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第2節 有機化合物結構的測定 課時1
1.了解有機化合物結構測定的一般步驟和程序,能進行確定有機化合物分子式的簡單計算；
2.能利用官能團的化學檢驗方法鑒定官能團；
3.初步了解一些測定有機化合物結構的現代手段。
聯想 · 質疑
聯想 · 質疑
當人們從自然界中得到某一新化合物并將其提純以后，測定其結構就是最重要的工作了。只有確定了這種化合物分子的結構，才能進一步了解和應用這種化合物。
那么，怎樣對有機化合物進行結構測定呢
分離、提純
確定實驗式
確定分子結構
確定分子式
核心步驟
分離、提純有機化合物的常見方法
蒸餾是分離、提純液態有機化合物的常用方法。
蒸餾提純的條件
液態有機化合物熱穩定性較強、
含有的雜質量較少
與雜質沸點有相差大(一般＞30 ℃)
從自然界提取或通過人工合成的有機化合物通常含有雜質，需要通過分離、提純后才能進行結構測定，常見的分離、提純有機化合物的方法有蒸餾、重結晶和萃取等。
分離、提純有機化合物的常見方法
重結晶是分離、提純固態有機化合物的常用方法。其原理是利用有機化合物在某種溶劑中的溶解度受溫度影響較大，加熱使其溶解于溶劑中，再降溫使其溶解度下降，從而析出該有機化合物的結晶。
①選擇適當的溶劑
②樣品中雜質含量較少（通常質量分數＜5%）
重結晶的關鍵
萃取是富集有機化合物的常用方法，一般是用有機溶劑從水中萃取有機化合物，常用的與水互不相溶的有機溶劑有乙醚、石油醚、二氯甲烷等。萃取后通常還需要利用蒸餾、反萃取等方法將待測有機化合物與有機溶劑進一步分離。
分離、提純有機化合物的常見方法
萃取劑的選擇
①萃取劑與原溶液中的溶劑不反應，不互溶
②溶質在萃取劑中的溶解度大于在原溶劑中的溶解度
③萃取劑與溶質不反應
一、有機化合物分子式的確定
元素分析
定性：有機化合物的元素組成
定量：各元素的質量分數
最簡整數比
實驗式(最簡式)
碳、氫、氧、氮、鹵素等
化學性質
1.有機物元素組成的測定
(1)碳、氫元素質量分數的測定——燃燒分析法
計算C、H質量分數
計算O質量分數
H2O
CO2
氧氣流 燃燒
吸水劑
吸收
m(H2O)
堿液
吸收
m(CO2)
定量含C、H、O的有機物樣品
李比希元素分析儀
氮元素質量分數的測定
有機化合物元素組成的測定
元素分析
定性：有機化合物的元素組成
定量：各元素的質量分數
最簡整數比
實驗式(最簡式)
碳、氫、氧、氮、鹵素等
化學性質
相對分子質量
分子式
質譜法測定有機化合物的相對分子質量
待測化合物分子吸收能量生成分子離子，分子離子具有較高能量，會按化合物自身特有的規律分裂，生成一系列確定組成的碎片離子，將所有不同質量的離子和各離子的多少按質荷比記錄下來，就得到一張質譜圖。
二、有機化合物結構式的確定
測定有機化合物的結構關鍵：
確定分子的不飽和度及典型的化學性質，進而確定分子所含有的官能團及其所處的位置。
1. 有機化合物分子不飽和度的計算
不飽和度可以提供有機化合物分子是否含有不飽和鍵或環等結構信息。
【算一算】
分子式為C6H5NO2的分子的不飽和度為？
6 + 1－
= 5
若有機化合物分子含有鹵素原子，可將其視為氫原子；若含有氧原子，則不予考慮；若含有氮原子，就在氫原子總數中減去氮原子數。
2. 確定有機化合物的官能團
案例：某種醫用膠的結構測定
思考：如何測定這類醫用膠的分子結構？
確定實驗式
確定分子結構
確定分子式
確定實驗式
燃燒 30.6 g 某種醫用膠樣品，實驗測得生成70.4 g 二氧化碳、19.8 g 水、2.24 L 氮氣（標準狀況），請通過計算確定其實驗式。
①計算各元素的物質的量
n(CO2) =
=1.6mol n(C)=1.6mol
70.4g
44g·mol-1
n(H2O) =
=1.1mol n(H)=2.2mol
19.8g
18g·mol-1
n(N2) =
=0.1mol n(N)=0.2mol
2.24g
22.4L·mol-1
②確定實驗式
C8H11NO2
n(O) =
=0.4mol
(30.6-1.6×12-2.2×1-0.2×14)g
16g·mol-1
確定分子式
由質譜分析法測定出該樣品的相對分子質量為 153.0
則該化合物的分子式為C8H11NO2
確定分子結構
1. 計算該樣品分子的不飽和度，推測分子中是否有苯環、碳碳雙鍵、碳碳三鍵或碳氧雙鍵。
不飽和度
=n(C)+1- = 8+1- =4
n(H)-n(N)
2
11-1
2
2. 用化學方法推斷樣品分子中的官能團。
硝基和氰基的檢驗
(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液可檢驗硝基 (－NO2) 的存在，判斷依據是Fe2+被氧化為Fe(OH)3，混合液呈現紅棕色。加入強堿水溶液并加熱可檢驗氰基(－CN)的存在，判斷依據為有氨氣放出。
利用該醫用膠樣品分別做如下實驗：
①加入溴的四氯化碳溶液，橙紅色溶液褪色；
②加入 (NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液，無明顯變化；
③加入NaOH 溶液并加熱，有氨氣放出。
請依據上述實驗現象推測該樣品分子可能含有哪些官能團。
可能含有碳碳雙鍵或碳碳三鍵
不含—NO2
含—CN
C8H11NO2
3. 波譜分析。
（1）測得醫用膠樣品的紅外光譜圖如下：
（2）測得醫用膠樣品的核磁共振氫譜圖如下：
1∶1∶2∶1∶6
4. 綜上所述，該樣品分子的結構簡式為
1.判斷下列說法是否正確,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。
(1)核磁共振氫譜中吸收峰的數目代表氫原子的種類而非氫原子的個數。(　　)
(2)研究天然提取或人工合成有機混合物,一般要采取的幾個步驟是:分離、提純→確定實驗式→確定化學式→確定結構式。(　　)
(3)某有機化合物在氧氣中充分燃燒,生成的CO2和H2O的物質的量之比為1∶2,分子中一定含有氧原子。(　　)
(4)鑒別二甲醚和乙醇可采用質譜法。(　　)
【練一練】
2.能夠測定分子結構和化學鍵的方法是(　　)
①質譜?、诩t外光譜?、圩贤夤庾V　④核磁共振
A.①② B.③④ C.② D.①④
3.CH3CH2OH和H3C—O—CH3互為同分異構體,將兩種物質分別放在下列檢測儀上進行檢測,顯示出的信號完全相同的是(　　)
A.李比希元素分析儀 B.紅外光譜儀
C.核磁共振儀 D.質譜儀
C
A
4.燃燒3 g某有機化合物生成0.1 mol CO2和1.8 g H2O,該有機化合物的蒸氣對H2的相對密度為30,則該有機化合物的化學式為(　　)
A.C2H4 B.C3H8O2 C.C2H6O D.C2H4O2
D
5.下列鑒別方法不可行的是(　　)
A.用燃燒法鑒別乙醇、苯和四氯化碳
B.用酸性高錳酸鉀溶液鑒別苯、己烯和己烷
C.用水鑒別乙醇、溴苯和甲苯
D.用碳酸鈉溶液鑒別乙酸、乙醇和乙酸乙酯
B
6.1 mol僅含C、H、O三種元素的有機化合物A在稀硫酸中水解生成1 mol B和1 mol C,B分子中N(C)∶N(H)=4∶5,135(1)C的分子式為　　　　。
(2)B的分子具有高度對稱性,苯環上的一氯取代物只有一種。B能與金屬Na反應但不能與NaOH反應。寫出B的結構簡式:　　　　　　　　　。
(3)C有多種同分異構體,其中含苯環的酯類的同分異構體有　　種。
6
C8H8O2
—CH2OH
HOCH2—
質譜法
蒸餾、重結晶、萃取
燃燒分析法——碳、氫元素質量分數
氮元素質量分數
鹵素的質量分數
計算不飽和度
確定官能團
利用儀器分析圖譜
推測化學鍵類型
利用化學性質實驗
有機化合物
結構的測定
分離、提純
元素組成
相對分子質量
結構式
實驗式
分子式
定性
定量

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