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有机合成及其应用
合成高分子化合物
第三章
3.2有机化合物结构的测定
章节脉络
第三章
有机合成及其应用
合成高分子化合物
3.2有机化合物结构的测定
3.1有机化合物的合成
3.3合成高分子化合物
有机化合物结构的测定
1. 宏观辨识与微观探析
从宏观层面观察有机化合物的物理性质和化学性质，感知物质性质差异背后的结构因素。深入微观视角，通过质谱、红外光谱、核磁共振谱等数据，理解有机化合物中原子的微观特征，能够从微观结构角度解释有机化合物的化学行为与特性。
2. 证据推理与模型认知
基于有机化合物结构测定的实验数据和谱图信息，培养学生进行合理证据推理的能力。引导学生归纳总结不同类型有机化合物结构测定的一般方法和规律，构建有机化合物结构分析的认知模型。
3. 科学态度与社会责任
引导学生认识有机化合物结构测定在医药研发、材料科学、环境保护等领域的重要应用，以及结构测定技术发展对推动科学进步和社会发展的重要意义，增强学生的社会责任感和使命感 。
核心素养目标
学习重难点
重点：
1. 理解红外光谱、核磁共振氢谱在官能团识别、氢原子种类及数目分析中的核心作用。
2. 能够整合元素分析、质谱、光谱等多组数据，从分子式推导不饱和度，结合官能团特征峰与氢谱峰信息，逐步推断有机化合物的结构简式。
难点：
1. 掌握利用元素分析确定有机化合物元素组成及最简式，熟练运用质谱法测定相对分子质量、确定分子式。
2. 针对多官能团、多环结构的有机化合物，依据有限数据设计多种可能结构，并通过合理验证排除错误假设，构建完整且符合逻辑的结构推导路径。
课前导入
当人们从自然界中得到某一新化合物并将其提纯以后，测定其结构就是最重要的工作了。只有确定了这种化合物分子的结构，才能进一步了解和应用这种化合物。
在有机合成中，对天然产物合成的首要工作就是测定目标化合物分子的结构；而对人工设计的有机化合物，在合成后也必须测定其结构才能确定它是否就是目标产物。
那么，怎样对有机化合物进行结构测定呢？
结构测定在有机化学中有什么重要作用？
测定有机化合物结构的流程
PART 01
有机化合物
官能团及碳骨架状况
分子式
相对分子
质量测定
元素组成
相对分子质量
定性
定量
分析
化学分析或仪器分析
分子结构
由哪些元素组成
各元素的质量分数
核心步骤
测定有机化合物结构的流程
元素组成
用途
适用条件
液态有机化合物热稳定性较强
液态有机化合物中含有的杂质量较少且与杂质的沸点有显著差别（一般大于30℃）
分离、提纯液态有机化合物
分离、提纯有机化合物的常见方法
1.蒸馏
分离、提纯后才能进行结构测定
测定有机化合物结构的流程
2.重结晶
分离、提纯固态有机化合物的常用方法
(1)原理
(2)重结晶的关键
利用有机化合物在某种溶剂中的溶解度受温度影响较大，加热使其溶解于溶剂中，再降温使其溶解度下降，从而析出该有机化合物的结晶。
① 选择适当的溶剂。杂质在此溶剂中的溶解度较大或较小，易于除去；被提纯的有机化合物在此溶剂中温度较高时溶解度较大， 温度降低时溶解度迅速减小，冷却后易于结晶析出。
② 样品中杂质含量较少（通常质量分数小于 5%）。
测定有机化合物结构的流程
3.萃取
富集有机化合物的常用方法
萃取
应用
常用的与水互不相溶的有机溶剂
乙醚、石油醚、二氯甲烷等
蒸馏、反萃取等
一般是用有机溶剂从水中萃取有机化合物
萃取后分离待测有机化合物与有机溶剂的方法
测定有机化合物结构的流程
有机化合物分子式的确定
PART 02
有机化合物分子式的确定
氮元素
质量分数的测定
卤素
质量分数的测定
氧元素
质量分数的测定
碳、氢元素
质量分数的测定
测二氧化碳和水
的质量
测氮气的体积
测卤化银的质量
100%与其他元素的质量分数之和的差值。若为零，说明不含氧元素；若不为零，差值一般为氧元素的质量分数
确定有机化合物的实验式
在氧气流
中充分燃烧
在二氧化碳
气流中反应
CuO,
与发烟硝酸、硝
酸银反应，将卤
素原子转变为卤
化银沉淀
一般先用浓硫酸吸收H2O，后用碱石灰吸收CO2
(1)有机化合物元素组成的测定方法及步骤
有机化合物分子式的确定
由相对分子质量确定分子式
某仅含碳、氢、氧三元素的有机化合物，若n(C) : n(H) : n(O) = 1∶ 2∶ 1，则其实验式为 CH2O，式量为 30。
进一步测出有机化合物的相对分子质量后，就可以根据其相对分子质量对实验式式量的倍数来确定分子式。若上例中样品的相对分子质量为60，是 CH2O 式量(30)的 2 倍，则该有机化合物的分子式就是 C2H4O2。
有机化合物分子式的确定
(2)质谱法测定有机化合物的相对分子质量
质谱图记录了有机化合物分子裂解碎片形成的带正电荷的各种离子的质量大小，一般最大的离子质量就是有机化合物的相对分子质量。
以质谱中基峰（最强峰）的高度为100%，其余峰以与基峰的比值加以表示的峰强度为相对丰度，又称相对强度。
(3)有机化合物分子式的确定
有机化合物的分子式 = (实验式)n, n =
部分有机化合物的实验式中，碳原子已达到饱和，则该有机化合物的实验式即为分子式，如CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O3
有机化合物分子式的确定
某些特殊组成的实验式，不用结合其相对分子质量，也可根据其组成特点确定其分子式，例如实验式为CH3的有机化合物，其分子式可表示为(CH3)n，当n=2时，碳原子已达到饱和，故其分子式只能为C2H6。同理，实验式为CH3O的有机化合物，当n=2时，碳原子已达到饱和，故其分子式只能为C2H6O2。
有机化合物结构式的确定
PART 03
有机化合物结构式的确定
(1)确定有机化合物结构式的流程
有机化合物分子式
计算不饱和度
化学性质实验或仪器分析图谱
推测化学键类型
判断官能团种类及官能团所处位置
确定有机化合物结构式
判断是否存在不饱和键
有机化合物结构式的确定
(2)有机化合物分子不饱和度的计算
如何计算有机化合物分子的不饱和度
有机化合物分子的不饱和度为：
式中：x 为碳原子数，y 为氢原子数。
在计算不饱和度时，若有机化合物分子含有卤素原子，可将其视为氢原子；若含有氧原子，则不予考虑；若含有氮原子，就在氢原子总数中减去氮原子数。
例如，分子式为 C6H5NO2 的分子的不饱和度为：
有机化合物结构式的确定
常见基团的不饱和度
(3)确定有机化合物的官能团
有机化合物结构式的确定
可能的官能团 试剂 判断依据 备注
碳碳双键 或碳碳三键 溴的四氯化碳溶液 橙红色溶液褪色 —
酸性 KMnO4 溶液 紫色溶液褪色 必须先排除醛基、羟基等的干扰
卤素原子 NaOH 溶液（加热）、稀硝酸、AgNO3 溶液 有沉淀产生 在加入AgNO3 溶液前，必须先用稀硝酸酸化
醇羟基 钠 有氢气放出 必须排除羧基、酚羟基的干扰
化学方法
可能的官能团 试剂 判断依据 备注
酚羟基 FeCl3 溶液 显色 不同的酚所显颜色不完全相同
溴水 有白色沉淀产生 —
醛基 银氨溶液 有银镜生成 水浴加热
新制氢氧化铜悬浊液 有砖红色沉淀产生 加热
羧基 NaHCO3 溶液 有二氧化碳气体放出 —
(3)确定有机化合物的官能团
有机化合物结构式的确定
实验探究——利用官能团性质鉴别有机化合物
实验室中有四瓶标签模糊的无色溶液，分别是乙醇溶液、乙醛溶液、乙酸溶液和苯酚溶液。你能用化学方法将它们鉴别出来吗？
实验目的
通过官能团检验，鉴别乙醇、乙醛、乙酸、苯酚。
实验用品
待鉴别试剂（乙醇溶液、乙醛溶液、乙酸溶液、苯酚溶液），FeCl3 溶液，NaHCO3 溶液，10% NaOH 溶液，2% CuSO4 溶液，酸性 KMnO4 溶液；
pH 试纸，试管，烧杯，胶头滴管，玻璃棒，酒精灯，表面皿，镊子，滤纸，试管夹等。
实验方案设计
1. 分析乙醇、乙醛、乙酸、苯酚四种有机化合物中的官能团，明确含有这些官能团的有机化合物可能具有的性质。
物质 官能团 可能具有的性质
乙醇 具有还原性
乙醛 具有较强还原性
乙酸 能电离出H+，具有酸性
苯酚 遇FeCl3溶液发生显色反应（紫色）
OH
CHO
COOH
OH
2. 选择用于鉴别四种物质的化学反应。
实验方案设计
待鉴别的物质 选择的化学反应
乙醇 乙醇与酸性KMnO4溶液的氧化反应
乙醛 氧化反应：CH3CHO + 2Cu(OH)2 + NaOH CH3COONa + Cu2O↓ + 3H2O
乙酸 生成CO2的反应：CH3COOH + NaHCO3 CH3COONa + H2O + CO2↑
苯酚 苯酚遇FeCl3溶液的显色反应

3. 给样品编号，设计实验操作过程，用实验流程图说明操作方案，完成鉴别。
实验方案设计
甲、乙、丙、丁四种溶液
甲：显紫色
无明显现象
无明显现象
乙：产生气体
无明显现象
FeCl3溶液
NaHCO3溶液
丙：出现砖红色沉淀
酸性KMnO4溶液
丁：褪色
乙醇
乙醛
乙酸
苯酚
实验探究——利用官能团性质鉴别有机化合物
(3)确定有机化合物的官能团
有机化合物结构式的确定
物理方法
①核磁共振氢谱（1H-NMR）
作用 测定有机化合物分子中有几种不同化学环境的氢原子及它们的相对数目
关系 吸收峰组数=氢原子种类数目，吸收峰面积比=不同类型的氢原子个数比
该有机化合物分子含有五种不同化学环境的 H 原子，其个数比为1 : 1 : 2 : 1 : 6。
(3)确定有机化合物的官能团
有机化合物结构式的确定
物理方法
②红外光谱（IR）
作用 根据红外光谱图可以初步判断有机化合物中含有的化学键或官能团的种类
根据吸收峰位置判断，该有机物中存在：
C C
C O（酯羰基）
C N
C O
C
课堂小结
有机化合物结构式的确定
有机化合物分子式的确定
有机化合物分子式的确定
分离、提纯有机化合物的常见方法
元素组成的测定方法及步骤
质谱法测定相对分子质量
流程
确定官能团
不饱和度的计算
测定有机化合物结构的流程
流程
随堂训练
1.卤代烃与金属镁在无水乙醚中反应,可制得格氏试剂RMgX,它可与醛、酮等
羰基化合物加成: 所得产物经水解可以得到醇,这是某些复杂醇的合成方法之一。现欲合成(CH3)3COH,下列所选用的卤代烃和羰基化合物的组合正确的是 (　　)
A.乙醛和氯乙烷　　　　　　 B.甲醛和1-溴丙烷
C.甲醛和2-溴丙烷 D.丙酮和一氯甲烷
D
随堂训练
2.由 转变成 ，需经过下列哪种合成途径 (　　)
A.消去→加成→消去　　 B.加成→消去→消去
C.加成→消去→加成　　 D.取代→消去→加成
A
随堂训练
3.用甲苯生产一种常用的化妆品防霉剂，其生产过程如图(反应条件没有全部注明)。
随堂训练
回答下列问题:
(1)有机物A的结构简式为____________________。
(2)在合成路线中，设计第③步反应的目的是______________________。
(3)写出反应⑤的化学方程式:________________________。
(4)请写出由 生成C7H5O3Na的化学方程式:____________________________。
保护酚羟基，防止其被氧化
谢谢观看

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