有机化合物结构的测定参考
第39讲 有机物化合物结构的测定
第39讲有机化合物结构的测定（建议2课时完成）[考试目标]1．了解确定有机化合物结构的一般步骤和程序。
（选考内容）2．能够进行确定有机物分子式的简单计算。
（选考内容）3．能利用官能团的检验方法及相关图谱确定有机物的组成和结构。
（选考内容）4．综合应用各类物质的性质，进行鉴别、分离、提纯和推导未知物质。
（必考加选考内容）5．了解确定有机化合物结构的化学方法和某些物理方法。
（选考内容）[要点精析]一、有机物结构测定的步骤和程序二、有机化合物分子式的确定1、确定有机化合物元素组成：(1)C、H、O质量分数的测定①某有机物完全燃烧后若产物只有CO2和H2O或不完全燃烧后生成CO、CO2和H2O，则其组成元素可能为C、H或C、H、O。
②欲判定该有机物中是否含有氧元素，首先应求出产物中所含碳元素的质量及氢元素的质量，然后将碳、氢元素的质量之和与原有机物质量比较，若两者相等，则原有机物的组成中不含氧；否则，原有机物的组成中含氧。
(2)氮元素质量分数的测定样品在一定条件下转化为氮气，求出氮元素的质量分数。
(3)卤元素质量分数的测定样品在一定条件下转化成卤化银沉淀，求出卤素的质量分数。
2、测定有机化合物相对分子质量(1)已知标准状况下气体的密度为ρ0，则该气体的相对分子质量Mr=22.4ρ0(2)若已知A气体对B气体的相对密度为D，则A的相对分子质量M A＝D•M B(3)求混合气体的平均式量M＝M A•A%＋M B•B%＋M C•C%‥‥‥(A%、B%、C%‥‥‥为A、B、C气体在混合气体中的体积分数)(4)求混合物的平均式量：M＝m(混总)/n(混总)(5)质谱法三、有机化合物结构式的确定1、有机化合物分子不饱和度的计算(1)分子不饱和度＝n(C)＋1－n(H)/2n(C)：碳原子个数n(H)＝氢原子数＋卤原子数－N原子数(2)双键脂环的分子不饱和度为1、参键分子不饱和度为2、苯环分子不饱和度为42、确定有机化合物官能团①紫外光谱可用于确定分子中有无共轭双键。
有机化合物结构的测定(鲁科版)
第二节有机化合物结构的测定编制：审核：审批时间：2012-04-13【学习目标】1、了解有机化合物结构测定的一般步骤和程序，能进行确定有机化合物分子式的简单计算。
2、能利用官能团的化学检验方法鉴定单官能团化合物分子中是否存在碳碳双键、碳碳三键、卤素原子，醇羟基、酚羟基、醛基、羧基等。
3、能根据有机化合物官能团的定性鉴定结果、判断和确定有机化合物样品的组成与结构。
【教学重点、难点】确定有机化合物的结构式有机化合物官能团种类及官能团在碳骨架中位置确定的方法【使用说明】阅读课本108—114页，完成自学指导，熟记课本基本知识。
【自主学习】测定有机化合物结构的核心步骤是确定其，检测分子中所含的，及。
一、有机化合物分子式的确定1、确定有机化合物分子式的基本思路：确定，各元素的，还要测定其。
2、碳、氢元素的测定：最常用的方法是.测定步骤是：取样品在中充分；燃烧后的和依次通过和；称重后根据反应前后的质量变化，计算出样品中的的含量。
3、氧元素的测定：得知C 、H的质量分数后，若总和，其差值一般是的质量分数。
二、有机化合物结构式的确定确定有机物的官能团近代快速测定有机化合物分子结构的方法有、、。
【拓展视野】阅读P112光谱分析的作用（了解质谱与核磁共振氢谱）【合作探究】有机化合物结构的测定1、实验式（最简式）的确定例1、烃A 2.9g完全燃烧生成8.8g CO2和4.5g H2O，则烃A的最简式是？例2、某有机物A中含碳为72.0%、含氢为12.0%，其余含有氧，则该物质的实验式是？思考：当有机物完全燃烧只生成二氧化碳和水时，如何确定有机物中是否含氧元素？2、有机化合物相对分子质量的确定例3、已知某气态烃在标准状况下的密度为1.25g/L，则该烃为？例4、已知某气态烃与氢气在相同状况下的相对密度为29，试写出该烃可能的结构简式。
例5、某有机物的质谱图如图所示，则该有机物的相对分子质量为3、有机物分子式的确定思考：已知有机物的实验式，能否直接确定有机物的分子式？若由实验式不能直接确定分子式，至少还应该知道什么数据才能求出其分子式？4、有机物结构的确定例6、一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳碳双键和C＝O的存在，核磁共振氢谱列如下图：①写出该有机物的分子式：②写出该有机物的可能的结构简式：【课堂小结】【课堂练习】1、某芳香族化合物的分子式为C8H6O2，它的分子（除苯环外不含其他环）中不可能有（）A.两个羟基B.一个醛基C.两个醛基D.一个羧基2、某有机物甲经水解可得乙，乙在一定条件下经氧化后可得丙，1mol丙和2mol 甲反应得一种含氯的酯（C6H8O4Cl2）。
有机化合物的结构表征方法关系及区别
一、在研究有机化合物的过程中，往往要对未知物的构造加以测定，或要对所合成的目的物进展验证构造。
其经典的方法有降解法和综合法。
降解法是在确定未知物的分子式以后，将待测物降解为分子较小的有机物，这些较小的有机物的构造式都是的。
根据较小有机物的构造及其他有关知识可以判断被测物的构造式。
综合法是将构造的小分子有机物，通过合成途径预计*待测的有机物，将合成的有机物和被研究的有机物进展比拟，可以确定其构造。
经典的化学方法是研究有机物构造的根底，今天在有机物研究中，仍占重要地位。
但是经典的研究方法花费时间长，消耗样品多，操作手续繁。
特别是一些复杂的天然有机物构造的研究，要花费几十年甚至几代人的精力。
近代开展起来的测定有机物构造的物理方法，可以在比拟短的时间内，用很少量的样品，经过简单的操作就可以获得满意的结果。
近代物理方法有多种，有机化学中应用最广泛的波谱方法是紫外和可见光谱，红外光谱，以及核磁共振谱〔氢谱、碳谱〕，一般简称"四谱〞。
二、经典化学方法1、特点：以化学反响为手段一种分析方法2、分析步骤〔1〕测定元素组成：将样品进展燃烧，观察燃烧时火焰颜色、有无黑烟、剩余，再通过化学反响，检测C、H、O等元素含量，得到化学式〔2〕测定分子摩尔质量：熔点降低法、沸点升高法〔3〕溶解度实验：通过将样品参加不同试剂，观察溶解与否，来进展构造猜想〔4〕官能团实验：通过与不同特殊试剂反响，判断对应的官能团构造〔例：D-A反响形成具有固定熔点的晶体——存在共轭双烯〕〔5〕反响生成衍生物，并与构造的衍生物进展比拟。
三、现代检测技术〔一〕紫外光谱(Ultraviolet Spectra,UV)(电子光谱)1、根本概念〔1〕定义：紫外光谱法是研究物质分子对紫外的吸收情况来进展定性、定量和构造分析的一种方法。
〔2〕特点：UV主要产生于分子价电子在电子能级间的跃迁，并伴随着振动转动能级跃迁，是研究物质电子光谱的定量和定性的分析方法。
有机化合物的结构测定
种信号的是：
√A. HCHO
C. HCOOH
B. CH3OH D. CH3COOCH3
图谱解题建议：
1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方 法。 2、必须尽快熟悉有机物的类别及其官能团。
3、根据图谱获取的信息，按碳四价的原 则对官能团、基团进行合理的拼接。
4、得出结构（简）式后，再与谱图提供信息对 照检查，主要为分子量、官能团、基团的类别 是否吻合。
氮原子则在氢原子中减去可编辑版39官能团种类试剂判断依据溴的四氯化碳溶液红棕色褪去酸性高锰酸钾溶液紫色褪去卤素原子naoh溶液稀硝酸硝酸银溶液有沉淀生成醇羟基有氢气放出酚羟基三氯化铁溶液显色浓溴水有白色沉淀生成银氨溶液有银镜生成新制氢氧化铜悬浊液有砖红色沉淀生成羧基碳酸氢钠溶液有气体放出硝基硫酸亚铁铵溶液硫酸与氢氧化钾的甲醇溶液1分钟内溶液由淡绿色变红棕色稀碱水溶液加热有氨气放出可编辑版40红外光谱ir
测定有机化合物结构流程图
有机化合物 定性定量分析
测定相对分子质量
元素组成 相对分子质量
化学分析 光谱分析
分子式
官能团及 碳骨架结构
分子结构
一、有机物分子式的确定
1、确定元素组成
李比希法
❖ 碳、氢元素质量分数的测定：燃烧分析法
❖ 一般来说，有机物完全燃烧后，各元素对应的产 物为C→CO2，H→H2O，Cl →HCl。某有机物 完全燃烧后，若产物只有CO2和H2O ，其组成元 素肯定有C、H，可能有O。
▪ 案例：医用胶单体的结构确定
小知识
外科手术常用化学合成材料—— 医用胶
医用胶
常用作手术缝合线，特点：粘
合伤口速度快、免敷料包扎、 抑菌性能强、伤口愈合后无明 显疤痕等优点
正在缝合
有机化合物的表征
• 15.1 • 15.2 • 15.3 • 15.4
红外光谱法 核磁共振波谱法 紫外光谱法 质谱法
返回
15.1 红外光谱法
• 1. 峰强及峰形，判断化合物中可能存在的官能团，从而推断出未知物的 结构
• 2. 核磁共振波谱法：具有磁矩的原子核在强外界磁场条件下吸收电 磁辐射，从较低自旋能级跃迁到较高自旋能级而产生的波谱。根据核 磁共振波谱图中峰数、化学位移、峰面积及峰的裂分可以比较准确地 推断有机化合物的构造
由于振动偶合，结果使甲基的面内弯曲振动(1380cm-1)峰发生分 裂，出现双峰。 • 甲氧基中的甲基：甲氧基中的碳直接与氧原子连接，氧原子的影响使 C—H 伸缩振动显示特别的吸收峰，该振动在2835~2815cm-1范 围内出现尖锐而中等强度的吸收，具有很强的结构鉴定
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15.1 红外光谱法
• 红外光是一种波长大于可见光的电磁辐射，波长范围为 0.76~1000μm，通常又把这个区域分为近红外区、中红外区和远 红外区，其波长范围见表15-2。
• 近红外区主要研究稀土和过渡金属离子的化合物、水、含氢原子团
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15.1 红外光谱法
• 化合物的定量分析。绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带都 出现在中红外区，由于基频振动是最强的吸收，适宜进行定性、定量 分析，所以中红外区又称红外光谱区。远红外区对异构体的研究特别 方便，由于低频骨架振动能很灵敏地反映出结构变化，此区还可用于 金属有机化合物的氢键、吸附现象的研究，但由于该光区弱，一般不 在此范围内进行分析。
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15.1 红外光谱法
• 电波能引起原子核自旋能级跃迁，产生核磁共振谱；红外光辐射能引 起分子中原子的振动和转动能级跃迁，产生红外光谱；紫外光和可见 光辐射能够引起分子中价电子能级跃迁，产生紫外-可见光谱；χ射线 辐射能够引起分子中内层电子的跃迁，产生χ射线衍射，等等。
综合化学实验21化合物表征
二、1H-NMR的化学位移
由于化学环境不同，分子中的H引起核磁共 振信号位置的变化称为化学位移，用δ 表示。
1. 屏蔽效应
分子中的H周围有电子 (化学环境) , 电子在 磁场中运动产生与外磁场方向相反的诱导磁场, 抵消了一部分外磁场, 若使H发生核磁共振, 必 须增大外磁场强度, 这种现象称为电子的屏蔽作 用或屏蔽效应。
质谱不属于光波谱，它主要是确定分子的相 对质量和组成分子的基团，进一步推测分子的结 构。
测定有机化合物结构的主要波谱方法
波谱方法 核磁共振谱
(nuclear magnetic resonance spectroscopy)
(infrared spectroscopy)
(ultraviolet-visible spectroscopy) (mass spectrometry)
第2章 基本型综合实验
2.1 研究有机化合物结构的基本程序
2.1.1 有机化合物结构表征的基本程序
分离提纯 元素定性、定量分析 推导构造式
测定相对分子质量
结构表征
2.1.2 有机化合物结构表征方法 1. 化学方法
(1) 官能团分析方法 利用官能团特征反应决定研究对象所属化合 物类别，进行定性分析和定量测定。 (2) 官能团转化法 把官能团化合物转化成其衍生物，测定衍生 物的性质。 (3) 化学降解及合成方法
波长 /nm 波长 /mm 100 200 0.1 0.2 紫外光 400 0.4 780 0.78 3×103 3×104 3×105 108 3 红外光 30 300 105
远紫 光谱区域 X光 外光
无线 可见光 微波 电波 近红外 中红外 远红外
分子 转 动 原子核 电子 自旋 自旋 电子 近红外 红 外 远红外 自 旋 核 磁 光谱 光 谱 光谱 光 谱 共振谱
第四章 有机化合物的结构表征
4，振动频率及其影响因
根据胡克定律和经典力学规律可以推导出其振动频率和 波数的公式：
化学键越强（即键的力常数k越大）原子折合质量越小，化 14 学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
P98-99
（1）力常数和折合质量的影
折合质量对振动频率的影响
15
(2)，诱导效
O R C R' 1715 O R C F 1869
红外吸收产生条件
(1) 基团振动产生偶极矩变化。 (2) 辐射能量满足振动能级跃迁需要。 红外光谱适用范围广，无机和有机化合物都可以测定红外光 谱；各种相态都可以测定，如气态、液态、固态。 最常用溴化钾压片法，吸湿造成在3330cm-1处有吸收峰。
17
6．红外光谱图和波谱信
波数线性 4000~2000 cm–1等间距，2000~400 cm–1等间距。
43
44
二、1H-NMR的化学位移：
（一）屏蔽效应和化学位
感应磁场对外磁场的屏蔽作用称 作电子屏蔽效应(electronic shield effect)。 这种由于分子中各组氢核所处的化学环境不同，在不同的磁场 产生共振吸收的现象称为化学位移(chemical shift)，也作为表 示不同信号间差距的度量。
近代物理方法 ——有机化合物的波谱学。
4
（5）化合物结构表征： 化学方法：利用官能团特征反应确定化合物类别,化 降解及合成方法，官能团转化法。 物理常数测定法：标准品对比法，如混合熔点法。 近代物理方法 ——有机化合物的波谱学。 近代物理方法的特点：试样用量少，测试时间 短，结果精确等。 有机化合物的结构表征往往需要多种方法结合 使用，才能确定化合物的结构。
羰基的伸缩振动频率(cm-1)
第6章 结构的表征
2、核磁共振谱仪及核磁共振谱的表示方法
（1）核磁共振谱仪基本原理示意图
无线电波 振荡器 信号 接受器
N
S
扫描发生器
记录显示器
2）核磁共振谱图的表示方法
吸 收 强 度 低场
信号
若固定Ho ，改变υ ，叫扫频 固定υ ，改变Ho，叫扫场 现多用扫场方法得到谱图 高场
磁场强度（Ho ）
3、化学位移（chemical shift) 1）概念：原子核（如质子）由于化学环境所引起的 核磁共振信号位置的变化称为化学位移（δ） . 2）屏蔽效应（shielding effect) 核磁共振是由电磁波照射磁场中的质子产生的， 而在外加磁场（H0）的作用下，核外电子会发生循环 的流动，从而产生一个感应磁场。由于有机化合物分 子中质子周围都有电子，从而导致质子所感受到的磁 场强度，不等于外加磁场强度，即电子对外加磁场有 屏蔽作用。（如：手机屏蔽）
第6章 结构的表征
有机化合物的结构测定是有机化学的重要组成部分。 因此，确定研究化合物的结构是研究有机化学的首要任
只有了解了化合物的结构，才能深入研究其性质和作用， 务。过去用化学方法测定有机化合物的结构, 费时、费
力、需要的样品量大，有时甚至难以完成。
例
HO
OH
O
左图所示吗啡碱结构的测定， 从1805年至1952年才完 成，
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
对称伸缩振动(vs) -1 (2853 cm )
C
不对称伸缩振动 (vas) -1 (2926 cm )
弯曲振动只改变键角,不改变键长
C
C 面内摇摆振动 ( ρ ) 面内
弯 曲 振 动
剪式振动( δ s)
+ C
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2020/11/26
1
第2节 有机化合物结构的测定
1、了解有机化合物结构测定的一般方法 2、掌握有机化合物分子式和结构式的确定
学习目标
测定有机化合物的结构流程
有机化合物
定性定量 分析
—————————————相 质—对量—分 测—子 定——
元素组成 ————————
相对分子质量
（3）能与银氨溶液反应；
化合物A中可能含有哪些官能团？
答案
C=C
C=C
苯环
酚羟基
醛基
汇报结束 谢谢大家!
请各位批评指正
2020/11/26
28
显色 产生白色沉淀
一些常见的官能团的化学检验方法 官能团种类
试剂
醛基
羧基 硝基 氰基
银氨溶液 新制Cu(OH)2悬浊液
NaHCO3溶液 (NH4)2Fe(SO4)2、H2SO4
以及KOH的甲醇溶液
稀碱水溶液加热
判断依据
产生银镜 产生砖红色沉淀 有CO2气体产生 1分钟淡绿变红棕 有氨气放出
阅读教材（P112）
2、有机化合物结构式的确定 （1）有机化合物分子不饱和度的计算 （2）确定有机化合物的官能团
随堂测试
（1）乙炔 （3）葡萄糖 C6H12O6
1、求下列各有机物的不饱和度。 （2）乙醛
答案
（1）2
（2）1
（3）1
随堂测试
2、已知柠檬醛的结构简式为： （CH3）2C=CHCH2CH2C（CH3）=CHCHO
若有机物中含有X(卤素原子)，可将其视为—————； 若含有O(氧原子)，可不予————；
若含有N(氮原子)，就在氢原子总数中减去
。
考虑
H(氢原子) 氮原子数
Байду номын сангаас
有机化合物分子不饱和度的计算 计算公式：
分子的不饱和度=n(C)+1-n(H)/2
例如，分子式为C6H5NO2的分子的不饱和度为： 6+1-（5-1）/2=5
练习：求下列有机化合物的不饱和度。 （1）C4H8 （3）乙醇 CH3CH2OH
（2）CH2=CH-CH=CH2 (4) 溴苯 C6H5Br
（1）1 （3）0
（2）2 （4）4
二、有机化合物结构式的确定
1、有机化合物分子不饱和度的计算
2、确定有机化合物的官能团
官能团决定了有机物的
性质。
通过有机物的化学反应，可以推断有机物
化学分析 仪器分析
分子式 ————————
官能团及碳骨架状况
分子结构
学 习
第2节 有机化合物结构的测定
一、怎样确定有机化合物的分子式？
（1）确定有机化合物的
；
元素组成及各元素质量分数
（2）测定有机化合物的
。
相对分子质量
碳、氢元素 质量分数的测定
在氧气流中燃 烧
氮元素 质量分数的测定
在二氧化碳气 流中燃烧
化学方法确定有机化合物的结构，有时是 相当复杂的，吗啡结构的测定就是典型实例。 整个过程用了大约150年。
科学技术的发展，现代物理测试方法和仪器的出现，用光谱分析方法能快速准确地确定有机化合物的结构。
拓展视野
光谱分析的作用
1、光谱分析主要有哪些种类？
紫外光谱 主要有 种：———三——、————、————。
推测化学 键类型
判断官能团种 类及所处位置
化学性质实验或 仪器分析图谱
分子结构
学 习
二、有机化合物结构式的确定
1、有机化合物分子不饱和度的计算 什么叫不饱和度？
不饱和度也称 分子结构提供是否有 饱和结构的信息。
。它能为测定
或
等不
缺氢指数 不饱和键
碳环
举例：几种官能团的不饱和度（P111表3-2-1）
红外光谱
2、各种光谱分别有什么作用？
紫外光谱可用于确定分子中有无
；
红外光谱可用于确定分子中有哪些
；
核磁共振谱分为 和 两类，比如氢谱可以测氢定谱
有机物分子中H原子在C骨架上的 和 ，进而推断出
有机化合物的
。
C骨架结构
碳谱
位置
核磁共振谱
共轭双键 官能团
数目
1、有机化合物分子式的确定
小结 有机化合物结构的测定
解答：由于该物质为烃，则它只含碳、氢两种元素，则碳元素的质量分数为（100－17.2）%＝82.8%。则该烃中各元素原子数（N）之比为：
C2H5是该烃的实验式，不是该烃的分子式
设该烃有n个C2H5，则 因此，烃的分子式为 C4H10。
n5/82 92
确定有机物的分子式的途径： 1.确定实验式 2.确定相对分子质量
（1）检验柠檬醛分子中含有醛基的方法 是
或者
。
加入银氨溶液后加热，有银镜出现
加入斐林试剂后加热，有砖红色沉淀产生
（2）检验柠檬醛分子中含有碳碳双键的方法是 先加入银氨溶液氧化醛基后，再加入溴水使其褪色
； 。
随堂测试
3、某化合物A，是一种食品工业调味剂，化学分析，结果如下 ：
（1）加入溴的四氯化碳溶液，褪色； （2）加入氯化铁溶液，有显色反应；
可能具有的
。
官能团
请大家阅读教材P111表3-2-2 ： 一些常见的官能团的检验方法
化学
一些常见的官能团的化学检验方法 官能团种类
试剂
C=C或 C=C
卤素原子 醇羟基
酚羟基
溴的四氯化碳溶液 酸性KMnO4溶液 AgNO3和浓HNO3
钠 FeCl3溶液
溴水
判断依据 红棕色褪去
紫色褪去 有沉淀产生 有氢气放出
卤素 质量分数的测定
与硝酸银溶液及浓硝酸 混合加热
测二氧化碳和 水的质量
测氮气的 体积
测卤化银 的质量
—质谱法测定有机化合物的相对分子质量
请同学们阅读课本P110：“拓展视野”
一 有机物分子式的确定 例1 某烃含氢元素的质量分数为17.2%，求此烃的实验式。又测得该烃的相对分子质量是58，求该烃的分子式。
例2 燃烧某有机物A 1.50g，生成 1.12LCO2（标准状况）和0.05molH2O 。又测得A的相对分子质量是30，求该有机物的分子式。
二、怎样确定有机化合物的结构式？
根据
和
以及 分子式
可以确定有机物的结构式。
官能团
碳的骨架
学 习
根据分子式确定有机物结构式的流程
有机化合物分子式
计算不 饱和度
化学键
一个C=C 双键
一个C=O 双键
一个脂环
不饱和度 1 1 1
化学键
一个C=C 叁键
一个苯环
一个氰基
不饱和度 2 4 2
有机化合物分子不饱和度的计算 计算公式：
分子的不饱和度=n(C)+1-n(H)/2
分子的不饱和度=n(C)+1-n(H)/2
1、式中各字母表示什么意义？ 2、在计算不饱和度时，应注意：