研究有機化合物的一般步驟和方法

2022-09-09 13:09:03 字數 4081 閱讀 2645

2、結晶和重結晶

(1)定義:重結晶是使固體物質從溶液中以晶體狀態析出的過程,是提純、分離固體物質的重要方法之一。

[講]重結晶常見的型別

(1)冷卻法:將熱的飽和溶液慢慢冷卻後析出晶體,此法適合於溶解度隨溫度變化較大的溶液。

(2)蒸發法:此法適合於溶解度隨溫度變化不大的溶液,如粗鹽的提純。

(3)重結晶:將以知的晶體用蒸餾水溶解,經過濾、蒸發、冷卻等步驟,再次析出晶體,得到更純淨的晶體的過程。

[講]若雜質的溶解度很小,則加熱溶解,趁熱過濾,冷卻結晶;若溶解度很大,則加熱溶解,蒸發結晶。

重結晶的首要工作是選擇適當的溶劑,要求該溶劑:

(1)雜質在此溶劑中的溶解度很小或溶解度很大,易於除去;(2)被提純的有機物在此溶劑中的溶解度,受溫度影響較大。

(2)溶劑的選擇:

雜質在溶劑中的溶解度很小或很大,易於除去;

被提純的有機物在此溶液中的溶解度,受溫度影響較大。

3、萃取

(1)所用儀器:燒杯、漏斗架、分液漏斗。

(2)萃取:利用溶液在互不相溶的溶劑裡溶解度的不同,用一種溶劑把溶質從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來,前者稱為萃取劑,一般溶質在萃取劑裡的溶解度更大些。

分液:利用互不相溶的液體的密度不同,用分液漏斗將它們一一分離出來。

[講]基本操作:

.檢驗分液漏斗活塞和上口的玻璃塞是否漏液;

.將漏斗上口的玻璃塞開啟或使塞上的凹槽或小孔對準漏斗口上的小孔,使漏斗內外空氣相通漏斗裡液體能夠流出

.使漏斗下端管口緊靠燒懷內壁;及時關閉活塞,不要讓上層液體流出

.分液漏斗中的下層液體從下口放出,上層液體從上口倒出。

[講]注意事項:

、萃取劑必須具備兩個條件:一是與溶劑互不相溶;二是溶質

在萃取劑中的溶解度較大。

、檢查分液漏斗的瓶塞和旋塞是否嚴密。

、萃取常在分液漏斗中進行,分液是萃取操作的乙個步驟,必須經過充分振盪後再靜置分層。

、分液時,開啟分液漏斗的活塞,將下層液體從漏斗頸放出,當下層液體剛好放完時,要立即關閉活塞,上層液體從上口倒出。

[小結]本節課要掌握研究有機化合物的一般步驟和常用方法;有機物的分離和提純, 包括操作中所需要注意的一些問題。

二、元素分析與相對分子質量的測定

1、元素分析

[思考與交流]如何確定有機化合物中c、h元素的存在?

[講]定性分析:確定有機物中含有哪些元素。(李比希法)一般講有機物燃燒後,各元素對應產物為:

c→co2,h→h2o,若有機物完全燃燒,產物只有co2和h2o,則有機物組成元素可能為c、h或c、h、o。定量分析:確定有機物中各元素的質量分數。

(現代元素分析法)

[講]元素定量分析的原理是將一定量的有機物燃燒,分解為簡單的無機物,並作定量測定,通過無機物的質量推算出組成該有機物元素原子的質量分數,然後計算出該有機物分子所含元素原子最簡單的整數比,即確定其實驗式。以便於進一步確定其分子式。

[例] 某含c、h、o三種元素的未知物a,經燃燒分析實驗測定該未知物中碳的質量分數為52.16%,氫的質量分數為13.14%。

(1)試求該未知物a的實驗式(分子中各原子的最簡單的整數比)。

[講]實驗式和分子式的區別:實驗式表示化合物分子所含元素的原子數目最簡單整數比的式子。分子式表示化合物分子所含元素的原子種類及數目的式子。

[思考與交流]若要確定它的分子式,還需要什麼條件?

[講]確定有機化合物的分子式的方法:

(1)由物質中各原子(元素)的質量分數→ 各原子的個數比(實驗式)→由相對分子質量和實驗式 → 有機物分子式

(2)有機物分子式 ← 知道乙個分子中各種原子的個數 ← 1mol物質中的各種原子的物質的量 ← 1mol物質中各原子(元素)的質量除以原子的摩爾質量 ←1mol物質中各種原子(元素)的質量等於物質的摩爾質量與各種原子(元素)的質量分數之積

[總結]確定有機物分子式的一般方法.

(1)實驗式法:

①根據有機物各元素的質量分數求出分子組成中各元素的原子個數比(最簡式)。

②求出有機物的摩爾質量(相對分子質量)。

(2)直接法:

①求出有機物的摩爾質量(相對分子質量)

②根據有機物各元素的質量分數直接求出1mol有機物中各元素原子的物質的量。

確定相對分子質量的方法有:

(1)m = m/n

(2)根據有機蒸氣的相對密度d, m1 = dm2

(3)標況下有機蒸氣的密度為ρg/l, m = 22.4l/mol ρg/l

[講]有機物的分子式的確定方法有很多,在今後的教學中還會進一步介紹。今天我們僅僅學習了利用相對分子質量和實驗式共同確定有機物的基本方法。應該說以上所學的方法是用推算的方法來確定有機物的分子式的。

在同樣計算推出有機物的實驗式後,還可以用物理方法簡單、快捷地測定相對分子質量,比如——質譜法。

2、相對分子質量的測定——質譜法(ms)

(1) 質譜法的原理:用高能電子流轟擊樣品,使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子,在磁場的作用下,由於它們的相對質量不同而使其到達檢測器的時間也先後不同,其結果被記錄為質譜圖。

[強調]以乙醇為例,質譜圖最右邊的分子離子峰表示的就是上面例題中未知物a(指乙醇)的相對分子質量。

[閱讀]圖1-15

[思考與交流]質荷比是什麼?如何讀譜以確定有機物的相對分子質量?

分子離子與碎片離子的相對質量與其電荷的比值。

由於相對質量越大的分子離子的質荷比越大,達到檢測器需要的時間越長,因此譜圖中的質荷比最大的就是未知物的相對分子質量。

[過渡]通過測定,現在已經知道了該有機物的分子式,但是,我們知道,相同的分子式可能出現多種同分異構體,那麼,該如何進以步確定有機物的分子結構呢?下面介紹兩種物理方法。

三、分子結構的鑑定

1、紅外光譜(ir)

(1)原理:由於有機物中組成化學鍵、官能團的原子處於不斷振動狀態,且振動頻率與紅外光的振動頻譜相當。所以,當用紅外線照射有機物分子時,分子中的化學鍵、官能團可發生震動吸收,不同的化學鍵、官能團吸收頻率不同,在紅外光譜圖中將處於不同位置。

從而可獲得分子中含有何種化學鍵或官能團的資訊。

(2)作用:推知有機物含有哪些化學鍵、官能團。

[講]從未知物a的紅外光譜圖上發現右o—h鍵、c—h鍵和c—o鍵的振動吸收,可以判斷a是乙醇而並非甲醚,因為甲醚沒有o—h鍵。

2、核磁共振氫譜(nmr)

[講]在核磁共振分析中,最常見的是對有機化合物的1h核磁共振譜(1h-nmr)進行分析。氫核磁共振譜的特徵有二:一是出現幾種訊號峰,它表明氫原子的型別,二是共振峰所包含的面積比,它表明不同型別氫原子的數目比。

(1)原理:氫原子核具有磁性,如用電磁波照射氫原子核,它能通過共振吸收電磁波能量,發生躍遷。用核磁共振儀可以記錄到有關訊號,處在不同環境中的氫原子因產生共振時吸收電磁波的頻率不同,在圖譜上出現的位置也不同,各類氫原子的這種差異被稱作化學位移,而且吸收峰的面積與氫原子數成正比。

[講]有機物分子中的氫原子核,所處的化學環境(即其附近的基團)不同),表現出的核磁性就不同,代表核磁性特徵的峰在核磁共振譜圖中橫座標的位置(化學位移,符號為δ)也就不同。即表現出不同的特徵峰;且特徵峰間強度(即峰的面積、簡稱峰度)與氫原子數目多少相關。

(2)作用:不同化學環境的氫原子(等效氫原子)因產生共振時吸收的頻率不同,被核磁共振儀記錄下來的吸收峰的面積不同。所以,可以從核磁共振譜圖上推知氫原子的型別及數目。

①吸收峰數目=氫原子型別

②不同吸收峰的面積之比(強度之比)=不同氫原子的個數之比

[講]未知物a的核磁共振氫譜有三種型別氫原子的吸收峰,說明a只能是乙醇而並非甲醚,因為甲醚只有一種氫原子。

[閱讀]圖1一19,圖1一20

[小結]本節課主要掌握鑑定有機化合物結構的一般過程和方法。包括測定有機物的元素組成、相對分子質量、分子結構。了解幾種物理方法——質譜法、紅外光譜法和核磁共振氫譜法。

[課後練習]

1、有機物中含碳40﹪、氫6.67﹪,其餘為氧,又知該有機物的相對分子質量是60。求該有機物的分子式。(c2h4o2)

2、燃燒某有機物a 1.50g,生成1.12l(標準狀況)co2和0.

05mol h2o 。該有機物的蒸氣對空氣的相對密度是1.04,求該有機物的分子式。

(ch2o)

3、某烴類化合物a的質譜圖表明其相對分子質量為84,紅外光譜表明分子中含有碳碳雙鍵,核磁共振氫譜表明分子中只有一種型別的氫。則a的結構簡式是______

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