有机化合物结构的测定王书成..docVIP

第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第2节 有机化合物结构的测定 编写：王书成 教参安排3课时。设计：先学习教材，再补充、扩展。 [学习目标] 1.了解有机物结构测定的流程，2.补充：了解常见元素的测定方法、质谱仪测定分子量的方法，3.能进行确定分子式的简单计算，4.补充：能进行不饱和度的计算、常见官能团的实验推断方法，5.初步了解测定有机物结构的现代手段。 [重点难点]官能团（种类、位置）的确定方法。 [学习过程] 下图是：有机合成流程图（有机合成的基本程序） 哪些步骤需要测定结构？ 可见，结构测定是有机合成的重要环节。 测定有机物结构的流程图（或一般程序、步骤，见图3－2－1） 一、有机物分子式的确定（测定结构的核心之一） 按照流程图，确定分子式，需要解决2个问题： 1.确定有机物的元素组成（包括种类、含量） 复习：有机物的最常见元素有 。除了最常见的元素之外，还可能含有S、P等元素。 （1）氧元素质量分数的确定 （2）碳、氢的测定：最常用的方法是 .测定步骤是：取样品在 中充分 ；燃烧后生成的H2O和CO2依次通过吸水剂（浓硫酸、无水CaCl2、P2O5）和碱液吸收；称重后计算出样品中碳、氢的质量分数。 思考：燃烧产物直接通入碱液中，问碱液增加的质量是哪些气体的质量？ (3)氮元素的测定：将样品通入CO2气流中，在CuO的催化下生成N2，并借助CO2气流将生成的气体赶出，经KOH浓溶液吸收杂质气体后，测得剩余气体的体积，即可计算出氮元素的质量分数。 原理见教材：CuO的作用 ，Cu的作用 （4）卤元素的测定：利用 的特性，测定生成 的质量来确定。 当有机物完全燃烧只生成CO2和H2O时，如何确定是否含有氧元素？请看例题： [例题1] 某有机物6.4g在氧气中完全燃烧，只生成8.8g CO2和7.2g H2O。则其分子式为 解：n(CO2)=mol=0.2mol n(H2O)=mol=0.4mol ∴ m(C)+m(H)=0.2×12+O.4×2×1g＝3.2g＜m(有机物) ∴有机物中含有O元素，m(O)=6.4-3.2g =3.2g n(O)=mol＝0.2mol ∴ n(C):n(H):n(O)=0.2:0.8:0.2=1:4:1 ∴ 该有机物的最简式为CH4O ∵ CH4O中的碳是饱和碳，其最简式若扩大倍数则不存在，∴ 该有机物的分子式和它的最简式相同，都是CH4O 总结：m(C)+m(H) = m(有机物） → 该有机物是烃，m(C)+m(H) m(有机物）→ 该有机物含氧。 2.测定相对分子质量 质谱法MS测定相对分子质量介绍 用高能电子流轰击样品分子，使分子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。不同离子质量不同，在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。 m/Z质荷比：碎片的相对质量m和所带电荷的比值 质荷比越大,达到检测器需要的时越长,因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。M= 46，分子式为C2H6O [练习]某有机物样品的质荷比如图所示,则该有机物可能是 A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯 [例题2]有机物分子式的确定: ①测定实验式：含C、H、O三种元素的有机物，经测定碳的质量分数是64.86%，氢的质量分数是13.51%, 则实验式是 解：①N(C):N(H):N(O)=: : ≈0.05405:0.1351:0.01352=::1≈3.998：9.993：1≈4:10:1 实验式为C4H10O ②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 。 答：② 74 C4H10O 二、有机物结构式的确定（测定结构的核心之二） 当分子式确定之后，就可以进行结构式的确定。主要有 2个问题需要解决： 1.不饱和度的计算 （1）不饱和度又称缺氢指数，是有机物分子不饱和程度的量化标志，用希腊字母Ω表示。其定义为：当一个化合物衍变为相应的烃后，与相同碳数的饱和开链烃比较，每缺少2个氢为一个不饱和度。规定烷烃的不饱和度是0（所有的原子均已饱和）。Ω＝n(C)+1-= 2n(C)+2相当于烷烃中的氢原子数n(H),所以不饱和度相当于：衍变为烃后，和烷烃相比，H原子数之差的。 例如：C2H4的Ω＝ ，C2H2的Ω＝ ，C6H6的Ω＝ 。 ①若含有卤素原子，将其视为氢原子。例如：C2H3C