有机化合物结构的研究
人教版高中化学选择性必修第3册 第一章 有机化合物的结构特点与研究方法 第一节 有机化合物的结构特点
③
④
⑤
⑥
⑦ ⑧
请填写下列空白(填编号):
(1)属于脂肪烃的有
。
(2)属于芳香烃的有
。
(3)属于醇类的有
。
(4)属于酚类的有
。
(5)属于羧酸类的有
。
(6)属于酯类的有
。
思路点拨 解答本题首先应明确有机化合物分类的标准,然后根据题目所给有机化合物的组 成和结构进行分类。 解析 ①、③、⑧中只含有C、H两种元素,属于烃类,⑧中含有苯环,属于芳香烃, ①和③属于脂肪烃;④中的羟基连在苯环之外的碳原子上,⑤中含有羟基,属于醇类; ⑥中的羟基直接连在苯环的碳原子上,属于酚类;②和④中含有羧基,属于羧酸;⑦中 含有酯基,属于酯。
(3)立体异构的类型: 顺反异构 、 对映异构 。
判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。
1.
属于芳香族化合物 ( ✕ )
2.
和
于同类物质 ( ✕ )
所含官能团相同,属
3.
中碳原子与氧原子之间是极
性键,在化学反应中容易断裂 ( √ ) 4.所有的有机物都含有官能团,芳香烃的官能团是苯环 ( ✕ ) 提示:不是所有有机物都含有官能团,烷烃没有官能团;苯环不看作官能团。
A.8种 B.9种 C.10种 D.12种
思路点拨 解答本题首先应明确题目有哪些限定条件,分析可以根据限定条件确定什么,再针 对已知结构中的可变因素书写各种符合要求的同分异构体。
解析 有机物C4H9ClO的分子中含有羟基,可以看成1个氯原子取代丁醇中1个氢原 子形成的,丁醇的结构有:CH3CH2CH2CH2OH、CH3CH2CH(OH)CH3、(CH3)3COH、 (CH3)2CHCH2OH 4种。不考虑羟基与氯原子连在同一个碳原子上的情况时:CH3CH 2CH2CH2OH的一氯代物有3种;CH3CH2CH(OH)CH3的一氯代物有3种;(CH3)2CHCH2 OH的一氯代物有2种;(CH3)3COH的一氯代物有1种。
金属有机化合物的配位模式与结构调控优化研究
金属有机化合物的配位模式与结构调控优化研究摘要：金属有机化合物是一类具有金属-有机配位键的化合物，广泛应用于催化反应、药物合成和材料科学等领域。
本文将重点探讨金属有机化合物的配位模式及其结构调控优化的研究进展。
引言：金属有机化合物是指含有金属原子与有机基团之间构成的化合物。
它们以金属原子与有机基团之间的配位键为基础，具有丰富的结构多样性和物理化学性质。
通过合理调控金属有机配位键的配位模式和结构，可以实现其催化活性和选择性的调控，进而优化反应性能。
一、配位模式的分类与特点：金属有机化合物的配位模式可以分为单核配位、多核配位和桥联配位三种。
单核配位模式指在一个金属中心周围配位的只有一个有机基团，多核配位模式指在一个金属中心周围配位的有多个有机基团，而桥联配位模式则是指不同金属原子通过有机基团相连而形成的配位体。
不同的配位模式具有不同的特点。
单核配位复合物结构简单，易于合成和表征，能够实现对金属中心的精确控制；多核配位复合物具有高的配位数和丰富的反应活性；桥联配位复合物具有更高的结构复杂性和催化性能。
二、结构调控优化方法：1. 寻找适当的配体：配体的选择对金属有机化合物的结构和性质具有重要影响。
优秀的配体能够提供稳定的金属-有机配位键，并有效调控配位模式。
例如，通过选择刚性和具有不同取代基的配体，可以实现金属中心的立体化学调控，从而影响其催化活性和选择性。
2. 结构调控与功能优化：调控金属有机化合物的结构可以实现其性能优化。
通过合理设计金属中心的配位环境和相互作用模式，能够调节其电子性质和催化性能。
例如，通过改变金属-有机配位键的键长和键角，可以调控金属中心的电子亲和力和配位活性。
3. 配位模式的调控与反应性能优化：金属有机化合物的配位模式直接影响其反应性能。
通过调控金属中心周围配位基团的空间排布和配位位置，能够实现对反应的速率和选择性的调控。
例如，通过引入包裹配体，可以实现金属中心的手性识别和手性催化。
有机物组成和结构的确定方法
不对称CH3
C=O
C—O—C
[练习]有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，
请写出该分子的结构简式。
CH3CH2OCH2CH3
对称CH3 对称CH2
C—O—C
质谱法
用高能电子束轰击有机物分子，使之分离成带电的“碎 片”，分析带电“碎片”的特征谱，从而分析有机物的 结构。
测定相对分子质量的方法很多，质谱法是最精确、最快 捷的方法。
三、有机化合物分子式的计算方法
例1、某含C、H、O三种元素的未知物A，经燃 烧分析实验测定该未知物中碳的质量分数为 52.16%，氢的质量分数为13.14%。 试求该未知物A的实验式（分子中各原子的最简 单的整数比）。 若要确定它的分子式，还需要什么条件？
(2)红外光谱法 ①原理：当用红外线照射有机物时，分子中的 化学健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。 ②应用：初步判定有机物中___基__团_的种类。
红外光谱仪
例：下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱 图,则该有机物的结构简式为：
的两种物质是( ) B
A．A是C3H6；B是C6H6 B．A是C2H6；B是C3H6
C．A是C2H6；B是C6H6 D．A是C3H6；B是C2H6
某有机物8.8 g完全燃烧，只生成 22 g CO2和10.8 g H2O，没有 其他产物，则该有机物( )
含有的元素无法确定
BD
一定含有C、H、O三种元素
【解析】 该化合物中含有C、H、O原子个数分别为： C：74×0.648÷12≈4； H：74×0.135÷1≈10； O：74×(1－0.648－0.135)÷16≈1。 判断该有机物的分子式为C4H10O。
13级《研究有机化合物的一般步骤和方法(3)分子结构的确定
图谱题解题：
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。
1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。
研究有机化合物要经过以下几个步骤: 粗 产 品 结晶 萃取 分离 提纯 定性 分析 定量分析
化学 方法
除 杂 质
蒸馏
确定 质 组成 量 元素 分 析
测 结 质 定 构 红外 谱 分 分 光谱、 法 子 析 核磁 共振 量
氢谱
实验式或最简式
分子式
结构式
1、2002年诺贝尔化学奖表彰了两项成果， 其中一项是瑞士科学家库尔特· 维特里希 发明了“利用核磁共振技术测定溶液中 生物大分子三维结构的方法”。在化学 上经常使用的是氢核磁共振谱，它是根 据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振 谱中给出的信号不同来确定有机物分子 中的不同的氢原子。下列有机物分子在 核磁共振氢谱中只给出一种信号的是 A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3
根据实验数据填空： 1.8 (1)实验完毕后，生成物中水的质量为________g，假设广 5 口瓶里生成一种正盐，其质量为________g。 (2)生成的水中氢元素的质量为________g。 0.2 (3)生成的CO2中碳元素的质量为________g。 0.6 (4)该燃料中碳、氢元素的质量比为________。 3∶1 (5)已知这种燃料的每个分子中含有一个氧原子，则该燃 料的分子式为________，结构简式为________。
－ －1
＝0.1∶0.3∶0.05＝2∶6∶1, 即 A 的实验式为 C2H6O.
有机化合物的功能与结构鉴定研究实验教案
简介：生物样品是实验中用于分析有机化合物功能与结构的生物来源的样品，如细胞、组织、器官等。
准备：生物样品的准备应遵循无菌操作原则，确保样品不受污染。
储存：生物样品应保存在适当的温度和湿度条件下，以保持其生物活性和稳定性。
提取：根据实验需求，可以采用不同的方法从生物样品中提取有机化合物。
汇报人：XX
有机化合物的功能与结构鉴定研究实验教案
目录
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实验目的
实验原理
实验材料与试剂
实验步骤与操作
实验结果与分析
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实验目的
实验目的：通过实验掌握有机化合物的功能与结构鉴定方法
实验原理：利用色谱、光谱等技术手段对有机化合物进行分离、纯化、表征和鉴定
实验步骤：按照实验操作流程进行实验，记录实验数据和结果
蒸馏法：利用有机化合物沸点的不同进行分离
沉淀法：通过加入沉淀剂使目标有机物沉淀下来，再进行分离
结晶法：利用有机物在溶剂中的溶解度随温度变化进行分离
实验材料与试剂
定义：用于比对和鉴定有机化合物纯度的标准物质
用途：在有机化合物的功能与结构鉴定研究中，用于确定未知化合物的组成和纯度
分类：根据不同有机化合物的性质和用途，可分为多种类型
实验目的：掌握有机化合物在药物研发中的应用，了解有机化合物的功能与结构鉴定方法。
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实验结果：通过实验操作，掌握有机化合物在药物研发中的应用，了解有机化合物的功能与结构鉴定方法，为后续的药物研发工作打下基础。
实验原理：通过实验操作，了解有机化合物在药物研发中的重要性和作用机制，掌握有机化合物的功能与结构鉴定方法。
研究有机化合物的核磁共振谱表征技术
研究有机化合物的核磁共振谱表征技术核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）是一种重要的分析测试技术，广泛应用于化学、生物、医药等领域。
在有机化学中，核磁共振谱表征技术是研究有机化合物结构的重要手段之一。
通过核磁共振谱的分析解读，可以获得有机化合物的分子式、结构信息、官能团以及它们在分子中的相对位置等。
首先，核磁共振谱是通过核磁共振现象产生的。
核磁共振现象是指原子核在外加磁场作用下吸收或放射电磁辐射的现象。
每个有自旋的核在外加磁场中都有两个能级，称为上能级和下能级。
这两个能级之间的能量差与外加磁场的强度有关。
当外加磁场的频谱与能级间能量差的频率相同时，核会从低能级跃迁到高能级，这个频率称为共振频率。
核磁共振谱通过测量吸收或放射的电磁信号，研究原子核之间的相互作用和外加磁场对原子核的影响。
核磁共振谱的分析需要一种重要的工具，即核磁共振仪。
核磁共振仪是一种用于产生磁场和检测核磁共振信号的仪器。
目前常用的核磁共振仪主要有两种类型：连续波核磁共振仪（Continuous Wave NMR）和脉冲核磁共振仪（Pulse NMR）。
从实验原理上来看，核磁共振谱的产生和观察是经历多个步骤的。
首先，样品需要溶解在非挥发性液体溶剂中，并置于核磁共振仪中。
接下来，通过调节磁场强度和频率，使样品内的核进入共振状态。
核接收到脉冲信号后，会发生共振现象，产生特定频率的电磁信号。
这种信号通过探测器接收并转化为谱图。
核磁共振谱图分为一维谱和二维谱两种。
一维谱主要用于确定各种官能团的存在，例如质子核磁共振谱可以确定分子中不同类型的氢以及它们的化学位移。
二维谱则可以提供更详细的信息，如相邻基团之间的关系。
在核磁共振谱的解析研究中，有机化合物的质子核磁共振谱是最常见的一维谱图。
通过观察信号的数量、强度和化学位移，可以判断有机化合物中质子的排布、官能团和键的类型。
例如，苯环中质子的化学位移一般在7~8.5 ppm区间，而甲基质子的化学位移一般在0~2 ppm区间。
苏教版高三化学选修5_《有机化合物组成和结构的研究》分层作业
有机物组成和结构的研究[学业达标]1．验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是()A．只测定它的C、H比B．只要证明它完全燃烧后产物只有H2O和CO2C．只测定其燃烧产物中H2O与CO2的物质的量的比值D．测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量【解析】要验证是烃，必须确认只含C、H两元素组成，不含O元素。
【答案】 D2．某气态有机物X含C、H、O三种元素，已知下列条件，现欲确定X的分子式，所需的最少条件是()①X中碳的质量分数②X中氢的质量分数③X在标准状况下的体积④质谱确定X的相对分子质量⑤X的质量A．①②B．①②④C．①②⑤D．③④⑤【解析】由C、H质量分数可推出O的质量分数，由各元素的质量分数可确定X的实验式，由相对分子质量和实验式即可确定X的分子式。
【答案】 B3．某有机物在氧气中充分燃烧，生成的水蒸气和CO2的物质的量之比为1∶1，由此可得出结论是()A．该有机物分子中C、H、O个数比为1∶2∶3B．分子中碳氢原子个数比为2∶1C．有机物中必定含氧D．无法判断有机物中是否含有氧元素【解析】由n(H2O)∶n(CO2)＝1∶1，可推知n(C)∶n(H)＝1∶2，要想判断有机物中是否含氧，应知道m(H2O)、m(CO2)及有机物的质量。
若m(有机物)＝m(C)＋m(H)，则不含氧元素；若m(有机物)＞m(C)＋m(H)，则含氧元素。
【答案】 D4．燃烧0.2 mol某有机物，得到0.4 mol CO2和0.6 mol H2O，由此可得出的结论是()A．该有机物含有2个碳原子和6个氢原子B．该有机物中碳元素和氢元素的原子个数比为3∶1C．该有机物中含有2个CO2和3个H2OD．该有机物的1个分子里含有2个碳原子和6个氢原子，还可能含有氧原子【解析】A项应该是：该有机物的1个分子里含有2个碳原子和6个氢原子；B项应该是：该有机物中碳元素和氢元素的原子个数比为1∶3，C项应该是：有机物燃烧生成CO2和水，不是该有机物中含二氧化碳和水。
确定有机物的组成和结构
分子式为C2H6O的两种有机物的1H核磁共振图谱
核磁共振氢谱图的识别：
峰的个数代表什么？ 峰的强度与什么有关？
下图是计算机软件模拟出的该分子氢原子的核 磁共振波谱图。氢原子在分子中的化学环境 (原子之间相互作用)不同，其峰线在核磁共振 谱图中就处于不同的位置。
参考该分子的结构简式分析谱图： 8 种化学环境不同的氢原子 该分子中共有
Michael Faraday (1791-1867)
有机物组成的定量确定 —— 分子组成 的测定
1825年，英国科学家法拉第在煤气灯 中首先发现了一种油状液体，测得其含碳 氢两种元素，并测得其含碳量为92.3%， 确定其最简式为————； 1842年，法国化学家日拉尔等确定其 相对分子质量为78，分子式为————。
g。请回答下列问题：
(1)按上述所给的信息，装置的连接顺序应是
D→________ →________ B A ； C →F→________ (3)E中应盛装试剂________ H2O2 ；
吸收生成 (2)A、B管内均盛有固态试剂，A管的作用是________ 的CO2 ；
(4)如果把CuO网去掉，A管质量将
2、红外光谱法 a、原理： 不同的键的连接或官能团吸 收频率不同，在红外光谱图 上将处于不同位置 b、作用： 确定分子中含有何种键的连 接或官能团
红外光谱和分子结构
官
4000 3500
能
3000
团
区
2000
指纹区
叁键区：双键区： C=C、 C≡C、 氢键区： C=O、 OH、NH、CH、SH等 C≡N等 C=N、 C=S、 基团的伸缩振动 基团的 N=O以 伸缩振 及苯基 的伸缩 动 振动
核磁共振仪:
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二、现代化学测定有机物结构的方法
氢原子种类不同（所处的化 ①核磁共振氢谱 学环境不同）
特征峰也不同
作用：测定有机物分子中等效氢原子的类 型和数目 ②红外光谱 作用：获得分子中含有何种化学键或官能 团的信息 ③质谱法等
有机化合物结构的研究
核磁共振仪
有机化合物结构的研究
1、核磁共振仪的应用原理
核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子核 具有磁性，如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 原子因产生共振时吸收的频率不同，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
瑞士 维特里希
拓展视野 历史上许多科学家因在物质结构分析方面的突出贡献而获得诺贝
尔化学奖。2002年诺贝尔化学奖授予了美国科学家芬恩(J．B．Fenn)、 日本科学家田中耕一(Koichi Tanaka)和瑞士科学家维特里希 (K．Wuthrich)，以表彰他们发明对生物大分子进行识别和结构分析 方法所作出的巨大成就。
自人类基因组图、水稻基因组草图以及其他一些生物基因组图成功 绘制后，生命科学和生物技术已进入后基因组时代。这一时代的重点 课题是研究蛋白质的结构和功能，破译基因怎样控制和合成蛋白质， 蛋白质又是如何发挥生理作用等。在这些课题中，判定生物大分子的 “身份”，“看清”它们的结构非常重要。因此，三位诺贝尔化学奖得主 发明的分析方法，对生物化学有机的化发合物展结将构的发研究挥重要作用。
“看清”DNA、蛋白质等生物大分子的真面目曾经是科学家们的梦 想，如今这一梦想已成为现实。芬恩和田中耕一发明了“对生物大分 子的质谱分析法”；维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生 物大分子三维结构的方法”。前一项成果解决了“看清”生物大分子是 “谁”的问题，后一项成果则解决了“看清”生物大分子是“什么样子”的 问题。这些分析方法可对溶液中的蛋白质进行分析，因而能对活细胞 中的蛋白质进行分析，获得“活”蛋白质的结构。1985年，科学家利用 这种方法第一次绘制出蛋白质的结构图。
专题1 认识有机化合物
第二单元 科学家怎样研究有机物
有机化合物结构的研究
有机化合物结构的研究——结构分析
阅读：课本7~8页化学史话 思考
李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？
德国化学家李比希（1803～1873 ）
1832年和维勒合作提出“ 基团论”：有机化合物由“基” 组成，这类稳定的“基”是有 机化合物的基础。
对称CH3 对称CH2
C—O—C
有机化合物结构的研究
3、相对分子质量的确定——质谱法
测定相对分子质量的方法很多， 质谱法是最精确、最快捷的方法。
有机物 高能电子束轰击 带电的
分子
”碎片”
碎片的 质荷比
确定 结构
荷质比：碎片的相对质量（m）和所带电荷（e）的比值
有机化合物结构的研究
质谱仪 有机化合物结构的研究
与同学交流你作出判断的理由。
HH
HH
H—C—O—C—H HH H
H—C—C—O— HH
分子式为C2H6O的两种有机物的1H核磁共振谱图
核磁共振氢谱 有机化合物结构的研究
例1、下图是某有机物的1H核磁共振谱图，则
该有机物可能是
(C )
A. CH3CH2OH C. CH3—O—CH3
B. CH3CH2CH2OH D. CH3CHO
CH3-CH2-CH-CH3 CH3
４种；３：２：１：６
有机化合物结构的研究
2、红外光谱的应用原理 当用红外线照射有机物时，分子中的化学
健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。
红外光谱仪
有机化合物结构的研究
1838年李比希还提出了“ 基”的定义
有机化合物结构的研究
例：
有机化合物中不含有 的基团是 ( D)
O H C OH
A.醛基 B.羧基 C.羟基 D.烃基
－ＯＨ羟基、 －ＣＨＯ醛基、 －ＣＯＯＨ羧基、
－ＮＨ2氨基、 －Ｒ烃基、
－ＣＨ3甲基、
－ＣＨ2ＣＨ3乙基、－Ｃ6Ｈ5苯基、－Ｎ０2硝基等
不同的基团具有不同的结构和性质特点。那如何确 定有机化合物的结构呢有？机化用合什物结么构的方研法究 呢？
品的质荷比如右图所示（假设离子均带一个单位正电
荷，信号强度与该离子的多少有关），则该有机物可
能是（ ）
B
A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯
有机化合物结构的研究
诺贝尔化学奖与物质结构分析(2002年)
引入了核磁共振光谱学观察到了DNA、蛋 白质等大分子的真面目。
美国 芬恩
日本 田中耕一 有机化合物结构的研究
比。可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及 它们的数目多少。
有机化合物结构的研究
２、结构分析 核磁共振法 （H’—NMR）
作用：测定有机物中H 原子的种类 和数目
P8—观察与思考
有机化合物结构的研究
信 信号强度之比
号
个 数
峰
面
积
分子式为C2H6o的两种有机化合物的1H核磁共振谱 图，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR谱图吗?请
有机化合物结构的研究
[例1]下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图,则
该有机物的结构简式为：
CH3CH2COOCH3或CH3COOCH2CH3
不对称CH3
C=O
有机化合物结构的研究
C—O—C
[练习1]有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请
写出该分子的结构简式
CH3CH2OCH2CH3
课本P14.5
练习.下列有机物在H’-NMR上只给出一组峰的是 ( A )
A、HCHO C、HCOOH
B、CH3OH D、有机C化H合3物C结O构O的C研H究3
问题探究：下列有机物中有几种H原子以
及个数之比？
CH3
CH3-CHCH3CH3
CH3-C-CH3 CH3
２种；９：１
１种
CH3-CH2３种OH；３：２：１
某有机物A的质谱图:
乙醇的质谱图
100
31
+
CH2=OH
80 +
相
CH3CH2
对 60
丰 40 度
29 27
20
+ CH3CH=OH
45
+ CH3CH2OH
46
/%
0 20 30 40 50
质荷比
最大分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱 图中的质荷比最大的就是未有知机化物合的物结相构的对研分究 子质量。
例．2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明
了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让
极少量的（10－9g）化合物通过质谱仪的离子化室使
样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。
如C2H6离子化后可得到C2H6＋、C2H5＋、C2H4＋……， 然后测定其质荷比。设H＋的质荷比为β，某有机物样