第二節(jié)

研究有機(jī)化合物的一般方法第一章

有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與研究方法湖北省利川市第一中學(xué)李時(shí)珍在《本草綱目》中記載，檳榔有“下水腫、通關(guān)節(jié)、健脾調(diào)中、治心痛積聚”等諸多病癥。檳榔是我國(guó)的四大南藥之一如果你是化學(xué)家，你該如何來(lái)研究檳榔中的有機(jī)化合物？一般的步驟和方法是什么？

有機(jī)物(粗品)提取有效成分獲得晶體測(cè)定結(jié)構(gòu)合成與修飾廣泛應(yīng)用TuYouyousearchedancientliteratureonherbalmedicineinherquesttodevelopnovelmalariatherapies.TheplantArtemisiaannuaturnedouttobeaninterestingcandidate,andTudevelopedapurificationprocedure,whichrenderedtheactiveagent,Artemisinin,adrugthatisremarkablyeffectiveagainstMalaria.2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)怎樣研究有機(jī)化合物？有哪些基本步驟？分離、提純確定實(shí)驗(yàn)式確定分子式確定分子結(jié)構(gòu)元素定量分析質(zhì)譜法測(cè)量相對(duì)分子質(zhì)量波譜分析：質(zhì)譜紅外光譜核磁共振氫譜x射線衍射譜分離、提純?cè)恚豪糜袡C(jī)物與雜質(zhì)的物理性質(zhì)的差異將它們分離。分離、提純方法：蒸餾、萃取、分液、重結(jié)晶等【思考與討論】一、分離、提純1、蒸餾

（2）條件：（1）原理：工業(yè)乙醇工業(yè)乙醇95.6%無(wú)水乙醇99.5%以上蒸餾蒸餾吸水劑③有機(jī)物與雜質(zhì)的沸點(diǎn)相差較大(一般約大于30℃)①液體有機(jī)物中含有少量雜質(zhì)②有機(jī)物熱穩(wěn)定性較強(qiáng)利用沸點(diǎn)差異分離液體混合物。冷凝管蒸餾燒瓶錐形瓶溫度計(jì)碎瓷片或沸石進(jìn)水出水牛角管(尾接管)石棉網(wǎng)熟記圖中主要儀器的名稱氣化冷凝冷凝接收（3）蒸餾裝置（4）注意事項(xiàng)：整體-局部：由下到上，由左到右①使用前要檢查裝置的氣密性;②加熱時(shí)應(yīng)墊石棉網(wǎng);③燒瓶中放少量沸石或碎瓷片（防止暴沸）;④蒸餾燒瓶中所盛液體體積：1/3≤V≤2/3;⑤溫度計(jì)水銀球的位置在蒸餾燒瓶支管口處;⑥冷凝管中水的流向：下進(jìn)上出;⑦用錐形瓶收集餾分(蒸餾所得的產(chǎn)品)。思考：1、先加熱還是先通冷凝水？酒精燈遲到早退、冷凝水早出晚歸2、實(shí)驗(yàn)中若發(fā)現(xiàn)未加沸石，應(yīng)如何處理？立即停止加熱，冷卻后，補(bǔ)加沸石。球形冷凝管用于冷凝回流沸點(diǎn)高的液體。蛇形冷凝管用于冷凝回流沸點(diǎn)低的液體。直形冷凝管，多用于蒸餾操作。直形冷凝管（橫著用）球形冷凝管（豎著用）蛇形冷凝管（豎著用）例如注意二者的區(qū)別拓展歸納

泡茶煲湯

利用混合物中一種溶質(zhì)在互不相溶的兩種溶劑中的溶解性不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來(lái)的方法。（1）根據(jù)萃取劑的類別，將萃取進(jìn)行簡(jiǎn)單分類：①液—液萃?。菏抢糜袡C(jī)物在兩種互不相溶的溶劑中的溶解性不同，將有機(jī)物從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑的過(guò)程。②固—液萃?。菏怯糜袡C(jī)溶劑從固體物質(zhì)中溶解出有機(jī)物的過(guò)程。(專用儀器設(shè)備)2、萃取——萃取用的溶劑（2）萃取劑選擇條件：①萃取劑與原溶劑互不相溶、不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)②溶質(zhì)不與萃取劑發(fā)生任何反應(yīng)③溶質(zhì)在兩溶劑中的溶解度有較大差別（在萃取劑中的溶解度大）常用萃取劑：密度小于水的：苯、乙醚、乙酸乙酯；密度大于水的：氯仿、四氯化碳等分液漏斗(梨形)，燒杯，鐵架臺(tái)（3）主要儀器：靜置分層分液振蕩裝液（4）操作步驟：瓶塞(玻璃塞):凹槽、小孔①分液漏斗內(nèi)液體的總體積不超過(guò)容積的2/3.②分液漏斗下端尖嘴部分緊靠燒杯內(nèi)壁。③分液時(shí)應(yīng)打開(kāi)上口的玻璃塞或使塞上的凹槽對(duì)準(zhǔn)漏斗口上的小孔，使液體能夠順利滴下；④下層液體從下口放出，及時(shí)關(guān)閉下口活塞;

上層液體從上口倒出。（5）注意事項(xiàng)：（1）適用范圍：提純固體有機(jī)化合物的常用方法（2）溶劑要求：②被提純的有機(jī)化合物在此溶劑中的溶解度受溫度影響較大，能夠冷卻結(jié)晶

①雜質(zhì)在此溶劑中溶解度很小或者很大，易于除去。如果重結(jié)晶所得的晶體純度不能達(dá)到要求，可以再次進(jìn)行重結(jié)晶以提高產(chǎn)物的純度。利用被提純物質(zhì)與雜質(zhì)在同一溶劑中的溶解度不同而將其雜質(zhì)除去的方法。3、重結(jié)晶【問(wèn)題】某粗苯甲酸樣品中含有少量氯化鈉和泥沙，提純苯甲酸需要經(jīng)過(guò)哪些步驟？溫度/℃255075溶解度/g0.340.852.2

【資料】苯甲酸可用作食品防腐劑。純凈的苯甲酸為無(wú)色結(jié)晶，其結(jié)構(gòu)可表示為,熔點(diǎn)122℃，沸點(diǎn)249℃。苯甲酸微溶于水，易溶于乙醇等有機(jī)溶劑。苯甲酸在水中的溶解度如下重結(jié)晶法提純苯甲酸（3）探究——案例分析【實(shí)驗(yàn)】（1）觀察粗苯甲酸樣品的狀態(tài)。（2）將1g粗苯甲酸放入100mL燒杯，加入50mL蒸餾水。加熱，攪拌，使粗苯甲酸充分溶解。（3）使用漏斗趁熱將溶液過(guò)濾至另一燒杯中，將濾液靜置，使其緩慢冷卻結(jié)晶。（4）待濾液完全冷卻后濾出晶體，并用少量蒸餾水洗滌。將晶體鋪在干燥的濾紙上，晾干后稱其質(zhì)量。加熱溶解趁熱過(guò)濾冷卻結(jié)晶加熱：使苯甲酸溶解。趁熱過(guò)濾：除去泥沙，并防止苯甲酸晶體低溫析出而損失（1）重結(jié)晶法提純苯甲酸的原理是什么？有哪些主要操作步驟？【討論】

泥沙難溶于水，氯化鈉易溶于水，苯甲酸的溶解度受溫度影響比較大。

步驟：加少量熱水溶解，趁熱過(guò)濾，除去泥沙，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾。（2）溶解粗苯甲酸時(shí)加熱的作用是什么？趁熱過(guò)濾的目的是什么？（3）實(shí)驗(yàn)操作中多次使用了玻璃棒,分別起到了哪些作用？玻璃棒：加熱溶解——攪拌，加速苯甲酸溶解

過(guò)濾——引流取少量晶體溶于水，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無(wú)白色沉淀生成，證明NaCl已經(jīng)被除凈。（4）如何檢驗(yàn)提純后的苯甲酸中氯化鈉已經(jīng)被除凈？不純固體物質(zhì)殘?jiān)?不溶性雜質(zhì))濾液母液(可溶性雜質(zhì)和部分被提純物)晶體(產(chǎn)品)加熱溶解冷卻，結(jié)晶，過(guò)濾，洗滌，干燥趁熱過(guò)濾（4）模型構(gòu)建蒸發(fā)結(jié)晶降溫結(jié)晶結(jié)晶將溶劑蒸發(fā)獲取晶體，此法適用于溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)，如粗鹽的提純。將熱的飽和溶液慢慢冷卻后析出晶體，此法適用于溶解度隨溫度變化較大的物質(zhì)、含結(jié)晶水物質(zhì)、受熱易分解的物質(zhì)。如氯化鈉和硝酸鉀的分離。拓展延伸

根據(jù)右圖信息，下列實(shí)驗(yàn)的步驟是什么？

1.提純KNO3、NaCl(少量)混合物中KNO32.提純NaCl、KNO3(少量)混合物中NaCl溶解，蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過(guò)濾，這樣首先析出的是NaCl，少量的KNO3仍殘留在熱的溶液中。溶解，蒸發(fā)濃縮(目的：形成熱的飽和溶液)，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得到KNO3晶體，雜質(zhì)NaCl留在濾液中。1.一種溶質(zhì)(1)S隨T變化小—蒸發(fā)結(jié)晶(2)①S隨T變化大②含結(jié)晶水③受熱分解蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾(KNO3、Na2CO3·10H2O等)2.二種溶質(zhì)，其中一種為少量雜質(zhì)主物質(zhì)(1)S隨T變化大—蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾(如KNO3中少量NaCl）(2)S隨T變化小—蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過(guò)濾(NaCl中少量KNO3）3.二種溶質(zhì)，大量共存蒸發(fā)濃縮、趁熱過(guò)濾濾渣(S隨T變化小的，NaCl）濾液冷卻結(jié)晶、過(guò)濾濾渣(S隨T變化大的，KNO3)歸納總結(jié)

色譜法起源于20世紀(jì)初，1906年俄國(guó)植物學(xué)家米哈伊爾·茨維特用碳酸鈣填充豎立的玻璃管，以石油醚洗脫植物色素的提取液，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間洗脫之后，植物色素在碳酸鈣柱中實(shí)現(xiàn)分離，由一條色帶分散為數(shù)條平行的色帶,從而分離得到了三種色素。茨維特將這種分離、提純有機(jī)物的方法命名為色譜法。25年后德國(guó)化學(xué)家?guī)於髟俜蛛x、提純胡蘿卜素異構(gòu)體和維生素結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用色譜法，獲得了1938年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

此后，色譜法成為分離、提純有機(jī)物必不可少的方法。并發(fā)展出了紙上色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法和液相色譜法等?！究茖W(xué)·技術(shù)·社會(huì)】二、確定實(shí)驗(yàn)式有機(jī)物（純凈）確定分子式？首先要確定有機(jī)物中含有哪些元素如何利用實(shí)驗(yàn)的方法確定有機(jī)物中C、H、O各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？定量分析：用化學(xué)方法鑒定有機(jī)物所含元素。1、原理：將一定量的有機(jī)化合物燃燒，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)化合物（C-CO2,H-H2O）并通過(guò)測(cè)定無(wú)機(jī)物的質(zhì)量，計(jì)算出該有機(jī)化合物分子內(nèi)各元素原子的最簡(jiǎn)整數(shù)比，確定實(shí)驗(yàn)式(也稱最簡(jiǎn)式)定性分析：鑒定分子內(nèi)各元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。元素分析2、元素分析方法：①李比希元素分析法②現(xiàn)代元素分析儀①李比希法簡(jiǎn)易裝置圖：原理：一定量有機(jī)物[含C、H、(O)]CuO氧化H2OCO2無(wú)水CaCl2吸收濃KOH吸收反應(yīng)前后裝置質(zhì)量差計(jì)算C、H元素質(zhì)量用C、H、O元素原子個(gè)數(shù)比確定實(shí)驗(yàn)式依據(jù)總質(zhì)量減去C、H元素質(zhì)量確定是否有O元素H2OCO2一定量有機(jī)物燃燒氧化H2OCO2堿液吸收?m2干燥劑吸收?m1計(jì)算C、H含量計(jì)算O含量得出實(shí)驗(yàn)式“李比希元素分析法”的原理：【例1】含C、H、O三元素的未知物A，經(jīng)燃燒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定該未知物中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.2%，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.1%。試求該未知物A的實(shí)驗(yàn)式。

（2）計(jì)算該有機(jī)化合物分子內(nèi)各元素原子的個(gè)數(shù)比：【解】（1）計(jì)算該有機(jī)化合物中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：ω(O)＝100%－52.2%－13.1%＝34.7%N(C)：N(H)：N(O)＝52.2%12.0113.1%1.00834.7%16.00：：＝2：6：1【答】該未知物A的實(shí)驗(yàn)式為C2H6O。:可以直接測(cè)出有機(jī)物中各元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)②現(xiàn)代元素分析儀

知道實(shí)驗(yàn)式，若要確定分子式，需要什么條件？

三、確定分子式元素定量分析實(shí)驗(yàn)式各組成原子的最簡(jiǎn)整數(shù)比其中最精確、快捷的方法相對(duì)分子質(zhì)量質(zhì)譜法質(zhì)譜儀相對(duì)豐度質(zhì)荷比橫軸：最右邊離子峰(即質(zhì)荷比最大的峰）就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量怎樣讀圖？相對(duì)分子質(zhì)量質(zhì)荷比最大的就是其相對(duì)分子質(zhì)量（1）定義法：M=m/n（3）標(biāo)況下有機(jī)物蒸氣的密度為ρ

g/L（2）根據(jù)有機(jī)物蒸氣的相對(duì)密度D

M=22.4L/mol×ρ

g/L(4)利用各類有機(jī)物的分子通式及相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式回顧所學(xué)知識(shí)，還有哪些方法可以求相對(duì)分子質(zhì)量？二甲醚

乙醇

寫出C2H6O可能的結(jié)構(gòu)：

依據(jù)質(zhì)譜圖：未知物A的相對(duì)分子質(zhì)量為46，實(shí)驗(yàn)式C2H6O的相對(duì)分子質(zhì)量是46，

M=[M(C2H6O)]×n，n=1，所以未知物A的實(shí)驗(yàn)式和分子式都是C2H6O怎樣確定有機(jī)物A是二甲醚，還是乙醇？四、確定分子結(jié)構(gòu)確定官能團(tuán)和化學(xué)鍵的類型1、紅外光譜

未知物A的紅外光譜紅外光譜儀【例2】下圖是分子式為C3H6O2的有機(jī)物的紅外光譜譜圖，推測(cè)其結(jié)構(gòu)。CH3—C—O—CH3O核磁共振儀(1)原理：處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子因產(chǎn)生共振時(shí)吸收電磁波的頻率不同，相應(yīng)的信號(hào)在譜圖中出現(xiàn)的位置也不同，具有不同的化學(xué)位移（用δ表示），而且吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比。(2)應(yīng)用：確定機(jī)化合物分子中有幾種不同類型的氫原子以及它們的相對(duì)數(shù)目等信息。吸收峰數(shù)目＝等效氫的種數(shù)峰強(qiáng)度(峰面積或峰高)之比＝不同等效氫的個(gè)數(shù)之比2、核磁共振氫譜（HNMR）未知物A的核磁共振氫譜二甲醚的核磁共振氫譜由未知物A（分子式為C2H6O）的核磁共振氫譜圖，可以判斷:A的分子中有3中處于不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，個(gè)數(shù)比為3:2:1。CH3OCH3（二甲醚）分子中的6個(gè)氫原子的化學(xué)環(huán)境相同，對(duì)應(yīng)的核磁共振氫譜圖中只有一