课程内容

《研究有机化合物的一般步骤和方法（2）》
一、元素分析与相对分子质量的确定
1、元素分析方法：李比希法→现代元素分析法
“李比希元素分析法”的原理：

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52.1 6%，氢的质量分数为13.14%。
（1）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）。
（2）若要确定它的分子式，还需要什么条件。
2、相对分子质量的测定：质谱法（MS）
用途：确定相对分子质量
质谱仪有什么作用？其原理是什么？
它是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场作用下达到检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。
质荷比是分子离子与碎片离子的相对质量与其电荷的比值。
【思考与交流】
如何读谱以确定有机物的相对分子质量？
由于相对质量越大的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知物的相对分子质量。
例2、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。某有机物样品的质荷比如下图所示

则该有机物可能是（   ）
   A、甲醇   B、甲烷   C、丙烷   D、乙烯
二、分子结构的鉴定
分子式→结构式（确定有机物的官能团）
红外光谱
  用途：确定化学键类型和官能团
红外光谱法确定有机物结构的原理：
由于有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频率相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键、官能团可发生震动吸收，不同的化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，我们就可以根据红外光谱图，推知有机物含有哪些化学键、官能团，以确定有机物的结构。
例3：下图是一种分子式为C₃H₆O₂的有机物的红外光谱谱图，则该有机物的结构简式为：CH₃OOCH₃
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_________
核磁共振氢谱
  用途：确定氢原子的种类及数目
注意：核磁共振氢谱在后续学习中多次出现，是学生解题判断同分异构体、确定有机物结构的一个重要依据。
如何根据核磁共振氢谱确定有机物的结构？
    对于CH₃CH₂OH、CH₃-O-CH₃这两种物质来说，除了氧原子的位置、连接方式不同外，碳原子、氢原子的连接方式也不同、所处的环境不同，即等效碳、等效氢的种数不同。
    不同化学环境的氢原子（等效氢原子）因产生共振时吸收的频率不同，被核磁共振仪记录下来的吸收峰的面积不同。所以，可以从核磁共振谱图上推知氢原子的类型及数目。
通过核磁共振氢谱可知道有机物里有多少种氢原子，不同氢原子的数目之比是多少。
吸收峰数目=氢原子类型
不同吸收峰的面积之比（强度之比）=不同氢原子的个数之比
例4、一个有机物的分子量为70，红外光谱表征到碳碳双键和C=O的存在，核磁共振氢谱列如下图：
①写出该有机物的分子式：___________
②写出该有机物的可能的结构简式：___________
图谱题解题建议：
1、首先应掌握好三种谱图的作用、读谱方法。
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（筒）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。
练习：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