1、第2课时 有机化合物结构式的确定,第3章 第2节 有机化合物结构的测定,学习目标定位 1.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、碳碳叁键、卤素原子、醇羟基、酚羟基、醛基、羧基等，初步了解测定有机物结构的现代方法。 2.能根据有机化合物官能团的定性鉴定结果及相关图谱提供的分析结果判断和确定某种有机化合物样品的组成和结构。,新知导学,达标检测,内容索引,新知导学,1.有机化合物分子不饱和度的计算(1)公式：分子的不饱和度 。 (2)说明：n(C)表示碳原子数，n(H)表示氢原子数。 若有机化合物分子中含有卤素原子，则将其视为氢原子； 若含有氧原子，则不予考虑； 若含有
2、氮原子，则用氢原子总数减去氮原子数。,一、不饱和度的计算,2.几种官能团的不饱和度,1,2,1,4,1,2,不饱和度的应用 (1)根据不饱和度求物质的分子式如 的分子式：,由结构简式知，C原子数为14，O原子数为6，而分子的双键数苯环数422410。则分子中H原子数为214210210，故分子式为C14H10O6。 (2)根据不饱和度推测物质的结构。,A.1 mol 3的不饱和链烃再结合6 mol H即达到饱和 B.C10H8的7 C.C4H8的不饱和度与C3H6、C2H4的不饱和度不相同 D.CH3CH=CHCH3与环丁烷的不饱和度相同,例1 下表列出几种烃的不饱和度。据此下列说法不正确的是
3、,答案,解析,解析 有机物分子中增加1个不饱和度，要减少2个氢原子，所以1 mol 为3的不饱和链烃再结合6 mol H原子达到饱和，故A项正确； C10H8比相同碳原子的烷烃少了14个碳氢键，所以不饱和度为7，故B项正确； C4H8与C3H6、C2H4的都为1，不饱和度相同，故C项错误； CH3CH=CHCH3与环丁烷的都为1，故D项正确。,方法规律,有机物不饱和度的计算方法,(2)根据分子结构计算 双键数叁键数2苯环数4脂环数如： ：11214。：437。立体封闭有机物(多面体等)：立体面数1。 如：立方烷( )的面数为6，其不饱和度615；棱晶烷( )的面数为5，其不饱和度514。,例2
4、 某芳香族有机化合物的分子式为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,答案,解析,解析 由该有机化合物的分子式可求出不饱和度6，分子中有一个苯环，其不饱和度4，余下2个不饱和度、2个碳原子和2个氧原子。具有2个不饱和度的基团组合可能有三种情况：两个碳原子形成1个CC、两个氧原子形成2个羟基，均分别连在苯环上；两个碳原子形成1个羰基、1个醛基，相互连接；两个碳原子形成2个醛基，分别连在苯环上。C8H6O2分子拆除一个苯环和一个羧基后，还余一个C，它不可能再形成1个不饱和度，故D项不可能。,方法规律,有机物的不饱和度与分子结构
5、的关系 (1)0，有机物分子是饱和链状结构。 (2)1，有机物分子中有一个双键或一个环。 (3)2，有机物分子中有两个双键或一个叁键，或一个双键和一个环，或两个环等。4，分子中有可能有苯环。,例3 有机物 的同分异构体有多种，请写出符合下列要求的两种同分异构体的结构简式。 (1)具有苯环结构且苯环上只有一个链状取代基；(2)已知碳碳双键及碳碳叁键上不能连有OH。,答案,解析,答案,解析 的不饱和度6，其同分异构体的不饱和度为6，苯环的不饱和度为4，故苯环上的链状取代基应含有3个碳原子、1个O原子、且含有2个双键或一个叁键。符合要求的结构有：,1.化学实验方法,红棕色溶液退色,二、有机物官能团的
6、确定,紫色溶液退色,FeCl3,溴水(足量),砖红色,CO2气体,2.物理测试方法 (1)红外光谱 红外光谱(infrared spectroscopy)中不同频率的吸收峰反映的是有机物分子中不同的化学键或官能团的吸收频率，因此从红外光谱可以获得有机物分子中含有何种化学键或官能团的信息。 (2)核磁共振氢谱 核磁共振氢谱(nuclear magnetic resonance spectra)中有多少个峰，有机物分子中就有多少种处于不同化学环境中的氢原子；峰的面积比就是对应的处于不同化学环境的氢原子的数目比。,例如：分子式为C2H6O的有机物的核磁共振氢谱如下,3,1,CH3CH2OH,CH3O
7、CH3,(3)通过定性实验确定官能团的位置 若由醇氧化得醛或羧酸，可推知OH一定连接在至少有2个氢原子的碳原子上，即存在CH2OH或CH3OH；由醇氧化为酮，推知OH一定连在有1个氢原子的碳原子上，即存在 ；若醇不能在催化剂作用下被氧化，则OH所连的碳原子上无氢原子。 由消去反应的产物，可确定OH或X的位置。 由取代反应产物的种数，可确定碳链结构。如烷烃，已知其分子式和一氯代物的种数时，可推断其可能的结构。有时甚至可以在不知其分子式的情况下，判断其可能的结构简式。,由加氢后碳链的结构，可确定原物质分子中 或CC的位置。 由有机物发生酯化反应能生成环酯或聚酯，可确定有机物是羟基酸，并根据环的大小
8、，可确定“OH”与“COOH”的相对位置。 (4)通过定量实验确定 通过定量实验确定有机物的官能团，如乙醇结构式的确定；通过定量实验确定官能团的数目，如测得1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体，则可说明该醇分子中含2个OH。 (5)可用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的官能团和各类氢原子数目，确定结构式。,例4 化学式为C4H8O3的有机物在浓硫酸存在下加热时有如下性质： 能分别与CH3CH2OH和CH3COOH发生酯化反应； 能脱水生成一种能使溴水退色的物质，此物质只存在一种结构简式； 分子内能脱水生成一种分子式为C4H6O2的五元环状化合物。 则C4H8O3的结构简式为 A.H
9、OCH2COOCH2CH3 B.CH3CH(OH)CH2COOH C.HOCH2CH2CH2COOH D.CH3CH2CH(OH)COOH,答案,解析,解析 该有机物能够和CH3CH2OH及CH3COOH发生酯化反应，说明其分子内含有COOH和OH。能够脱水生成使溴水退色的物质，再结合C4H8O3的不饱和度，说明此生成物中含有 ，即和OH相连的碳原子的邻位碳原子上必定有H原子。该有机物能够发生分子内脱水反应生成分子式为C4H6O2的五元环状化合物，则生成的五元环的结点为四个C原子和一个O原子，所以该有机物应为直链状，即HOCH2CH2CH2COOH。,例5 为测定某有机物A的结构，设计了如下实
10、验：将2.3 g该有机物完全燃烧，生成了0.1 mol CO2和2.7 g H2O；用质谱仪实验得质谱图；用核磁共振仪处理该化合物得核磁共振氢谱图，图中三个峰的面积比为123。试回答下列问题：,(1)有机物A的相对分子质量为_。 (2)有机物A的实验式为_。 (3)根据A的实验式_(填“能”或“不能”)确定A的分子式。 (4)A的分子式为_，结构简式为_。,答案,解析,46,C2H6O,能,C2H6O,CH3CH2OH,解析 一般质谱图中最大质荷比即为有机物的相对分子质量，所以根据质谱图可知A的相对分子质量为46。2.3 g A完全燃烧生成0.1 mol CO2和2.7 g H2O，则可计算出
11、A的分子式为(C2H6O)n，即A的实验式为C2H6O。由于H原子已经饱和，所以该实验式就是其分子式。根据核磁共振氢谱图可知，A中有三种化学环境不同的H原子且数目之比为123，又因为A的通式符合饱和一元醇的通式，所以A的结构简式为CH3CH2OH。,方法规律,(1)质谱图中质荷比最大的峰的数值就是该有机物的相对分子质量。 (2)核磁共振氢谱中峰的个数分子中不同化学环境的氢原子数目，峰面积之比不同化学环境的氢原子数目之比。 (3)红外光谱图中可以获得有机物分子中含有的化学键或官能团。,1.确定有机化合物结构式的流程,三、有机化合物结构的确定,2.医用胶单体的结构确定 (1)测定实验式 燃烧30.
12、6 g医用胶的单体样品，实验测得生成70.4 g CO2、19.8 g H2O、2.24 L N2(已换算成标准状况)，确定其实验式的计算步骤如下： 计算各元素的物质的量,n(CO2) ，,n(C) mol；,1.6,n(H2O) ，,n(H) mol；,2.2,n(N2) ， n(N) mol； n(O) mol。,0.2,0.4,确定实验式 n(C)n(H)n(N)n(O) ，则实验式为 。 (2)确定分子式 已知：由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0。设该化合物的分子式(C8H11NO2)n，则n ，则该化合物的分子式为 。,81112,C8H11NO2,C8H11NO2,
13、用化学方法推测分子中的官能团 a.加入溴的四氯化碳溶液，红棕色退去，说明可能含有 或。 b.加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液，无明显变化，说明不含有 。 c.加入稀碱水溶液并加热，有氨气放出，说明含有 。,(3)推导结构式 计算不饱和度。不饱和度 。,CC,NO2,CN,推测样品分子的碳骨架结构和官能团在碳链上的位置。样品分子核磁共振氢谱图和核磁共振碳谱图提示：该化合物分子中含有 和OCH2CH2CH2CH3基团。 确定结构简式。综上所述，医用胶单体的结构简式为 。,有机化合物结构式的确定方法 (1)根据价键规律确定 某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据
14、分子式确定其结构式。例如：C2H6，只能是CH3CH3，CH4O只能是CH3OH。 (2)通过定性实验确定 实验有机物表现的性质及相关结论确定官能团确定结构式。例如：能使溴的四氯化碳溶液退色的有机物分子中可能含有 ，不能使溴的四氯化碳溶液退色却能使酸性高锰酸钾溶液退色的可能是苯的同系物等。,例6 (2017杭州七校高二期中)某研究性学习小组为确定某蜡状有机物A的结构和性质，他们拟用传统实验的手段与现代技术相结合的方法进行探究。请你参与过程探究。 .实验式的确定 (1)取样品A进行燃烧法测定，发现燃烧后只生成CO2和H2O，某次燃烧后，经换算得到了0.125 mol CO2和0.15 mol H
15、2O。据此得出的结论是_。,答案,解析,分子中n(C)n(H)512，分子式为C5H12Ox(x0,1,2),解析 取样品A进行燃烧法测定，发现燃烧后只生成CO2和H2O，某次燃烧后，经换算得到了0.125 mol CO2和0.15 mol H2O，说明该有机物中含有C、H元素，可能含有O元素，分子中C、H元素的物质的量比为n(C)n(H)0.125 mol(20.15) mol512，分子式为C5H12Ox(x0,1,2)。,(2)另一实验中，取3.4 g蜡状有机物A在3.36 L(标准状况下，下同)氧气中完全燃烧，两者均恰好完全反应，生成2.8 L CO2和液态水。由此得出A的实验式是_。
16、,答案,解析,C5H12O4,解析 生成CO2的物质的量为 0.125 mol，则生成水的物质的量为0.15 mol,3.4 g有机物中氧元素的质量为3.4 g0.125 mol12 gmol10.15 mol21 gmol11.6 g，则氧元素的物质的量为0.1 mol，分子中n(C)n(H)n(O)5124，故最简式为C5H12O4。,.结构式的确定(经测定A的相对分子质量为136) (3)取少量样品熔化，加入钠有氢气放出，说明A分子中含有_。,答案,解析,解析 取少量样品熔化，加入钠有氢气放出，A分子中不含有不饱和键，说明 A分子中含有羟基。,羟基,则A的结构简式为_。,(4)进行核磁共
17、振，发现只有两组特征峰，且峰面积比为21，再做红外光谱，发现与乙醇一样透过率在同一处波数被吸收。图谱如下：,答案,解析,C(CH2OH)4,解析 进行核磁共振，发现只有两组特征峰，且面积比为21，说明结构中含有两种氢原子，数目分别为4和8，再做红外光谱，发现与乙醇一样透过率在同一处波数被吸收，说明结构中含有醇羟基，从红外光谱图可以看出分子中含有OH、CO、CH键，该有机物的结构简式为C(CH2OH)4。,达标检测,1.据报道，化学家合成了一种分子式为C200H200、含多个 的链状烃，该分子含有 的个数最多可以有 A.98个 B.102个 C.50个 D.101个,答案,1,2,3,4,5,6
18、,解析,解析 饱和链烃通式为CnH2n2，分子中每增加1个碳碳双键则减少2个氢原子，C200H200分子中比200个碳原子的饱和烃少202个氢原子，所以分子中最多可能有101个 。,7,2.(2017济南一中高二期中)在核磁共振氢谱中出现两组峰，其峰面积之比为32的化合物为,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,解析 因为在核磁共振氢谱中出现两组峰，说明该有机物分子中处在不同化学环境中的氢原子有两种，且根据题意这两种氢原子个数之比为32，分析四个选项：A项中处在不同化学环境中的氢原子有2种，其个数比为62，不合题意；,1,2,3,4,5,6,B项如图所示： ，氢原子有3种，其个数比为311，
19、不合题意；,7,1,2,3,4,5,6,C项如图所示： ，氢原子有3种，其个数比为628，不合题意；,D项如图所示： ，氢原子有2种，其个数比为32，符合题意。,7,3.核磁共振氢谱是指有机物分子中的氢原子所处的化学环境(即其附近的基团)不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振氢谱图中坐标的位置(化学位移，符号为)也就不同。现有一物质的核磁共振氢谱如图所示： 则可能是下列物质中的 A.CH3CH2CH3 B.CH3CH2CH2OH C.CH3CH2CH2CH3 D.CH3CH2CHO,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,解析 由核磁共振氢谱图知该有机物分子中含有4种不同化学
20、环境的氢原子，A物质分子中有2种不同化学环境的氢原子，B物质分子中有4种不同化学环境的氢原子，C物质分子中有2种不同化学环境的氢原子，D物质分子中有3种不同化学环境的氢原子，故选B。,1,2,3,4,5,6,7,4.某有机物X由C、H、O三种元素组成，它的红外吸收光谱表明有羟基OH键、CO键、烃基上CH键的红外吸收峰。X的核磁共振氢谱有四个峰，峰面积之比是4112(其中羟基氢原子数为3)，X的相对分子质量为92，试写出X的结构简式：_。,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,1,2,3,4,5,6,解析 由红外吸收光谱判断X应属于含有羟基的化合物。由核磁共振氢谱判断X分子中有四种不同类型的氢
21、原子，若羟基氢原子数为3(两种类型氢原子)，则烃基氢原子数为5且有两种类型。由相对分子质量减去已知原子的相对原子质量就可求出碳原子的个数： 3，故分子式为C3H8O3。羟基氢原子有两种类型，判断三个羟基应分别连在三个碳原子上，推知结构简式为 。,7,5.已知某有机物A的实验式为C2H4O，其质谱图如图所示：,1,2,3,4,5,6,7,(1)该有机物的相对分子质量是_。(2)该有机物的分子式为_。(3)若该有机物的红外光谱分析含有酯基，写出满足(2)中分子式的所有同分异构体的结构简式。,1,2,3,4,5,6,答案,解析,88,C4H8O2,答案 HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH
22、3)2、CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3,解析 质谱图最右边的E峰是分子离子产生的，所以其相对分子质量为88。,解析 实验式是C2H4O，可推出其分子式为C4H8O2。,解析 类别为酯，分子式为C4H8O2的同分异构体有四种。,7,6.(2017佳木斯一中高二期中)某有机化合物A的相对分子质量(分子量)大于100，小于110。经分析得知，其中C和H的质量分数之和为53.8%，其余为氧。请回答： (1)1个A分子中含有_个氧原子。,1,2,3,4,5,6,答案,解析,3,解析 C和H的质量分数之和为53.8%，则O的质量分数为46.2%，当A相对分子质量为110时，O原子个数为
23、3.2，当A的相对分子质量为100时，O原子个数为2.9，因此，1个A分子中含有3个氧原子。,7,(2)已知A分子中C、H原子个数比为12，则该化合物的质谱图中最大质荷比为_。,1,2,3,4,5,6,答案,解析,104,解析 已知A分子中C、H原子个数比为12，由(1)知A分子中O原子的个数为3，A的相对分子质量为 104，A的分子式为C4H8O3，该化合物的质谱图中最大质荷比为104。,7,(3)已知A可与碳酸钠溶液反应生成二氧化碳，A的核磁共振氢谱为3组峰，且面积比为611，则A的结构简式为_。,1,2,3,4,5,6,答案,解析,解析 已知A可与碳酸钠溶液反应生成二氧化碳，证明含有羧基
24、，A的核磁共振氢谱为3组峰，且面积比为611，推出A分子中含有2个甲基，结构简式应为 。,7,7.(2017临川一中月考)化合物A经李比希法测得其中含C 72.0%、H 6.67%，其余为氧，质谱法分析得知A的相对分子质量为150。现测出A的核磁共振氢谱有5个峰，其面积之比为12223。 利用红外光谱仪可初步检测有机化合物中的某些基团，现测得A分子的红外光谱如图所示。,1,2,3,4,5,6,7,已知：A分子中只含一个苯环，且苯环上只有一个取代基。试回答下列问题： (1)A的分子式为_。,答案,解析,C9H10O2,1,2,3,4,5,6,7,(2)A的结构简式为_(写出一种即可)。,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,解析 通过红外光谱图可知：A分子中除含一个苯环外，还含有 、COC和CC，所以A的结构简式为 (合理即可)。,(3)A的芳香类同分异构体有多种，请按要求写出所有符合条件的结构简式：分子中不含甲基的芳香酸：_；,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,解析 A的芳香类同分异构体中不含甲基的芳香酸是；,遇FeCl3溶液显紫色且苯环上只有两个对位取代基的芳香醛：_。,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,解析 遇FeCl3显紫色，说明含酚羟基，又因为含醛基，且只有两个取代基，所以遇FeCl3溶液显紫色且苯环上只有两个对位取代基的芳香醛是 和,
