案解析1234567解析解析由核磁共振氫譜圖知該有機物分子中含有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，A物質(zhì)分子中有2種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，B物質(zhì)分子中有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，C物質(zhì)分子中有2種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，D物質(zhì)分子中有3種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，故選B。12345674.某有機物X由C、H、O三種元素組成，它的紅外吸收光譜表明有羥基OH鍵、CO鍵、烴基上CH鍵的紅外吸收峰。X的核磁共振氫譜有四個峰，峰面積之比是4112(其中羥基氫原子數(shù)為3)，X的相對分子質(zhì)量為92，試寫出X的結(jié)構(gòu)簡式：_。答案解析1234567123456解析解析由紅外吸收光譜判斷X應(yīng)屬于含有羥基的化合物。由核磁共振氫譜判斷X分子中有四種不同類型的氫原子，若羥基氫原子數(shù)為3(兩種類型氫原子)，則烴基氫原子數(shù)為5且有兩種類型。由相對分子質(zhì)量減去已知原子的相對原子質(zhì)量就可求出碳原子的個數(shù)： 3，故分子式為C3H8O3。羥基氫原子有兩種類型，判斷三個羥基應(yīng)分別連在三個碳原子上，推知結(jié)構(gòu)簡式為 。75.已知某有機物A的實驗式為C2H4O，其質(zhì)譜圖如圖所示：1234567(1)該有機物的相對分子質(zhì)量是_。(2)該有機物的分子式為_。(3)若該有機物的紅外光譜分析含有酯基，寫出滿足(2)中分子式的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式。123456答案解析88C4H8O2答案答案HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3解析解析質(zhì)譜圖最右邊的E峰是分子離子產(chǎn)生的，所以其相對分子質(zhì)量為88。解析解析實驗式是C2H4O，可推出其分子式為C4H8O2。解析解析類別為酯，分子式為C4H8O2的同分異構(gòu)體有四種。76.(2017佳木斯一中高二期中)某有機化合物A的相對分子質(zhì)量(分子量)大于100，小于110。經(jīng)分析得知，其中C和H的質(zhì)量分數(shù)之和為53.8%，其余為氧。請回答：(1)1個A分子中含有_個氧原子。123456答案解析3解析解析C和H的質(zhì)量分數(shù)之和為53.8%，則O的質(zhì)量分數(shù)為46.2%，當(dāng)A相對分子質(zhì)量為110時，O原子個數(shù)為3.2，當(dāng)A的相對分子質(zhì)量為100時，O原子個數(shù)為2.9，因此，1個A分子中含有3個氧原子。7(2)已知A分子中C、H原子個數(shù)比為12，則該化合物的質(zhì)譜圖中最大質(zhì)荷比為_。123456答案解析104解析解析已知A分子中C、H原子個數(shù)比為12，由(1)知A分子中O原子的個數(shù)為3，A的相對分子質(zhì)量為 104，A的分子式為C4H8O3，該化合物的質(zhì)譜圖中最大質(zhì)荷比為104。7(3)已知A可與碳酸鈉溶液反應(yīng)生成二氧化碳，A的核磁共振氫譜為3組峰，且面積比為611，則A的結(jié)構(gòu)簡式為_。123456答案解析解析解析已知A可與碳酸鈉溶液反應(yīng)生成二氧化碳，證明含有羧基，A的核磁共振氫譜為3組峰，且面積比為611，推出A分子中含有2個甲基，結(jié)構(gòu)簡式應(yīng)為 。77.(2017臨川一中月考)化合物A經(jīng)李比希法測得其中含C 72.0%、H 6.67%，其余為氧，質(zhì)譜法分析得知A的相對分子質(zhì)量為150?，F(xiàn)測出A的核磁共振氫譜有5個峰，其面積之比為12223。利用紅外光譜儀可初步檢測有機化合物中的某些基團，現(xiàn)測得A分子的紅外光譜如圖所示。1234567已知：A分子中只含一個苯環(huán)，且苯環(huán)上只有一個取代基。試回答下列問題：(1)A的分子式為_。答案解析C9H10O21234567(2)A的結(jié)構(gòu)簡式為_(寫出一種即可)。答案解析1234567(或或)解析解析通過紅外光譜圖可知：A分子中除含一個苯環(huán)外，還含有 、COC和CC，所以A的結(jié)構(gòu)簡式為 (合理即可)。(3)A的芳香類同分異構(gòu)體有多種，請按要求寫出所有符合條件的結(jié)構(gòu)簡式：分子中不含甲基的芳香酸：_；答案解析1234567解析解析A的芳香類同分異構(gòu)體中不含甲基的芳香酸是 ；遇FeCl3溶液顯紫色且苯環(huán)上只有兩個對位取代基的芳香醛：_。答案解析1234567解析解析遇FeCl3顯紫色，說明含酚羥基，又因為含醛基，且只有兩個取代基，所以遇FeCl3溶液顯紫色且苯環(huán)上只有兩個對位取代基的芳香醛是 和