2013届高二化学课件：1-4-3分子结构的鉴定(选修5)

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。
1．红外光谱的应用原理
在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不
断振动的状态，其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时，分子中的化学键或官能团 可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同， 在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中 含有何种化学键或官能团的信息。
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。
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
第一章 认识有机化合物
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人 教 版 化 学
3 ．在有机物分子中，组成 ________或________的原子 处于不断振动的状态，其 ________ 与 ________ 的振动频率 相当。所以，当用红外线照射有机物分子，分子中的 ________或________可发生振动________，不同的化学键或 官能团 ________ 频率不同，在 ________ 上将处于不同的位 置，从而可以获得分子中含有何种 ________ 或 ________ 的 信息。 4 ．氢原子核具有 ________ ，如用 ________ 照射氢原子 核，它能通过共振 ________ 电磁波能量，发生 ________ 。 用 ________ 可以记录到有关信号，处在不同化学环境中的 氢原子因产生共振时 ________ 的频率不同，在核磁共振氢 谱图上____________________也不同，且________的面积与 ________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________的氢原子及它们的________。
(2)写出X可能的结构简式________。
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
物的结构简式为(
)
【解析】 【答案】
三个峰说明有三类氢，且个数比为 1∶1∶6， B
只有B项符合。D项结构不明，是分子式而不是结构简式。
质子核磁共振谱 (PMR) 是研究有机物结构的有力手段
之一，在所研究的化合物分子中，每一结构中的等性氢原
子在PMR谱中都给出了相应的峰(信号)，谱中峰的强度与结 构中的氢原子数成正比。例如，乙醛的结构式为 CH3CHO ， 其PMR谱中有两个信号，其强度之比为3∶1。 分子式为 C3H6O2的有机物，如果在PMR谱上观察到的
【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
各类________的数目，确定________。
【答案】
2．化学 准确 能团 磁波
物理
化学
官能团
官能团 紫外光谱
微量
快速
信息量大
质谱
红外光谱
核磁共振
3．化学键
吸收 4．磁性
官能团
电磁波
振动频率
吸收 跃迁
红外光
化学键
官
吸收
红外光谱图 吸收峰
化学键
官能团 吸收电 数目 不同类型
核磁共振仪
出现的位置
氢原子数
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。
③几种官能团的不饱和度
化学键
不饱和度
一个碳 碳双键 1
一个 一个羰基 酯基 1 1
一个碳 碳三键 2
一个 苯环 4
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、甲酸某酯、
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。
用核磁共振仪对分子式为 C3H8O 的有机物进行分析， 核磁共振氢谱有三个峰，峰面积之比是 1∶1∶6，则该化合
1999年合成了一种新化合物X，用现代物理方法测得 X 的相对分子质量为 64 ，各元素的质量分数：含 C 为 93.8%， 含H为6.2%，X分子中有三种化学环境不同的氢原子和四种 化学环境不同的碳原子，且分子中同时存在 C—C 、 C—C 和 CC，并有一个三元环状结构。
(1)X的分子式为________。
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
5．(1)重结晶
蒸馏
萃取
分离
提纯
(2)实验 其实验式
(3)质谱法 (4)红外光谱 分子式 核磁共振 官能团 氢原子 结构式
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。
5．研究有机物的一般步骤
(1) 用 ________ 、 ________ 、 ________ 等方法对有机物
进行________、________； (2)对纯净的有机物进行________，确定________ (3)用________测定相对分子质量，确定________ (4) 用 ________ 、 ________ 确定有机物中的 ________ 和
【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
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：
(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。
氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度比
为 1∶1 ，请写出其对应化合物的结构简式 ________ ，第二 种情况峰的强度比为 3∶2∶1，请写出该化合物的可能的结
构简式__________________。
【解析】
第一种情况峰强度比为11，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
第二种情况峰强度比为 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。
对有机物而言，不仅涉及到物质的分子式，而且常常
甲酸盐、葡萄糖
O [O] f．R—CH2OH ――→ R—CHO ――→ R—COOH连续 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。
1．掌握鉴定有机化合物的物理方法(如红外光谱、核磁
共振谱等)。Βιβλιοθήκη Baidu
2．感受现代物理学及计算机技术对有机化学发展的推 动作用，体验严谨、求实的有机化合物研究过程。
1 ．分子式为 C2H6O 的有机物的结构应有 ________ 种，
分别为________，________。
2 ．鉴定有机物结构的方法有 ________方法和 ________ 方法。 ________ 方法以 ________ 的特征反应为基础，鉴定 出 ________ ，还要鉴别它的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________、________、________、________等特点。 与鉴定有机物结构有关的物理方法有 ________ 、 ________ 、 ________、________等。
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。
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。