第17讲确定有机物分子结构的一般方法

第17讲 确定有机物分子结构的一般方法

【知能整合】

1． 有机物分子结构的确定——化学方法

由于有机化合物中存在同分异构现象，除少数的分子式只对应一种结构外，一般一种分子式对应有多种结构。我们常从以下两方面确定其结构：

(1)根据有机物的特殊反应，确定物质分子中的官能团，从而进一步确定其结构。常见有机物中，能使酸性高锰酸钾溶液褪色的烃类物质有烯烃、炔烃、苯的同系物；能与溴水产生白色沉淀有机物是苯酚；能发生与银氨溶液或新制Cu(OH)2反应的物质有醛类、甲酸、甲酸某酯、葡萄糖、麦芽糖等；能与碳酸钠反应产生气体的有机物是羧酸。

(2) 有机物实验式的确定

①实验式(又叫最简式)是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简单整数比的式子。

②若有机物分子中 w (C)＝a %、w (H)＝b %、w (O)＝c %，则：N (C) : N (H) : N (O)＝16

%:1%:12%c b a ，即可得到实验式。实验式也可以通过燃烧产物的物质的量等方法确定。确定实验式前必须先确定元素的组成，如某有机物完全燃烧的产物只有 CO 2 和 H 2O ，则其组成元素可能为C 、H 或 C 、H 、O ；若燃烧产物 CO 2 中的碳元素的质量和燃烧产物 H 2O 中氢元素的质量之和等于原有机物的质量时，则原有机物组成中不含O 元素。

(3)确定有机物分子式和结构式的过程可简单归纳如下：

2． 有机物分子结构的确定——物理方法(波谱法)

化学方法以官能团的特征反映为基础，鉴定出官能团，还要制备它的衍生物以进一步确认其结构。当化合物结构比较复杂时，往往要耗费大量时间。物理方法（波谱法）具有微量、快速、准确、信息量大等特点。(1)质谱——可快速、准确测定有机物的相对分子质量。(2)红外光谱——可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。⑶核磁共振氢谱——可推知有机物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的数目之比。

【典型例析】

例1：已知某有机物 A 的式量为128。

(1)若A 物质中只含有碳、氢、氧三种元素，且A 分子中含有一个酯的结构，则A 的分子式为__________，结构简式为____________(任写出一种)。

(2)若 A 物质中只含有碳、氢、氮三种元素，且 A 分子中氮原子数目最少，则 A 的分子式为__________，若 A 分子中有一个由氮原子和其他碳原子形成的六元环，则 A 的结构简式为__________(任写一种)。

变式训练：

某有机物仅含C、H、N三种元素，其相对分子质量不超过200，其中氮元素的质量分数为10.85％，下列关于该有机化合物的说法正确的是

A．可能是芳香烃B．不可能是芳香族化合物

C．该物质的熔点较高D．分子结构中可能只含有单键

例2：A是烃，B是烃的含氧衍生物，A、B均为常见的有机物。由等物质的量A和B组成的混合物0.05 mol在0.125 mol O2中恰好完全燃烧生成0.1 mol CO2和0.1 mol H2O。试回答下列问题：

⑴混合物中A、B的组合可能有_________种。

⑵另有一种组合的A和B，以任意比混合，且物质的量之和为a mol。①若耗氧量一定，则A、B的分子式分别是A_________，B_________，耗氧量为_________mol（用a表示）。②若生成的CO2和H2O的物质的量一定，则A、B的分子式分别是A_________，B_________。③若生成CO2的量为定值，则生成物H2O的质量范围为_________（用a表示）。

变式训练：

现有0.1 mol某有机物A在8.96 L O2中充分燃烧后，气体体积变为6.72 L，通过足量碱石灰吸收后剩余2.24 L(气体体积均在标准状况下测定)。

(1)燃烧后所得混合气体中CO2的物质的量为___________，2.24L剩余气体可能是________或___________；

(2)若A是烃，其化学式可能是_______或_______；若A是烃的衍生物，其化学式可能是_______或_______。

(3)若A由丁醛（C4H8O）与气体B等物质的量混合得到，则气体B的化学式为_______。

例3：胡椒酚A是植物挥发油中的一种成分。某研究性学习小组对其分子组成结构的研究中发现：A 的相对分子质量不超过150；A中C、O的质量分数分别为：w(C)＝80.60%，w(O)＝11.94%，完全燃烧后产物只有CO2和H2O。根据以上信息，填写下列内容：

(1)A的摩尔质量为。

(2)光谱分析发现A中不含甲基(－CH3)，苯环上的一氯取代只有2种；1molA与足量溴水反应，最多消耗3molBr2。A的结构简式为。

(3)A的一种同分异构体中，苯环上含有两个取代基，取代基位置与A相同，且能发生银镜反应。

①符合条件的A的同分异构体的结构简式。

②上述A的一种同分异构体发生银镜反应的化学方程式。

变式训练：

有机物A与乙酸无论以何种比例混合，只要质量一定，完全燃烧后产生的水的质量也一定，试回答：

(1)若A与乙酸相对分子质量相等，且既能发生银镜反应又能发生酯化反应，则A的结构简式为_____________。

(2)若A由四种元素形成的两种官能团组成，相对分子质量与乙酸相等，且分子中氢原子都不与碳原子相连，则A的结构简式为_____________。

(3)若A分子中C、H元素质量分数之和为86.67%，其余为O，且A的相对分子质量小于200，则A的分子式为___________。如果A分子每个碳原子都达到饱和，且能与金属钠反应产生氢气，则A的结构简式为________________________。

【当堂反馈】

1．1 mol 仅含C 、H 、O 三种元素的有机物A 在稀硫酸中水解生成1 molB 和1 molC 。B 分子中N (C)∶N (H)＝4∶5，135＜M r(B)＜140；C 与B 分子中C 原子数相同，且M r(B)＝M r(C)＋2。

(1)C 的分子式为 ，A 的摩尔质量为 ；

(2)B 的分子具有高度对称性，苯环上的一氯取代物只有一种。B 能与金属Na 反应但不能与NaOH 反应。写出B 的结构简式 ；

(3)C 有多种同分异构体，其中属于酯类的同分异构体有 _____________种；

(4)C 分子中苯环上有两个取代基，且苯环上的一氯取代物有两种。写出A 的结构简式 。

2．A 、B 、C 都是含C 、H 、O 、N 四种元素的有机化合物。1molA 隔绝空气经加热分解后得到1molB 和1molCO 2，且有机物的质量减少了29.53%，B 是天然蛋白质水解的最终产物，经红外光谱分析得知，B 分子结构中不含甲基，除-COOH 外，还含有一个-OH 。C 属于硝酸酯类化合物，又是B 的同分异构体。回答下列问题：

(1)A 的相对分子质量是___________；

(2)B 的结构简式是____________；

(3)C 可能的几种结构简式是___________________________________________________________________。

3．已知有机物分子中的烯键可发生臭氧分解反应，例如：R －CH ＝CH －CH 2OH −−−−→−+O

H Zn O 23/R －CH ＝O ＋O ＝CH －CH 2OH 。A 的部分性质如下图所示：

试根据上述信息结合所学知识写出A 的结构简式。

4．碳、氢、氧3种元素组成的有机物A ，相对分子质量为102，含氢的质量分数为9.8%，分子中氢原子个数为氧的5倍。

(1)A 的分子式是 。

(2)A 有2个不同的含氧官能团，其名称是 。

(3)一定条件下，A 与氢气反应生成B ，B 分子的结构可视为1个碳原子上连接2个甲基和另外2个结构相同的基团。 ①A 的结构简式是 。

②A 不能．．

发生的反应是(填写序号字母) 。 a ．取代反应 b ．消去反应 c ．酯化反应 d ．还原反应

(4)写出两个与A 具有相同官能团、并带有支链的同分异构体的结构简式： 。

(5)A 还有另一种酯类同分异构体，该异构体在酸性条件下水解，生成两种相对分子质量相同的化合物，其中一种的分子中有2个甲基，此反应的化学方程式是 。

(6)已知环氧氯丙烷可与乙二醇发生如下聚合反应：

n H 2C CH CH 2Cl O

＋n OHCH 2CH 2OH

一定条件CH 2CHCH 2OCH 2CH 2O OH

n ＋n HCl B 也能与环氧氯丙烷发生类似反应生成高聚物，该高聚物的结构简式是 。