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第39讲　有机物结构的确定
学习目标　
1. 了解李比希法定量分析有机化合物组成元素的一般方法，并能进行有关计算。
2. 知道质谱、红外光谱、核磁共振氢谱、X射线衍射谱的应用。
3. 能综合实验和谱图分析有机化合物的组成和结构。
活动方案
　 有机物组成的确定
1. 利用李比希法分析有机化合物的组成。
将某有机物样品研碎后称取0.352 g，置于电炉中，不断通入氧气流并给样品持续加热，将生成物先后通过CaCl2和碱石灰，两者分别增重0.144 g 和0.528 g，生成物被完全吸收。
(1) 浓硫酸、CaCl2、碱石灰的作用分别是什么？
(2) 装CaCl2与碱石灰的U形管的位置能互换吗？为什么？
(3) 通过计算确定该有机物的实验式(最简式)。
(4) 若要知道该有机物的分子式，还缺少哪种物理量？
2. 有机物X的实验式是CH4O，有机物Y的实验式是CH3O。能根据实验式确定有机物X和Y的分子式吗，如果能，直接写出分子式，如果不能，说明理由。
有机化合物相对分子质量的测定
1. 通过计算确定下列案例中有机化合物的相对分子质量(计算结果保留整数)。
(1) 实验测得某烯烃密度是氢气的21倍。
(2) 实验测得某烃在标准状况下的密度为1.96 g/L。
2. 通过物理方法测定有机物的相对分子质量的示意图如下：
(1) 该物理方法是什么？
(2) 该有机化合物的相对分子质量为多少？
(3) 若该有机化合物为烃，试确定该烃的分子式。若该有机化合物为饱和三元醇，试确定该醇的分子式。
有机物分子结构的确定
1. 利用化学实验确定有机物分子的结构。
化学方法 可能的官能团名称
①向某烃样品中滴加溴的四氯化碳溶液，红棕色褪去
②向某烃样品中滴加酸性KMnO4溶液，紫色褪去
③向某有机物样品中加入NaOH溶液，并加热、振荡，加入足量稀硝酸，再加AgNO3溶液，产生淡黄色沉淀
④向某有机物样品中加入金属钠，有无色无味气体放出
⑤向某有机物样品中加入足量溴水，有白色沉淀产生
⑥向某有机物样品中滴加FeCl3溶液，溶液显紫色
⑦将某有机物样品滴加到银氨溶液中，水浴加热，产生光亮的银镜
⑧将某有机物样品滴加到新制Cu(OH)2中，加热产生砖红色沉淀
⑨向某有机物样品中滴加NaHCO3溶液，有无色无味气体放出
2. 利用物理方法确定有机物分子结构。
若用李比希法测得一种烃的含氧衍生物X中：碳的质量分数为52.17%，氢的质量分数为13.04%。
(1) 试通过计算确定该有机物的实验式(最简式)。
(2) 有无必要通过质谱法测定该有机物的相对分子质量，进而确定其分子式？
(3) 若X的红外光谱图如图所示，则其结构简式是什么？
(4) 若X的核磁共振氢谱如图所示，则其结构简式是什么？
名卷优选
1 [2024南通如皋适应性考试一]有机物W可发生如图所示的反应，下列说法正确的是(　　)
A. 为促进M的生成，试剂Q可用硫酸
B. Y中所有碳原子均可能共平面
C. M、X、Y都存在顺反异构体
D. X中sp2杂化和sp3杂化的碳原子的比例是8∶1
2 [2024苏南八校大联考]化合物Z是合成受体拮抗剂的重要中间体，其合成路线如下：
下列说法正确的是(　　)
A. 1 mol X中含有5 mol碳氧σ键
B. Y与足量H2加成后的分子中含有2个手性碳原子
C. Y分子中不可能所有碳原子都共平面
D. Z能还原新制Cu(OH)2得到Cu2O
3 [2024南京外国语、金陵中学、海安中学联考]下列关于化合物E和G的说法错误的是(　　)
A. 官能团种类相同
B. 都含有手性碳原子
C. 都能使酸性KMnO4溶液褪色
D. 可以使用质谱仪区分
4 [2024南通、泰州等六市一调]物质Y是一种重要的药物中间体，其合成路线如下：
下列说法不正确的是(　　)
A. 1 mol X中含3 mol碳氧π键
B. X与互为顺反异构体
C. Y分子中不含有手性碳原子
D. 可用新制Cu(OH)2检验Y中是否有X
5 有机化合物A、B、C、D、E转化关系如图所示。
将0.1 mol A完全燃烧，产物仅为二氧化碳和水，二氧化碳和水的质量分别为39.6 g和9 g。A的质谱图、红外光谱图分别如图1、图2所示，D是一种聚酯，C、E的核磁共振氢谱均只有两组峰。
图1 图2
(1) A的分子式为____________。A中含氧官能团的名称是____________。
(2) 化合物E中最多有________个原子共平面。
(3) 写出有机化合物C的结构简式：__________________________。
(4) 写出反应①的化学方程式：______________________________________
______________________________________________________________________。
6 [2023全国乙卷]奥培米芬(化合物J)是一种雌激素受体调节剂，以下是一种合成路线(部分反应条件已简化)。
已知：。
回答下列问题。
(1) A中含氧官能团的名称是___________________________。
(2) C的结构简式为_________________________________。
(3) D的化学名称为________。
(4) F的核磁共振谱显示为两组峰，峰面积之比为1∶1，其结构简式为______
__________________________________。
(5) H的结构简式为_________________________________________。
(6) 由I生成J的反应类型是_______________________________。
(7) 在D的同分异构体中，同时满足下列条件的共有________种。
①能发生银镜反应；
②遇FeCl3溶液显紫色；
③含有苯环。
其中，核磁共振氢谱显示为五组峰、且峰面积之比为2∶2∶2∶1∶1的同分异构体的结构简式为________。
第39讲　有机物结构的确定
【活动方案】
活动一：
1 (1) 浓硫酸干燥氧气；CaCl2吸收反应生成的水；碱石灰吸收反应生成的CO2。　(2) 不能，碱石灰也会吸收水分。
(3) n(H)＝×2＝0.016 mol
n(C)＝＝0.012 mol
因为m(H)＋m(C)＝0.016 mol×1 g/mol＋0.012 mol×12 g/mol＝0.16 g＜0.352 g
该有机物中还含有O元素
n(O)＝＝0.012 mol
该有机物的实验式为C3H4O3。
(4) 相对分子质量。
2 X的分子式是CH4O, Y的分子式是C2H6O2。
活动二：
1 (1) 42　(2) 44
2 (1) 质谱法　(2) 92　(3) C7H8　C3H8O3
活动三：
1 ①碳碳双键或碳碳三键　②碳碳双键或碳碳三键　③碳溴键　④羟基或羧基　⑤酚羟基　⑥酚羟基　⑦醛基　⑧醛基
⑨羧基
2 (1) C2H6O　(2) 无必要　(3) CH3CH2OH　(4) CH3OCH3
【名卷优选】
1 B　W―→M的副产物是HBr，为促进M的生成，需要除去反应生成的HBr，故试剂Q是碱性物质，不可能是硫酸，A错误；苯环平面与乙烯平面通过单键相连，单键可以旋转，故Y中所有碳原子均可能共平面，B正确；X中碳碳双键一端的碳原子连有2个H原子，故X不存在顺反异构体，C错误；X中只有2个饱和碳原子采取sp3杂化，其余8个碳原子均采取sp2杂化，故X中sp2杂化和sp3杂化的碳原子之比为4∶1，D错误。
2 A　Y与足量H2加成后，六元环上有支链的碳原子连接的原子具有对称性，所以不存在手性碳原子，B错误；单键可以旋转，且苯环为平面结构，故Y中碳原子可能共平面，C错误；Z中无醛基，无法将新制Cu(OH)2还原为Cu2O，D错误。
3 B　化合物E中有手性碳原子：(标“*”碳原子为手性碳原子)，化合物G中无手性碳原子，B错误。
4 A　醛基和酯基中均含有碳氧π键，故1 mol X中含有2 mol碳氧π键，A错误；X分子中含有碳碳双键，碳碳双键两端碳原子上连接的原子或原子团均不相同，故X存在顺反异构体：，B正确；Y分子中的饱和碳原子上没有连接4个不同的原子或原子团，不含手性碳原子，C正确；新制Cu(OH)2可用于检验醛基，X分子中含有醛基，Y分子中不含醛基，可用新制Cu(OH)2检验Y中是否含有X，D正确。
5 (1) C9H10O3　羟基、醛基　(2) 18
(3) 　(4) n＋(n－1)H2O
6 (1) 醚键和羟基　(2) 　(3) 苯乙酸 (4) 　
(5)
(6) 取代(水解)反应　(7) 13　
解析：A与B发生反应生成C，C与D在多聚磷酸的条件下反应生成E，根据E的结构可以推测，C的结构为，进而推断出D的结构为；E与F反应生成G，G根据已知条件发生反应生成H，H的结构为，H发生两步反应得到目标化合物J(奥培米芬)。(1) 根据A的结构，A中的含氧官能团是醚键和羟基。(2) 根据分析，C的结构简式为。(3) 根据分析，D的结构简式为，化学名称为苯乙酸。(4) F的核磁共振氢谱显示为两组峰，峰面积之比为1∶1，说明这4个H原子被分为两组，且物质应该是一种对称的结构，结合F的分子式可以得到，F的结构简式为。(5) 根据分析，H的结构简式见答案。(6) 根据流程，I在LiAlH4/四氢呋喃的作用下生成J，由酯变成醇，发生取代(水解)反应。(7) 能发生银镜反应说明该结构中含有醛基，能遇FeCl3溶液显紫色说明该结构中含有酚羟基。可能的情况有：固定醛基、酚羟基的位置处在邻位上，变换甲基的位置，这种情况下有4种可能；固定醛基、酚羟基的位置处在间位上，变换甲基的位置，这种情况下有4种可能；固定醛基、酚羟基的位置处在对位上，变换甲基的位置，这种情况下有2种可能；将醛基与亚甲基相连，变换酚羟基的位置，这种情况下有3种可能，因此满足以上条件的同分异构体有4＋4＋2＋3＝13种。其中，核磁共振氢谱显示为五组峰，且峰面积之比为2∶2∶2∶1∶1，说明这种同分异构体中不能含有甲基且结构为一种对称结构，因此，这种同分异构体的结构简式为。(共39张PPT)
模块五
有机化学基础
主题12　有机物的组成与结构
第39讲　有机物结构的确定
内容索引
学习目标
活动方案
名卷优选
学 习 目 标
1. 了解李比希法定量分析有机化合物组成元素的一般方法，并能进行有关计算。2. 知道质谱、红外光谱、核磁共振氢谱、X射线衍射谱的应用。3. 能综合实验和谱图分析有机化合物的组成和结构。
活 动 方 案
1. 利用李比希法分析有机化合物的组成。
将某有机物样品研碎后称取0.352 g，置于电炉中，不断通入氧气流并给样品持续加热，将生成物先后通过CaCl2和碱石灰，两者分别增重0.144 g 和0.528 g，生成物被完全吸收。
活动一　有机物组成的确定
(1) 浓硫酸、CaCl2、碱石灰的作用分别是什么？
【答案】 浓硫酸干燥氧气；CaCl2吸收反应生成的水；碱石灰吸收反应生成的CO2。
(2) 装CaCl2与碱石灰的U形管的位置能互换吗？为什么？
【答案】 不能，碱石灰也会吸收水分。
(3) 通过计算确定该有机物的实验式(最简式)。
(4) 若要知道该有机物的分子式，还缺少哪种物理量？
【答案】 相对分子质量。
2. 有机物X的实验式是CH4O，有机物Y的实验式是CH3O。能根据实验式确定有机物X和Y的分子式吗，如果能，直接写出分子式，如果不能，说明理由。
【答案】 X的分子式是CH4O, Y的分子式是C2H6O2。
1. 通过计算确定下列案例中有机化合物的相对分子质量(计算结果保留整数)。
(1) 实验测得某烯烃密度是氢气的21倍。
【答案】 42
(2) 实验测得某烃在标准状况下的密度为1.96 g/L。
【答案】 44
活动二　有机化合物相对分子质量的测定
2. 通过物理方法测定有机物的相对分子质量的示意图如下：
(1) 该物理方法是什么？
【答案】 质谱法
(2) 该有机化合物的相对分子质量为多少？
【答案】 92
(3) 若该有机化合物为烃，试确定该烃的分子式。若该有机化合物为饱和三元醇，试确定该醇的分子式。
【答案】 C7H8　C3H8O3
1. 利用化学实验确定有机物分子的结构。
活动三　有机物分子结构的确定
化学方法 可能的官能团名称
①向某烃样品中滴加溴的四氯化碳溶液，红棕色褪去
②向某烃样品中滴加酸性KMnO4溶液，紫色褪去
③向某有机物样品中加入NaOH溶液，并加热、振荡，加入足量稀硝酸，再加AgNO3溶液，产生淡黄色沉淀
碳碳双键或碳碳三键
碳碳双键或碳碳三键
碳溴键
化学方法 可能的官能团名称
④向某有机物样品中加入金属钠，有无色无味气体放出
⑤向某有机物样品中加入足量溴水，有白色沉淀产生
⑥向某有机物样品中滴加FeCl3溶液，溶液显紫色
⑦将某有机物样品滴加到银氨溶液中，水浴加热，产生光亮的银镜
羟基或羧基
酚羟基
酚羟基
醛基
化学方法 可能的官能团名称
⑧将某有机物样品滴加到新制Cu(OH)2中，加热产生砖红色沉淀
⑨向某有机物样品中滴加NaHCO3溶液，有无色无味气体放出
醛基
羧基
2. 利用物理方法确定有机物分子结构。
若用李比希法测得一种烃的含氧衍生物X中：碳的质量分数为52.17%，氢的质量分数为13.04%。
(1) 试通过计算确定该有机物的实验式(最简式)。
【答案】 C2H6O
(2) 有无必要通过质谱法测定该有机物的相对分子质量，进而确定其分子式？
【答案】 无必要
(3) 若X的红外光谱图如图所示，则其结构简式是什么？
【答案】 CH3CH2OH
(4) 若X的核磁共振氢谱如图所示，则其结构简式是什么？
【答案】 CH3OCH3
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1 [2024南通如皋适应性考试一]有机物W可发生如图所示的反应，下列说法正确的是(　 　)
A. 为促进M的生成，试剂Q可用硫酸
B. Y中所有碳原子均可能共平面
C. M、X、Y都存在顺反异构体
D. X中sp2杂化和sp3杂化的碳原子的比例是8∶1
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【解析】 W―→M的副产物是HBr，为促进M的生成，需要除去反应生成的HBr，故试剂Q是碱性物质，不可能是硫酸，A错误；苯环平面与乙烯平面通过单键相连，单键可以旋转，故Y中所有碳原子均可能共平面，B正确；X中碳碳双键一端的碳原子连有2个H原子，故X不存在顺反异构体，C错误；X中只有2个饱和碳原子采取sp3杂化，其余8个碳原子均采取sp2杂化，故X中sp2杂化和sp3杂化的碳原子之比为4∶1，D错误。
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2 [2024苏南八校大联考]化合物Z是合成受体拮抗剂的重要中间体，其合成路线如下：
下列说法正确的是(　 　)
A. 1 mol X中含有5 mol碳氧σ键
B. Y与足量H2加成后的分子中含有2个手性碳原子
C. Y分子中不可能所有碳原子都共平面
D. Z能还原新制Cu(OH)2得到Cu2O
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【解析】 Y与足量H2加成后，六元环上有支链的碳原子连接的原子具有对称性，所以不存在手性碳原子，B错误；单键可以旋转，且苯环为平面结构，故Y中碳原子可能共平面，C错误；Z中无醛基，无法将新制Cu(OH)2还原为Cu2O，D错误。
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3 [2024南京外国语、金陵中学、海安中学联考]下列关于化合物E和G的说法错误的是(　 　)
A. 官能团种类相同
B. 都含有手性碳原子
C. 都能使酸性KMnO4溶液褪色
D. 可以使用质谱仪区分
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4 [2024南通、泰州等六市一调]物质Y是一种重要的药物中间体，其合成路线如下：
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A
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5 有机化合物A、B、C、D、E转化关系如图所示。
1
将0.1 mol A完全燃烧，产物仅为二氧化碳和水，二氧化碳和水的质量分别为39.6 g和9 g。A的质谱图、红外光谱图分别如图1、图2所示，D是一种聚酯，C、E的核磁共振氢谱均只有两组峰。
图1
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(1) A的分子式为__________。A中含氧官能团的名称是___________ __________。
(2) 化合物E中最多有____________个原子共平面。
(3) 写出有机化合物C的结构简式：__________________。
1
C9H10O3
羟基、
醛基
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(4) 写出反应①的化学方程式：________________________________ ___________________________________。
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6 [2023全国乙卷]奥培米芬(化合物J)是一种雌激素受体调节剂，以下是一种合成路线(部分反应条件已简化)。
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回答下列问题。
(1) A中含氧官能团的名称是_______________。
(2) C的结构简式为___________________。
(3) D的化学名称为_____________。
(4) F的核磁共振谱显示为两组峰，峰面积之比为1∶1，其结构简式
为___________。
1
醚键和羟基
苯乙酸
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(5) H的结构简式为_____________________。
(6) 由I生成J的反应类型是___________________。
(7) 在D的同分异构体中，同时满足下列条件的共有_______种。
①能发生银镜反应；②遇FeCl3溶液显紫色；③含有苯环。
其中，核磁共振氢谱显示为五组峰、且峰面积之比为2∶2∶2∶1∶1
的同分异构体的结构简式为_____________________。
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