分子结构的鉴定件

【解析】 第一种情况峰强度比为1∶1，说 明有两类性质不同的氢原子，且两类氢原子 数目相等，即有2个性质不同，连接方式有别 的—CH3，则结构简式为
第二种情况ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ强度比为3∶2∶1，说明结构 中含有3种不同性质的氢原子，其个数分别为 3、2、1：
【点拨】
利用红外光谱，可测知有机物中含有的键
的种类；利用核磁共振氢谱可知有机物中氢原子的种类； 二者结合可推测有机物的结构。
磁性 电磁波 4．氢原子核具有_______，如用_______照射氢原子核， 吸收 它能通过共振________电磁波能量，发生______。用 跃迁 ______可以记录到有关信号，处在不同化学环境中的氢原 核磁共振仪 吸收电磁波 子因产生共振时______的频率不同，在核磁共振氢谱图上 出现的位置 吸收峰 _______也不同，且______的面积与_____成正比。因此， 氢原子数 从核磁共振氢谱图上可以推知该有机物分子有几种_____ 不同类型 数目 的氢原子及它们的_______。
问题探究
1．从红外光谱图和核磁共振氢谱图上可以获得什 么信息？ 提示：从红外光谱图上可以获得分子中含有何种化 学键或官能团的信息；从核磁共振氢谱图上可以推 知该有机物有几种不同类型的氢原子及它们的数目。 2．根据有机化合物分子式能否确定有机化合物 的结构？ 提示：一般不能，因为有机化合物分子有同分异 构现象。要确定其结构可利用现代仪器进行光谱， 核磁共振谱质谱等分析，可获得重要的数据来确 定分子结构。
【答案】 (2)C2H6O
(1)n(C)∶n(H)∶n(O)＝2∶6∶1 CH3—O—CH3
(3)CH3CH2OH (4)CH3CH2OH
一定条件 (5)nCH2CH2 ――→ CH2CH2 △ 催化剂 (6)CH2CH2＋HCl ――→ CH3CH2Cl △ 浓硫酸 (7)CH3COOH＋HOCH2CH3 3COOCH2CH3＋ CH △ H2 O
2．核磁共振氢谱的应用原理 氢原子核具有磁性，如果用电磁波照射氢原 子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生 跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号， 处于不同化学环境中的氢原子因产生共振吸 收的频率不同，在谱图上出现的位置也不同， 且吸收峰的面积与氢原子数成正比。因此， 从核磁共振氢谱图上可以推知该有机物分子 有几种不同类型的氢原子及它们的数目。
(1)有机物分子不饱和度的计算： nH ①有机物分子的不饱和度＝n(C)＋1－ 2 其中n(C)为碳原子数；n(H)为氢原子数。在计算不 饱和度时，若含卤素原子，可将其视作氢原子；若含氧 原子，可不予考虑；若含氮原子，则从氢原子总数中减 去氮原子数。
②不饱和度(也称缺氢指数)可以为测定有机物 分子结构提供其是否含有双键、三键或碳环 等不饱和结构的信息。 一 一个 ③几种官能团的不饱和度 一个 一个 个 一个羰 化学键 碳碳 碳碳 基 酯基 苯 双键 三键 环 不饱和 1 1 1 2 4 度
1．分子式为C2H6O的有机物的结构应有________ 种，分别为______，_____。 化学 2．鉴定有机物结构的方法有________方法和 物理 化学 官能团 ________方法。________方法以________的特 征反应为基础，鉴定出________，还要鉴别它的 官能团 衍生物以进一步确认该未知物。当化合物结构比较 复杂时，往往要耗费大量的时间。物理方法具有 准确 快速 信息量大 ________、________、________、________等 微量 特点。与鉴定有机物结构有关的物理方法有 质谱 红外光谱 紫外光谱 核磁共振 _______、_______、______、______等。
[性质实验]
(5)A在一定条件下脱水可生成B，B可合成包 装塑料C，请写出B转化为C的化学反应方程 式：_________。 (6)体育比赛中当运动员肌肉扭伤时，队医随 即用氯乙烷(沸点为12.27 ℃)对受伤部位进行 局部冷冻麻醉。请用B选择合适的方法制备 氯乙烷，要求原子利用率为100%，请写出制 备反应方程式：______________________。 (7)A可通过粮食在一定条件下制得，由粮食 制得的A在一定温度下密闭储存，因为发生 一系列的化学变化而变得更醇香。请写出最 后一步反应的化学方程式：____。
(4)核磁共振氢原子光谱能对有机物分子中不 同位置的氢原子给出不同的峰值(信号)，根 据峰值(信号)可以确定分子中氢原子的种类 和数目。例如：甲基氯甲基醚(Cl—CH2—O— CH3)有两种氢原子(如(1)所示)。经测定，有 机物A的核磁共振氢谱示意图如图(如(2)所示)， 则A的结构简式为 ________________________。
所以，该有机物还含有O，其质量为m(O)＝1.38g－ 0.66g＝0.72g 因此该有机物分子中各元素原子数目为： 0.54g×92 N(C)＝ ＝3 1.38g×12 0.72g×92 N(O)＝ ＝3 1.38g×16 该有机物的分子式为C3H8O3。 0.12g×92 N(H)＝ ＝8 1.38g×1
对有机物而言，不仅涉及到物质的分子式，而且常 常需要确定物质的结构式，要确定其结构式，一般 遵循“求式三步曲”。下图较全面地归纳了有机物 分子式和结构式的确定方法。
【例2】 有机物A蒸气的质量是相同状况下 同体积乙醇蒸气的2倍。1.38gA完全燃烧后， 若将燃烧的产物通过碱石灰，碱石灰的质量 会增加3.06g；若将燃烧产物通过浓H2SO4， 浓硫酸的质量增加1.08g；取4.6gA与足量钠 反应，生成的气体在标准状况下的体积为 1.68L；A不与纯碱反应。试通过计算确定A 的分子式和结构简式。
①本题确定有机物的结构综合了同分异构体、 等效氢和等效碳、不饱和键数的确定等多种 有机化学原理，对有机物的空间架构的想象 能力也提出要求。②与相应的烷烃比，若少2 个H原子，则分子中可能有一个双键或一个 环；若少4个H原子，则分子中可能有两个双 键或一个三键或一个双键一个环或两个环； 若少8个H原子，则可能有一个苯环。
(2)确定有机物的官能团： 可以通过化学反应对有机物的官能团进行鉴 定和确定，从而推断有机物的可能官能团。 但用化学方法来确定有机物的结构有时是相 当复杂的。
官能团种类 试剂 碳碳双键或 Br2的CCl4溶液 三键 酸性KMnO4溶液 卤素原子 醇羟基 酚羟基 醛基 羧基 AgNO3和稀HNO3的混合液 钠 FeCl3溶液
某化合物经元素分析含C：64.87%、H： 13.51%、O：21.62%(均为质量分数)，质谱 中分子离子峰m/e＝74。红外光谱显示分子 只含—OH，核磁共振氢谱中有4个峰，且峰 面积之比为1∶1∶2∶6，试确定该化合物的 结构简式。
有机物分子结构的测定 测定有机物的结构，关键步骤是判定分子的不饱和 度及典型的化学性质，进而确定分子中所含的官能 团及其所处的位置，从而推知有机物的分子结构。 确定有机物分子结构的流程示意图如下：
氧化关系。
随着科学技术的发展，人们能通过红外光谱 (IR)、核磁共振谱(NMR)等快速准确地确定 有机物的结构。 从未知物的红外光谱图中可以准确判断有机 物含有哪种化学键或官能团。 利用核磁共振氢谱能够测定有机物分子中氢 原子在碳骨架上的位置和数目，进而推断出 有机物的碳骨架结构。
【例3】 为测定某有机化合物A的结构，进行如下 实验。 [分子式的确定] (1)将有机物A置于氧气流中充分燃烧，实验测得： 生成5.4 g H2O和8.8 g CO2，消耗氧气6.72 L(标准 状况下)。则该物质中各元素的原子个数比是 ________； (2)质谱仪测定有机化合物的相对分子质量为46，则 该物质的分子式是________________________； (3)根据价键理论，预测A的可能结构并写出结构简 式__________________。 [结构式的确定]
【例1】 未知物A的实验式为C2H6O，其红外光 谱图如图(a)，其核磁共振氢谱图有三个峰如图(b)， 峰面积之比是1∶2∶3。未知物A的质谱图如图(c)。 推导出未知物A的结构简式。
(c)未知物A的质谱图
【解析】 ①由A的质谱图知，M(A)＝46， 因M(C2H6O)＝46，则实验式、分子式为 C2H6O。②由A的红外光谱图(a)知，A的分 子结构中含有C—H、O—H、C—O键。③由A 的核磁共振氢谱图(b)知，A有三个峰如图(b)， 峰面积之比是1∶2∶3，分别是羟基的一个 氢原子，亚甲基的两个氢原子和甲基的三个 氢原子，即有三种类型的氢原子。 【答案】 未知物A的结构简式为 CH3CH2OH。
【解析】
A的相对分子质量Mr(A)＝46×2＝92
水的质量m(H2O)＝1.08g CO2的质量m(CO2)＝3.06g－1.08g＝1.98g 2 氢的质量m(H)＝1.08g× ＝0.12g 18 12 碳的质量m(C)＝1.98g× ＝0.54g 44 因m(H)＋m(C)＝0.12g＋0.54g＝0.66g<1.38g
3．在有机物分子中，组成_____或_____的原子处于不断 化学键 官能团 振动的状态，其______与______的振动频率相当。所以， 振动频率 红外光谱 当用红外线照射有机物分子，分子中的______或_____可 化学键 官能团 吸收 发生振动_____，不同的化学键或官能团_____频率不同， 吸收 在_______上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含 红外光谱图 有何种_______或______的信息。 化学键 官能团
判断依据
红棕色褪去
紫色褪去 有沉淀生成 有氢气放出 显色
溴水 银氨溶液 新制Cu(OH)2悬浊液
NaHCO3溶液 (NH4)2Fe(SO4)2溶液H2SO4 以及KOH的甲醇溶液
有白色沉淀产生 有银镜生成 有砖红色沉淀生成
有二氧化碳放出 1分钟内溶液由淡绿 色变红棕色
硝基(—NO2) 氰基(—CN)
稀碱水溶液，加热
有氨气放出
②重要官能团的化学特性： a．能与Na反应：醇羟基、酚羟基、羧基 b．能与NaOH反应：酚羟基、羧基 c．能与Na2CO3反应：酚羟基(但不产生CO2)、 羧基 d．能与NaHCO3反应：羧基 e．能发生银镜反应的物质类别：醛、甲酸、 O 甲酸某酯、甲酸盐、葡萄糖 [O] R—COOH连续 f．R—CH2OH ――→ R—CHO ――→