3研究有机化合物的一般步骤和方法

第一章认识有机化合物第4节研究有机化合物的一般步骤和方法研究有机物的一般步骤分离、提纯元素定量分析确定实验式测定相对分子质量确定分子式现代物理实验方法确定结构式研究有机化合物的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相对分子质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?1.混合物分离中常用的方法2.过滤、结晶的基本原理和操作要领3.分离除杂的基本原则:4.怎样获得一种纯净的有机产品1)来源:2)有机物分离提纯的常用方法天然或人工合成考虑不增、不减、易分离、易复原.加吸水剂蒸馏一.分离提纯1.蒸馏：(a)概念:利用混合物中各种成分的沸点不同而使其分离的方法。如石油的分馏；(b)适应对象:常用于分离提纯液态有机物；(c)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）(d)实例:课本P17实验1-1工业乙醇的蒸馏(e)装置和操作：《成才》p18含杂工业乙醇95.6%(m/m)工业乙醇无水乙醇（99.5%以上）蒸馏蒸馏烧瓶冷凝管温度计尾接管冷水热水使用前要检查装置的气密性！蒸馏的注意事项注意仪器组装的顺序：“先下后上，由左至右”；不得直接加热蒸馏烧瓶，需垫石棉网；加热温度不得超过混合物中沸点最高物质的沸点；蒸馏烧瓶盛装液体以1/2为宜，最多不超过容积的2/3，不得少于1/3，不得将全部溶液蒸干；需使用沸石或碎瓷片；冷凝管水流方向：应与蒸汽流方向相反（逆流：下进上出）；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；练习1A.加入无水CuSO4，再过滤B.加入生石灰，再蒸馏C.加入浓硫酸，再加热，蒸出乙醇D.将96%的乙醇溶液直接加热蒸馏出苯√通过蒸馏可获得95.6%乙醇和4.4%水的共沸混合物，要想得到更纯净乙醇，可选用的方法是二、重结晶思考与交流1、已知KNO3在水中的溶解度很容易随温度变化而变化，而NaCl的溶解度却变化不大，据此可用何方法分离出两者混合物中的KNO3并加以提纯？2、重结晶对溶剂有何要求？被提纯的有机物的溶解度需符合什么特点？3、重结晶苯甲酸需用到哪些实验仪器？4、能否用简洁的语言归纳重结晶苯甲酸的实验步骤？高温溶解、趁热过滤、低温结晶.重结晶a.概念:利用被提纯物质与杂质(固体）在同一溶剂中的溶解度不同而将其杂质除去的方法。b.关键：选择适当的溶剂。c.选择溶剂的条件：(1)杂质在溶剂中的溶解度很小或很大；(2)被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大。e.实例：苯甲酸的重结晶P/18图1-8粗产品加热溶解趁热过滤冷却结晶提纯产品是不是温度越低越好？？？不是，温度降低溶解度减小，不仅是被提纯物质，杂质也一样，故纯度反而下降。而且，温度极低时水也一起析出带来很多麻烦，故不是温度越低越好。d.仪器和操作不纯固体物质残渣(不溶性杂质)滤液母液(可溶性杂质和部分被提纯物)晶体(产品)溶于溶剂，制成饱和溶液，趁热过滤冷却，结晶，过滤，洗涤如何洗涤结晶？如何检验结晶洗净与否？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。三、萃取思考与交流1、如何提取溴水中的溴？实验原理是什么？2、进行提取溴的实验要用到哪些仪器？3、如何选取萃取剂？4、实验过程有哪些注意事项？3.萃取A.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。B.主要仪器：分液漏斗C.操作过程振荡静置分液三、萃取1、萃取剂的选择：①与原溶剂互不相溶②被萃取的物质在萃取剂中的溶解度要大得多2、常见的有机萃取剂：乙醚、石油醚、二氯甲烷、四氯化碳……3、萃取－分液的注意事项萃取过程要注意以下几点：试剂上口倒入分液漏斗，其量不能超过漏斗容积的2/3；振荡倒转，握住旋塞；分液漏斗静置、分液，分液时下层液体从漏斗口放出，上层液体从上口倒出。[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现有三组混合液：①乙酸乙酯和乙醇钠溶液②乙醇和丁醇③溴化钠和单质溴的水溶液。分离上述各混合液正确的方法依次是：A分液、萃取、蒸馏B萃取、蒸馏、分液C分液、蒸馏、萃取D蒸馏、萃取、分液√[练习3]已知某氮的氧化物，经实验测定该化合物中氮与氧元素质量之比为7：20，试确定该化合物的化学式N（N）：N（O）=(7/14):(20/16)=2:5确定该氮的氧化物的化学式为N2O5[练习]实验测定某碳氢化合物A中，含碳80%，含氢20%，求该化合物的化学式N（C）：N（H）=(80%/12):(20%/1)=1:3确定该有机物的化学式为CH3[练习]实验测定该化合物的相对分子质量为30，确定该化合物的分子式。确定分子式的途径元素质量产物的量元素质量分数元素质量比实验式相对分子质量标准状况下密度相对密度化学反应有机物分子式有机物的通式、计算化学方程式、计算质谱仪MS首先要确定有机物中含有哪些元素4.2有机物分子式与结构式的确定如何确定有机物中C、H、O等元素的质量分数？李比希法（燃烧法）—传统的元素分析方法现代元素分析法1、元素分析方法（燃烧法）：李比希法→现代元素分析法元素分析仪“李比希元素分析法”的原理：取定量含C、H（O）的有机物加氧化铜氧化H2OCO2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（最简式）[例]2.3g某有机物A完全燃烧后，生成0.1molCO2和2.7gH2O，测得该化合物的蒸气体与空气的相对分密度是1.6，求该化合物的分子式（1）求该有机物组成元素的质量（2）该有机物的相对分子质量（3）求该有机物分子中各元素原子数目比（1）求该有机物组成元素的质量CC-------CO2H2H------H2O1244218m（C）44g/mol*0.1molm(H)2.7gm(C)=1.2gm(H)=0.3gm(C)+m(H)=1.2g+0.3g=1.5g2.3g该有机物含有O元素m(O)=m(A)-m(C)-m(H)=2.3g-1.5g=0.8g（2）该有机物的相对分子质量Mr（A）=d*Mr（空气）=1.6*29=46（3）求该有机物分子中各元素原子数目比N（C）：N（H）：N（O）=(1.2g/12g/mol):(0.3g/1g/mol):(0.8g/16g/mol)=2:6:1该有机物实验式为C2H6OMr（C2H6O）=46所以该有机物的分子式为C2H6O[例2]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0.352g，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C3H4O341％4.55％肯定含有氧C6H8O6[练习2]（96试测题）吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品。吗啡分子含C71.58%、H6.67%、N4.91%、其余为O。已知其分子量不超过300。试求：⑴吗啡的分子量；⑵吗啡的分子式。已知海洛因是吗啡的二乙酸酯。试求：⑴海洛因的分子量；⑵海洛因的分子式。16.84%285C17H19NO3C21H23NO5369在标准状况下，150mL某气态烃质量是0.375，经测定，该烃含碳85.7%，试求它的分子式确定分子式的途径元素质量产物的量元素质量分数元素质量比实验式相对分子质量标准状况下密度相对密度化学反应有机物分子式有机物的通式、计算化学方程式、计算质谱法MS2、相对分子质量的测定：质谱法（MS）质谱仪测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快捷的方法。质谱仪有什么作用？其原理是什么？它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子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。1、质荷比是什么？2、如何确定有机物的相对分子质量？分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值※由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量②确定分子式：下图是例1中有机物A的质谱图，则其相对分子质量为（），分子式为（）。相对丰度例2、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（10－9g）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下图所示则该有机物可能是A甲醇B甲烷C丙烷D乙烯√确定分子式的途径元素质量产物的量元素质量分数元素质量比实验式相对分子质量标准状况下密度相对密度化学反应有机物分子式有机物的通式、计算化学方程式、计算质谱法MS确定分子结构的方法元素质量产物的量元素质量分数元素质量比标准状况下密度相对密度化学反应有机物分子结构有机物的通式、计算化学方程式、计算质谱法MS通过化学实验确定官能团确定结构式的方法通过红外光谱IR确定组成的化学键或官能团通过核磁共振氢谱NMR有几种不同位置的氢原子及它们的数量（推测出碳骨架结构）有机物的性质结构式（确定有机物的官能团）分子式计算不饱和度推测可能的官能团写出可能的同分异构体利用官能团的特征性质，通过化学实验确定。当化合物结构比较复杂时，若用化学方法，时间长、浪费试剂，因此科学上常常需要采取一些物理方法。与鉴定有机物结构有关的物理方法有质谱、红外光谱、核磁共振谱等。1、红外光谱（IR）红外光谱仪红外光谱红外光谱法确定有机物结构的原理是：由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频率相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。例3、下图是一种分子式为C3H6O2的有机物的红外光谱谱图,则该有机物的结构简式为：C—O—CC=O不对称CH3练习3、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C—O—C对称CH3对称CH22、核磁共振氢谱（HNMR）核磁共振仪核磁共振氢谱如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？对于CH3CH2OH、CH3—O—CH3这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式也不同、所处的环境不同，即等效碳、等效氢的种数不同。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。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的类型及数目。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练习4、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AHCHOBCH3OHCHCOOHDCH3COOCH3√例4、一个有机物的分子量为70,红