有机化合物结构的测定.24页PPT
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人教版选修高中化学第四节：研究有机化合物的一般步骤和方法PPT课件
研究有机化合物的基本步骤 分离、提 纯
元素定量分析
确定实验式
质谱法、相 对密度法Leabharlann 测定相对分子质量 确定分子式
波谱分析（红外光 谱，核磁共振氢谱）
确定结构式
【思考与交流】 1.常用的分离、提纯物质的方法有哪些？
蒸馏 、重结晶、萃取 2.归纳分离、提纯物质的总的原则是什么？ 不引入新杂质;不减少提纯物质的量;易分离
此溶剂中的溶解度受
残渣 (不溶
滤液 温度的影响较大。
性杂质)
冷却，结晶，过滤， 洗涤
2020人教版选修5高中化学第四节：研 究有机 化合物 的一般 步骤和 方法( 共36张P PT)
母液(可溶性杂质和部 分被提纯物)
晶体(产品)
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（2）重结晶 原理：重结晶是提纯固体化合物常用的方法之一，固体 化合物在溶剂中的溶解度随温度变化而改变，一般温度 升高溶解度增加，反之则溶解度降低。 如果把固体化合物溶解在热的溶剂中制成饱和溶液，然 后冷却至室温或室温以下，则溶解度下降，溶液变成过 饱和溶液而析出结晶。 利用被提纯物质和杂质在溶剂中的溶解度的不同，使杂 质在热过滤时被滤出或冷却后留在母液中与晶体分离， 从而达到提纯的目的。
用KOH浓 得前后 CO2 溶液吸收 质量差
得出实验式
计算O含量
计算C、H含量
2020人教版选修5高中化学第四节：研 究有机 化合物 的一般 步骤和 方法( 共36张P PT)
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红外光谱测定有机化合物的结构
傅里叶变换红外光谱仪结构框图
干涉仪 光源
样品室
检测器 计算机
显示器 绘图仪
干涉图 FTS
光谱图
三、仪器及试剂
仪器: Nicolet FT-IR 200傅立叶红外光谱仪 （美国热电尼高力仪器公司 Thermo Nicolet Corporation）、压片机、模具 及样品架、玛瑙研钵、红外灯；
试剂: KBr(光谱纯) 苯甲酸(分析纯)
红外光谱测定有机化合物的结构
一、实 验 目 的
1．学习用红外吸收光谱进行化合物的定性分 析；
2．掌握用压片法制作固体试样晶片的方法； 3．熟悉红外分光光度计的工作原理及其使用
方法。
二、实验原理
红外光谱是研究分子振动和转动信息的 分子光谱，它反映了分子化学键的特征 吸收频率，根据红外光谱的峰位、峰强 及峰形，判断化合物中可能存在的官能 团，从而可用于化合物的结构分析。
七、思 考 题
1、用压片法制样时，为什么要求将固体试样研磨 到颗粒粒度在2μm左右？为什么要求KBr粉末干 燥、避免吸水受潮? 2、羟基化合物谱图的主要特征是什么? 3、芳香烃的红外特征吸收在谱图的什么位置?
v 适用于水、醇、高分 子化合物、含氢原子 团化合物的定量分析
红外吸收光谱法：
分子的振动、转动 基频吸收光谱区
应用最为广泛的 红外光谱区
远红外光谱区：
v 气体分子的转动能级跃迁
v 液体与固体中重原子的伸 缩振动
v 晶体的晶格振动
v 某些变角振动、骨架振动 -异构体的研究
v 金属有机化合物、氢键、 吸附现象研究
1红外光谱红外光谱测定有机化合物的结构测定有机化合物的结构分析化学实验课件分析化学实验课件二二实验目的实验目的三三实验原理实验原理四四仪器和试剂仪器和试剂五五实验步骤实验步骤六六问题讨论问题讨论七七仪器操作仪器操作红外光谱分析的原理红外分光光度计性能与结构红外分光光度计操作步骤实验预习了解红外光谱仪使用方法掌握用红外光谱仪测定有机化合物结构的方法实验目的红外光谱定性分析一般采用两种方法1用已知标准物对照已知物对照应由标准试样和待测试样在完全相同的工作下分别测绘出红外光谱进行对照图谱相同则为同一化合物
化学：第二节《有机化合物结构的测定》
化学分析 光谱分析
分子式 官能团及碳骨架状况
分子结构
测定有机化合 物结构流程图
一、有机化合物分子式的确定
要确定有机化合物的分子式，首先需要知道该 物质由哪些元素组成，各元素的质量分数是多少 ，必要时还要测定其相对分子质量。
1、确定有机化合物的元素组成
组成有机化合物的元素种类并不多，最常见的 是C、H、O、N、X等元素，各元素的质量分数通 常需要借助有机化合物的可燃性等化学性质进行 定量测定。得知C、H、N、X等元素的质量分数后 ，其总和若小于100%，其差值一般就是氧元素的 质最分数。
2. 测定有机化合物的相对分子质量 在有机合成中，对天然产物合成的首要工作就是测定目标分子的结构；
结构测定在研究和合成有机化合物中占有极其重要的地位。 测定有机化合物结构的核心步骤是确定其分子式，以及检测分子中所含的官能团及其在碳骨架上的位置。 1分钟内溶液由淡绿色变红棕色
测定有机化合物的相对分子质量的方法很多， 现代物理测试方法和仪器的出现，使人们能通过紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)及核磁共振谱(NMR)等快速准确地确定有机化合物分子的
碳、氢元素质量分数的测定 最常用的是燃烧分 析法。将样品置于氧气流中燃烧，燃烧后生成的 二氧化碳和水分别用碱液或吸水剂吸收，称重后 即可分别计算出样品中碳、氢元素的质量分数。 当然，碳、氢元素的含量也可以利用仪器分析方 法测定。
氮元素质量分数的测定 将样品通入二氧化碳气 流中，在氧化铜的催化下燃烧生成氮气，并借助 二氧化碳气流将生成的气体赶出，经KOH浓溶液吸 收二氧化碳气体后，测得剩余气体的体积，即可 计算出样品中氮元素的质量分数。
测二氧化碳和 水的质量
测氮气的体积
测卤化银的 质量
二、有机化合物结构式的确定 结构测定在研究和合成有机化合物中占有极其重要的地位。 而对人工设计的有机化合物，在合成后也必须测定其结构才能确定它是否就是目标产物。 不饱和度也称缺氢指数，它可以通过有机化合物的分子式计算得出。 这个数值能为测定分子结构提供分子中是否有不饱和键或碳环等不饱和结构的信息。 测定有机化合物结构的核心步骤是确定其分子式，以及检测分子中所含的官能团及其在碳骨架上的位置。 ，其总和若小于100%，其差值一般就是氧元素的质最分数。 结构测定在研究和合成有机化合物中占有极其重要的地位。
有机化学测定有机化合物结构的物理方法精
官能团的伸缩振动吸收峰彼此之间极少重叠可以推测 未知化合物中所含的官能团。
例如在2100-2600cm-1处没有吸收峰，就可以肯定该化 合物不含有炔键和氰基。
羰基化合物的种类较多，羰基所处的环境不同，它们 的伸缩振动频率也会有一定的差异，主要几类饱和脂 肪族羰基化合物的羰基振动吸收频率（cm-1）为:
特点：键角变，键长不变，分为面内弯曲和面外弯曲振动。
2.振动能级和产生红外光谱的条件
分子振动是量子化的，具有一定的振动能级，其能量为： E＝(υ +1/2)hν0。 υ是振动量子数，υ＝0、1、2……。 ν0为 基本频率。两个能级之间的能级差ΔE＝h ν0 ，
简谐振动
ν3
ν2 ν1 ν0
双原子分 子的振动
于石蜡油中进行，样品的状态和溶液的浓度对吸收峰
的位置有影响，因此必须说明。
三、基团的特征吸收频率与指纹区
红外光谱的吸收峰是由键的振动引起的，同一类型的 化学键的振动频率非常相似，总是出现在某一固定的 范围内，因此有机化合物中的各类官能团和一些基团 具有特征的吸收峰。
在红外光谱中1500－3700cm-1范围为官能团区。
如未知物的红外光谱中的指纹区与Sadlter光谱集中的 某一标准样品的图谱完全相同，就可以断定它和标准 样品是同一化合物。
一、红外光谱法对试样的要求
红外光谱的试样可以是液体、固体或气体，一般 应要求：
（1）试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98%或符合 商业规格才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组份试 样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进 行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。 （2）试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重 干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。 （3）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的 大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。
例如在2100-2600cm-1处没有吸收峰，就可以肯定该化 合物不含有炔键和氰基。
羰基化合物的种类较多，羰基所处的环境不同，它们 的伸缩振动频率也会有一定的差异，主要几类饱和脂 肪族羰基化合物的羰基振动吸收频率（cm-1）为:
特点：键角变，键长不变，分为面内弯曲和面外弯曲振动。
2.振动能级和产生红外光谱的条件
分子振动是量子化的，具有一定的振动能级，其能量为： E＝(υ +1/2)hν0。 υ是振动量子数，υ＝0、1、2……。 ν0为 基本频率。两个能级之间的能级差ΔE＝h ν0 ，
简谐振动
ν3
ν2 ν1 ν0
双原子分 子的振动
于石蜡油中进行，样品的状态和溶液的浓度对吸收峰
的位置有影响，因此必须说明。
三、基团的特征吸收频率与指纹区
红外光谱的吸收峰是由键的振动引起的，同一类型的 化学键的振动频率非常相似，总是出现在某一固定的 范围内，因此有机化合物中的各类官能团和一些基团 具有特征的吸收峰。
在红外光谱中1500－3700cm-1范围为官能团区。
如未知物的红外光谱中的指纹区与Sadlter光谱集中的 某一标准样品的图谱完全相同，就可以断定它和标准 样品是同一化合物。
一、红外光谱法对试样的要求
红外光谱的试样可以是液体、固体或气体，一般 应要求：
（1）试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98%或符合 商业规格才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组份试 样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进 行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。 （2）试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重 干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。 （3）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的 大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。
新教材高中化学 第一章 有机化合物的结构特点与研究方法 第1节 有机化合物的结构特点(第1课时)课件
空间结构
实例
4 四面体
甲烷
3 平面三角形
乙烯
2 直线形
乙炔
3.杂化方式的其他判断方法 (1)根据杂化轨道的立体构型判断：①若杂化轨道在空间的分布为正 四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道在空间的分 布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道在空间的分布 呈直线形，则中心原子发生sp杂化。 (2)根据中心原子价层电子对数判断：若中心原子的价层电子对数是 4，则为sp3杂化；若中心原子的价层电子对数是3，则为sp2杂化；若中 心原子的价层电子对数是2，则为sp杂化。
2．共价键的极性与有机反应 共用电子对偏移的程度越大，共价键极性___越___强____，在反应中越 容易发生____断__裂____。
乙醇的结构如图：
(1)乙醇与钠反应 该反应放出氢气过程中，乙醇断裂了极性较强的____氢__氧____键，即 图中___①_____。相同条件下，乙醇分子中氢氧键极性____<____水分子中 氢氧键极性，因此乙醇与钠反应剧烈程度____<____水与钠反应剧烈程度。
烯烃
____________ 碳碳双键
乙烯__C__H_2_＝__C_H__2__
类别
官能团的结构和名称
典型代表物的名称和结构简式
炔烃 芳香烃
___________ 碳碳三键
乙炔 苯________
卤代烃
___________碳卤键
溴乙烷___C__H_3_C_H__2_B_r__
类别 醇 酚
官能团的结构和名称 －OH____羟__基____ －OH___羟__基_____
合物分子的结构特征分析简单 视角认识有机化合物的分类。
有机化合物的某些化学性质。
实例
4 四面体
甲烷
3 平面三角形
乙烯
2 直线形
乙炔
3.杂化方式的其他判断方法 (1)根据杂化轨道的立体构型判断：①若杂化轨道在空间的分布为正 四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道在空间的分 布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道在空间的分布 呈直线形，则中心原子发生sp杂化。 (2)根据中心原子价层电子对数判断：若中心原子的价层电子对数是 4，则为sp3杂化；若中心原子的价层电子对数是3，则为sp2杂化；若中 心原子的价层电子对数是2，则为sp杂化。
2．共价键的极性与有机反应 共用电子对偏移的程度越大，共价键极性___越___强____，在反应中越 容易发生____断__裂____。
乙醇的结构如图：
(1)乙醇与钠反应 该反应放出氢气过程中，乙醇断裂了极性较强的____氢__氧____键，即 图中___①_____。相同条件下，乙醇分子中氢氧键极性____<____水分子中 氢氧键极性，因此乙醇与钠反应剧烈程度____<____水与钠反应剧烈程度。
烯烃
____________ 碳碳双键
乙烯__C__H_2_＝__C_H__2__
类别
官能团的结构和名称
典型代表物的名称和结构简式
炔烃 芳香烃
___________ 碳碳三键
乙炔 苯________
卤代烃
___________碳卤键
溴乙烷___C__H_3_C_H__2_B_r__
类别 醇 酚
官能团的结构和名称 －OH____羟__基____ －OH___羟__基_____
合物分子的结构特征分析简单 视角认识有机化合物的分类。
有机化合物的某些化学性质。
有机化合物的结构测定
设该烃有n个C2H5，则 n 58/ 29 2
因此，烃的分子式为 C4H10。
例3、4.6g某饱和一元醇C与足量金属钠反应， 得到1.12L（标准状况）的氢气。求该饱和一 元醇的分子式。
CHO
例4、吗啡分子含C:71.58%、H:6.67%、 N:4.91%, 其余为氧，其分子量不超过300。 试确定其分子式。
1、确定最简式
燃烧30.6g医用胶的单体样品，实验测得：生成 70.4gCO2、19.8gH2O、2.24LN2（换算成标准状况） 请通过计算确定其实验式.
n(CO2)=
70.4g 44g·mol-1
=1.6moL
n(H2O)=
19.8g 18g·mol-1
=1.1moL
n(C)=1.6moL n(H)=2.2moL
相对分子质量的测定：质谱法（MS） 质谱仪
原理：用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带 正电荷的分子离子和碎片离子。在磁场的作用下，由于 它们的质量不同而使其到达检测器的时间不同，其结果 被记录为质谱图(反映不同质量的离子的质荷比)。
相对丰度
100%
乙醇的质谱图
31 乙醇 CH2=OH+
60%
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。
因此，烃的分子式为 C4H10。
例3、4.6g某饱和一元醇C与足量金属钠反应， 得到1.12L（标准状况）的氢气。求该饱和一 元醇的分子式。
CHO
例4、吗啡分子含C:71.58%、H:6.67%、 N:4.91%, 其余为氧，其分子量不超过300。 试确定其分子式。
1、确定最简式
燃烧30.6g医用胶的单体样品，实验测得：生成 70.4gCO2、19.8gH2O、2.24LN2（换算成标准状况） 请通过计算确定其实验式.
n(CO2)=
70.4g 44g·mol-1
=1.6moL
n(H2O)=
19.8g 18g·mol-1
=1.1moL
n(C)=1.6moL n(H)=2.2moL
相对分子质量的测定：质谱法（MS） 质谱仪
原理：用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带 正电荷的分子离子和碎片离子。在磁场的作用下，由于 它们的质量不同而使其到达检测器的时间不同，其结果 被记录为质谱图(反映不同质量的离子的质荷比)。
相对丰度
100%
乙醇的质谱图
31 乙醇 CH2=OH+
60%
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。
有机化合物的结构测定
c：溶液的物质的量浓度（mol · L-1）; l：液层的厚度（ cm ）；
ε：摩尔吸光系数。
香芹酮的紫外光谱图
有机化学 （第9版）
一、紫外光谱的基本原理
2.电子跃迁
有机分子中位于低能级成键轨道或非键轨道的电子吸收紫外光后跃迁至高能级 的反键轨道。
反键轨道 2=1-2
能量
1
2
1=1+2 成键轨道
氢谱的横坐标为化学位移，δ TMS规定为0。
有机化学 （第9版）
二、化学位移
（二）影响化学位移的因素
化学位移取决于核外电子云密度，电子云密度受诱导效应、各向异性效应、氢 键、溶剂效应等因素影响。
吸电子诱导效应使氢核周围的电子云密度降低，δ值增大。
电负性
Si
H
N
Cl
O
1.7
2.2
3.1
3.2
3.5
k: 常数 f: 化学键力常数 M: 折合质量
(cm-1)
2200
1600
1400~700
有机化学 （第9版）
一、红外光谱的基本原理
（三）分子振动与红外光谱
2. 峰数 峰数由该分子的振动自由度决定。实际峰数往往少于理论振动自由度数，其 原因有： 不伴随偶极矩变化的振动没有 IR 吸收； 频率完全相同的振动所产生的吸收峰彼此发生简并； 强而宽的吸收峰往往覆盖与之频率相近的弱而窄的峰。
有机化学 （第9版）
四、自旋偶合与自旋裂分
Ha Ha
一组氢信号
Ha Hb
两组氢信号
一组氢ห้องสมุดไป่ตู้号
两组氢信号
三组氢信号
有机化学 （第9版）
四、自旋偶合与自旋裂分
（二）自旋偶合-裂分
ε：摩尔吸光系数。
香芹酮的紫外光谱图
有机化学 （第9版）
一、紫外光谱的基本原理
2.电子跃迁
有机分子中位于低能级成键轨道或非键轨道的电子吸收紫外光后跃迁至高能级 的反键轨道。
反键轨道 2=1-2
能量
1
2
1=1+2 成键轨道
氢谱的横坐标为化学位移，δ TMS规定为0。
有机化学 （第9版）
二、化学位移
（二）影响化学位移的因素
化学位移取决于核外电子云密度，电子云密度受诱导效应、各向异性效应、氢 键、溶剂效应等因素影响。
吸电子诱导效应使氢核周围的电子云密度降低，δ值增大。
电负性
Si
H
N
Cl
O
1.7
2.2
3.1
3.2
3.5
k: 常数 f: 化学键力常数 M: 折合质量
(cm-1)
2200
1600
1400~700
有机化学 （第9版）
一、红外光谱的基本原理
（三）分子振动与红外光谱
2. 峰数 峰数由该分子的振动自由度决定。实际峰数往往少于理论振动自由度数，其 原因有： 不伴随偶极矩变化的振动没有 IR 吸收； 频率完全相同的振动所产生的吸收峰彼此发生简并； 强而宽的吸收峰往往覆盖与之频率相近的弱而窄的峰。
有机化学 （第9版）
四、自旋偶合与自旋裂分
Ha Ha
一组氢信号
Ha Hb
两组氢信号
一组氢ห้องสมุดไป่ตู้号
两组氢信号
三组氢信号
有机化学 （第9版）
四、自旋偶合与自旋裂分
（二）自旋偶合-裂分
有机化学课件ppt完整版
阐述烷烃的碳原子以单键相连形成的链状 或环状结构，以及碳原子剩余的价键全部 与氢原子结合的特点。
烷烃的物理性质
烷烃的化学性质
探讨烷烃的沸点、熔点、密度等物理性质 随碳原子数增加的变化规律。
介绍烷烃的取代反应、氧化反应、裂化反应 等化学性质及反应机理。
烯烃、炔烃和芳香烃概述
烯烃的结构与性质
阐述烯烃分子中含有碳碳双键的结构 特点，以及烯烃的物理性质、化学性 质及反应类型。
羧酸及其衍生物的合成
阐述通过醛酮的氧化反应、腈的水解反应等方法合成羧酸 及其衍生物的方法。
04
醇、酚、醚类化合物
醇类化合物结构与性质分析
80%
醇类化合物的结构特点
含有羟基（-OH）官能团，与碳 链相连。
100%
物理性质
随着分子量的增加，醇的沸点逐 渐升高，水溶性逐渐降低。
80%
化学性质
醇具有还原性，可被氧化为醛或 酮；与羧酸反应生成酯；与卤化 氢反应生成卤代烃。
研究方法
主要包括实验方法和理论方法。实验方法包括合成、分离提纯、结构测定、性 质测试等；理论方法包括量子化学计算、分子模拟等。同时，现代有机化学还 借鉴了物理学、生物学等其他学科的研究手段和技术。
02
有机化合物结构与性质
有机化合物分类及命名规则
按碳骨架分类
开链化合物、碳环化合物
按官能团分类
烃类、醇类、醛类、酮类、羧酸类、胺类等
羧酸衍生物的合成
通过羧酸的衍生化反应，如酯化、酰卤化、 酰胺化等方法合成相应的衍生物。
绿色合成策略
采用环保、高效的合成方法，如原子经济性 反应、生物催化等，实现绿色合成。
07
含氮有机化合物
胺类化合物结构与性质探讨