1.2.2 有机物分子式与分子结构的确定 讲义 2021-2022学年高二化学人教版（2019）选择性必修3

有机物分子式与分子结构的确定 一、确定分子式——质谱法 1、原理 质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。 2、相对分子质量确定 质谱图中最右侧的分子离子峰或质荷比最大值表示样品中分子的相对分子质量。 3、示例说明 下图是某未知物A(实验式为C2H6O)的质谱图，由此可确定该未知物的相对分子质量为46。 二、确定分子结构——波谱分析 1、红外光谱 (1)作用：初步判断某有机物分子中所含有的化学键或官能团。 (2)原理：不同的化学键或官能团的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。 例如：分子式为C2H6O的红外光谱上发现有O—H、C—H和C—O的吸收峰，可推知该分子的结构简式为C2H5—OH。 2、核磁共振氢谱 (1)作用：测定有机物分子中氢原子的类型和它们的相对数目。 (2)原理：处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图上出现的位置也不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。 (3)分析：吸收峰数目＝氢原子类型种类，吸收峰面积比＝氢原子数之比。 (4)示例分析：某未知物A的分子式为C2H6O，核磁共振氢谱如下图，则有3种处于不同化学环境的氢原子，个数比为3∶2∶1，说明该未知物A的结构简式为CH3CH2OH。 3、X射线衍射 (1)原理：X射线是一种波长很短(约10－10m)的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。 (2)应用：将X射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定，可以获得更为直接而详尽的结构信息。 有机物结构确定的其他方法 (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简式。例如C2H6，只能是CH3CH3。 (2)通过定性实验确定 实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构简式。 如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有双键或三键。 (3)根据实验测定的有机物的结构片段“组装”有机物。 实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律如价键规律、性质和量的规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。 (4)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个该醇分子中含2个—OH。 例题、（2022·黑龙江·铁人中学高二开学考试）某化合物的结构(键线式)及球棍模型如图1所示，该有机分子的核磁共振氢谱图如图2。 下列关于该有机物的叙述正确的是（ ） A．该有机物不同化学环境的氢原子有6种 B．该有机物属于芳香族化合物 C．键线式中的Et代表的基团为—CH3 D．该有机物在一定条件下能完全燃烧生成CO2和H2O 变式1、（2022·江苏镇江·高二开学考试）乙酸乙酯与H218O在硫酸作用下，发生下列水解反应：+H218O+CH3CH2-OH，可利用实验方法测定有机物组成、结构和研究化学反应机理。下列有关说法不正确的是（ ） A．利用李比希燃烧法可以测定乙醇的分子式为C2H6O B．乙酸乙酯和乙醇的核磁共振氢谱均有3个峰，无法鉴别二者 C．利用金属钠与无水乙醇反应的定量关系可确定乙醇的结构 D．运用同位素示踪法可判断乙酸乙酯水解时断裂的C-O的位置 变式2、（2021·山东济南·高二期末）扑热息痛是最常用的非抗炎解热镇痛药，对胃无刺激，副作用小。对扑热息痛进行结构表征，测得的相关数据和谱图如下。回答下列问题： (1)测定实验式。 将15.1g样品在足量纯氧中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重8.1g和35.2g，再将等量的样品通入二氧化碳气流中，在氧化铜/铜的作用下氧化有机物中氮元素，测定生成气体的体积为1.12L(已换算成标准状况)。其实验式为________________________。 (2)确定分子式。 测得目标化合物的质谱图如下： 其分子式为________________________。 II．推导结构式 (3)扑热息痛的不饱和度为________________________。 用化学方法推断样品分子中的官能团。 ①加入NaHCO3溶液，无明显变化；②加入FeCl3溶液，显紫色；③水解可以得到一种两性化合物。 波谱分析 ①测得目标化合物的红外光谱图如下： 该有机化合物分子中存在：、－OH、、 ②测得目标化合物的核磁共振氢谱图如