1、第第 2 课时课时 有机化合物结构式的确定有机化合物结构式的确定 核心素养发展目标 1.宏观辨识与微观探析：通过质谱、红外光谱、核磁共振氢谱等现代 仪器测定、探析有机物的分子组成、结构，揭示有机物结构的异同；能认识仪器分析对确定 物质微观结构的作用。2.证据推理与模型认知：从官能团的鉴别，构建不同有机物的结构模 型，结合官能团的性质，推理出各类有机物的特性。 一、有机化合物分子不饱和度的计算 1不饱和度的计算公式 不饱和度n(C)1nH 2 。 说明：n(C)表示碳原子数，n(H)表示氢原子数。 (1)若有机化合物分子中含有卤素原子，则将其视为氢原子。 (2)若含有氧原子，则不予考虑。 (3)
2、若含有氮原子，则用氢原子总数减去氮原子数。 2几种官能团的不饱和度 化学键 不饱和度 化学键 不饱和度 一个碳碳双键 1 一个碳碳叁键 2 一个羰基 1 一个苯环 4 一个脂环 1 一个氰基 (CN) 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4224 10。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。 例 1 有机物的不饱和度为( ) A8 B7 C6 D5 【考点】 有机物的不饱和度及其应用 【题点】 有机物不饱和度的计算 答
3、案 C 解析 该有机化合物的分子式为 C14H18，由计算公式： 不饱和度n(C)1nH 2 141 18 2 6。 方法规律有机物不饱和度的计算方法 (1)根据有机物的分子式计算：烃 CnHm：2n2m 2 ；CnHmOz：2n2m 2 (与 O 无 关)；CnHmXp(X 为 F、Cl、Br、I)：2n2mp 2 (X 当作 H)。 (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 某芳香族有机化合物的分子式为 C
4、8H6O2， 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 【考点】 有机物的不饱和度及其应用 【题点】 有机物不饱和度及其应用(分析分子结构) 答案 D 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
5、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)4，分子中有可能有苯环。 二、确定有机化合物的官能团 1化学实验方法 官能团种类 检测试剂 判断依据 碳碳双键或碳碳叁键 溴的四氯化碳溶液或溴水 红棕色溶液退色 酸性 KMnO4溶液 紫色溶液退色 卤素原子 NaOH 溶液(加热)，稀硝酸、 AgNO3溶液 有沉淀生成， 根据沉淀的 颜色判断卤素的种类 醇羟基 钠 有氢
6、气放出 酚羟基 FeCl3溶液 显紫色 溴水(足量) 有白色沉淀生成 醛基 银氨溶液(水浴) 有银镜生成 新制氢氧化铜悬浊液(加热) 有砖红色沉淀生成 羧基 NaHCO3溶液或 Na2CO3溶液 有 CO2气体放出 2.物理测试方法 (1)红外光谱 原理：不同官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。 作用：初步判断有机物中含有的官能团或化学键。 如分子式为 C2H6O 的有机物 A 有如下两种可能的结构：(CH3CH2OH)或(CH3OCH3)，利 用红外光谱来测定分子中有 OH 键或OH，可确定 A 的结构简式为(CH3CH2OH)。 (2)核磁共振氢谱 原理：处于不同化
7、学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上出现 的位置不同，而且吸收峰的面积与氢原子数目成正比。 作用：测定有机物分子中氢原子的类型和数目。 分析：吸收峰数目氢原子的类型，吸收峰面积比氢原子个数比。 如 CH3CH2OH 的吸收峰面积比321。 谱图法在确定有机物分子结构中的应用 (1)核磁共振氢谱图中，峰的个数即氢原子的种类数，而峰面积之比为各类氢原子个数之比。 (2)不同化学键、官能团吸收频率不同，在红外光谱图中所处位置不同。因此，可根据红外光 谱图，推知有机物分子中含有哪些化学键、官能团，从而确定有机物的结构。 (3)质谱图中，质荷比最大值即为有机物的相对分子质量。 例
8、3 已知某有机物 A 的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是( ) A由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键 B由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子 C仅由 A 的核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数 D若 A 的化学式为 C2H6O，则其结构简式为 CH3OCH3 【考点】 有机物结构式的确定 【题点】 根据核磁共振氢谱图判断有机物的结构简式 答案 D 解析 红外光谱图中给出的化学键有 CH 键、OH 键和 CO 键三种，A 正确；核磁共振 氢谱图中峰的个数即代表氢的种类，B 正确；核磁共振氢谱峰的面积表示氢的数目比，在没 有明确化学式的情
9、况下，无法得知氢原子总数，C 正确；若 A 为 CH3OCH3，则无 OH 键，与所给红外光谱图不符，且其核磁共振氢谱图应只有 1 个峰，与核磁共振氢谱图不符， D 错误。 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。 三、有机化合物结构的确定 1确定有机化合物结构式的流程 2医用胶单体的结构确定 (1)测定实验式 燃烧 30.6 g 医用胶的单体样品，实验测得生成 70.4 g CO2、19.8 g
10、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) 70.4 g 44 g mol 11.6 mol，n(C)1.6 mol； n(H2O) 19.8 g 18 g mol 11.1 mol，n(H)2.2 mol； n(N2) 2.24 L 22.4 L mol 10.1 mol，n(N)0.2 mol； n(O)30.61.6122.210.214 g 16 g mol 1 04 mol。 确定实验式 实验式为 C8H11NO2。 (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
11、式(C8H11NO2)n，则 n153.0 153.01，则该化合物的分子式为 C8H11NO2。 (3)推导结构式 计算不饱和度 不饱和度n(C)1nHnN 2 81111 2 4。 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CC。 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NO2。 c加入稀碱水溶液并加热，有氨气放出，说明含有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
12、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 4 (2018 郑州高二期中)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
13、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 H2O。据此得出的结论是_ _。 (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_。 .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_。 (4)进行核磁共振，发现只有两组特征峰，且峰
14、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： 则 A 的结构简式为_。 【考点】 有机化合物结构的确定步骤 【题点】 确定有机物结构方法的综合应用 答案 (1)分子中 n(C)n(H)512，分子式为 C5H12Ox(x0,1,2) (2)C5H12O4 (3)羟基 (4)C(CH2OH)4 解析 (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 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 元素的物质的量之比为 n(C)n(H
15、)0.125 mol(20.15) mol512，分子式 为 C5H12Ox(x0,1,2)。 (2)生成 CO2的物质的量为 2.8 L 22.4 L mol 10.125 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 g mol 10.15 mol21 g mol11.6 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。 (3)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。 (4)进行核磁共振，发现只有两组特征
16、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。 思维启迪 根据有机物分子结构的确定过程，学会有机化合物分子结构测定的方法及证据的获取，促进 “证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。 相关链接 确定有机物的结构式的其他方法 确定有机物的结构式除借用物理方法外，还可以用以下方法： (1)根据价键规律确定 根据价键规律可以判断出某些有机物只存在一种结构，则可直接根据分子式确定其结构式。 如 C2H
17、6的结构只能是 CH3CH3；CH4O 的结构只能是 CH3OH。 (2)通过化学方法确定 进行定性实验 实验中有机物表现出的性质官能团。 进行定量实验 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 1 mol 醇分子中含 2 mol OH。 进行“组装”确定 根据实验测得的官能团种类、数目，联系价键规律等进行“组装”和“拼凑”来确定有机物 的结构式。 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( ) A98 个 B102 个 C50 个 D101 个 【考点】 有机物的不饱和度及
18、其应用 【题点】 有机物的不饱和度及其应用(分析分子结构) 答案 D 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。 2(2018 石家庄市高二下学期期末)下列能够获得有机物所含官能团信息的方法是( ) A红外光谱 B质谱法 C色谱法 D核磁共振氢谱 【考点】 有机物结构式的确定 【题点】 谱图法应用 答案 A 解析 红外光谱可测定有机物的化学键以及官能团。 3(2018 南京高二期中)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
19、( ) 【考点】 有机物结构式的确定 【题点】 根据核磁共振氢谱图判断有机物的结构简式 答案 D 解析 A 项，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；B 项， ，氢原子有 3 种，其个数比为 311，不合题意；C 项， 氢原子有 3 种，其个数比为 628，不合题意；D 项，氢原子有 2 种， 其个数比为 32，符合题意。 4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( ) ACH3CH2CH3 BCH3CH2CH2OH CCH3CH2CH2CH3 DCH3CH2CHO 【考点】 官能团与有机物的确定 【题点】 根据核磁共振氢谱图判断有机物的结构简式
20、答案 B 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。 5(2018 东营高二检测)人在做剧烈运动后，有一段时间腿和胳膊会有酸胀和疼痛的感觉，原 因之一是 C6H12O6(葡萄糖)在运动过程中转化为 C3H6O3(乳酸)。4.5 g 乳酸与足量的钠反应， 在标准状况下得气体 1 120 mL。 9 g 乳酸与相同质量的甲醇反应， 生成 0.1 mol 乳酸甲酯和 1.8
21、g 水。乳酸可被氧化为则乳酸的结构简式是( ) AHOCH2CH2COOH BHOCH2CH(OH)COOH CCH3OCH2COOH DCH3CH(OH)COOH 【考点】 官能团与有机物的确定 【题点】 化学法确定有机物的结构简式 答案 D 解析 乳酸(C3H6O3)的相对分子质量为 90。4.5 g 乳酸(0.05 mol)与 Na 反应得到 0.05 mol H2， 说明 1 分子乳酸中有 2 个 H 原子被 Na 原子所替代；0.1 mol 乳酸与甲醇反应生成 0.1 mol 乳 酸甲酯和 0.1 mol H2O，说明乳酸分子中只有 1 个羧基。乳酸氧化后的物质为 则 另 一 个 官
22、 能 团 必 定 是 羟 基 ， 所 以 乳 酸 的 结 构 简 式 为 6(2019 武汉高二段考)有机物 A 常用于食品行业。已知 9.0 g A 在足量 O2中充分燃烧，将 生成的混合气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，分别增重 5.4 g 和 13.2 g，经检验剩余气体 为 O2。 (1)A 分子的质谱图如图所示，从图中可知其相对分子质量是_，则 A 的分子式是 _。 (2)A 能与 NaHCO3溶液发生反应，A 一定含有的官能团的名称是_。 (3)A 分子的核磁共振氢谱有 4 组吸收峰，峰面积之比是 1113，则 A 的结构简式是 _。 (4)请写出官能团与 A 相同的同分异构体的结
23、构简式：_。 【考点】 有机化合物结构的确定步骤 【题点】 确定有机物结构方法的综合应用 答案 (1)90 C3H6O3 (2)羧基 (3)CH3CH(OH)COOH (4)HOCH2CH2COOH 解析 (1)由 A 分子的质谱图可知， A 的相对分子质量为 90,9.0 g A 的物质的量为 9.0 g 90 g mol 1 0.1 mol，燃烧生成二氧化碳的物质的量为 13.2 g 44 g mol 10.3 mol，生成水的物质的量为 5.4 g 18 g mol 10.3 mol，则有机物分子中 N(C)0.3 mol 0.1 mol3、N(H) 0.3 mol2 0.1 mol 6，则 N(O) 901236 16 3，故有机物 A 的分子式为 C3H6O3。 (2)A 能与 NaHCO3溶液发生反应，A 一定含有羧基。 (3)有机物 A 的分子式为 C3H6O3，含有羧基，A 分子的核磁共振氢谱有 4 组吸收峰，说明含 有 4 种 H 原子，峰面积之比是 1113，则 A 的结构简式为 CH3CH(OH)COOH。