第3章 微项目 青蒿素分子的结构测定—晶体在分子结构测定中的应用-【导与练】2022-2023学年新教材高中化学选择性必修2同步全程学习课件PPT（鲁科版）

微项目　青蒿素分子的结构测定 ——晶体在分子结构测定中的应用 化学 学习目标 1.通过晶体对分子结构测定意义的学习,了解测定分子结构的一般思路与方法,认识晶体对于分子结构测定的独特意义。 2.通过X射线确定晶体中原子位置原理的学习,知道利用晶体X射线衍射能够测定原子坐标进而确定分子的空间结构,是测定分子结构的重要手段。 3.通过本微项目学习,体会分子结构测定对于建立与优化物质结构理论模型,认识、解释和预测物质性质具有重要价值。 化学 项目情景 青蒿素是治疗疟疾的药物,以青蒿素类药物为主的联合疗法,也是当下治疗疟疾的重要手段。但是随着近年来研究的深入,青蒿素其他的价值也越来越多地被发现、研究和应用,如用于抗肿瘤、治疗肺动脉高压、抗糖尿病、抗胚胎毒性、抗真菌、免疫调节、抗病毒、抗炎、抗肺纤维化、抗菌等。我国科学家屠呦呦因成功提取青蒿素,与另外两位科学家获2015年诺贝尔生理学或医学奖。 化学 项目活动1　了解利用晶体测定分子结构的意义 探究提升 我国研究人员从1973年初开始测定青蒿素的组成与结构。首先,研究人员利用高分辨质谱仪测定出青蒿素的相对分子质量为282.33。结合元素分析,确定其分子式为C15H22O5。然后,研究人员经过一系列复杂的氧化还原反应实验,推测青蒿素具有含过氧基团的倍半萜内酯结构。红外光谱实验结果表明,青蒿素分子中确实含有酯基和过氧基团。结合核磁共振谱图提供的关于碳、氢原子的种类和数量的信息,研究人员推定了青蒿素中甲基、过氧基团、带有酯基的六元环等部分结构片段。然而,单纯依靠这些研究方法还不能精确判断青蒿素分子中所有碳原子和氧原子以何种方式连接形成骨架。1975年,研究人员采用晶体X射线衍射的方法,确定了青蒿素的分子结构。 化学 探究　分子结构测定的手段 问题1:假设一个实验样品尺寸的数量级为10-4m、原子直径的数量级为10-10m,请估算这个实验样品中的原子数目。 化学 问题2:上述材料中用到了哪些方法测定青蒿素分子的组成和结构?这些方法主要有什么用途? 提示: 质谱法 测定相对分子质量 红外光谱法 测定官能团 核磁共振谱 测定有机化合物分子中原子的 种类和数目比 晶体X射线衍射 确定分子空间结构 化学 项目活动2　借助原子位置确定分子空间结构 探究提升 通过X射线衍射可以确定每个原子的位置,但究竟是哪些原子通过化学键连接在一起?它们以什么类型的化学键连接?如何勾勒出一个完整的分子结构呢? 化学 探究　青蒿素分子结构测定的流程 问题1:如何确定青蒿素晶体晶胞参数? 提示:借助X射线衍射实验进行晶胞形状及晶胞参数测定。 问题2:如何识别青蒿素中原子的位置及种类? 提示:根据晶胞中电子云密度确定原子位置,根据电子云密度大小判断原子种类。 问题3:如何建立原子坐标? 提示:在晶胞中建立坐标系,用分数坐标表示原子坐标。 问题4:如何确定青蒿素分子骨架? 提示:通过计算原子之间距离并与键长比较判断得出结论。 问题5:如何获得青蒿素完整分子结构? 提示:综合原子位置、键长等数据确定青蒿素完整分子结构。 化学 成果总结 化学 素养训练 1.测定分子空间结构最普遍的方法是(　 　) A.质谱法 B.红外光谱法 C.核磁共振法 D.X射线衍射法 解析:根据有机化合物结构测定方法进行判断,质谱法测定相对分子质量,红外光谱法测定有机化合物的官能团,核磁共振法测定原子的种类和数目,X射线衍射法测定空间结构。 D 化学 2.(2021·山东泰安阶段练习)我国药学家屠呦呦因发现青蒿素对疟疾的治疗作用而成为2015年诺贝尔生理学或医学奖获得者之一。下列说法不正确的是(　 　) A.利用青蒿研究青蒿素结构的基本步骤:元素分析确定实验式→测定相对分子质量确定分子式→波谱分析确定结构式 B.青蒿素的分子式为C15H22O5,它属于有机化合物 C.人工合成青蒿素经过了长期的实验研究,实验是化学研究的重要手段 D.现代化学分析测试中,可用元素分析仪确定青蒿素中的C、H、O元素 A 化学 解析:利用青蒿研究青蒿素结构的基本步骤为分离、提纯→元素分析确定实验式→测定相对分子质量确定分子式→波谱分析确定结构式,A不正确;青蒿素属于有机化合物,B正确;实验是化学研究的重要手段之一,C正确;现代化学分析测试中,可用元素分析仪确定青蒿素中的C、H、O元素,D正确。 化学 3.我国药学家屠呦呦因发现植物黄花蒿茎叶中含抗疟疾的物质——青蒿素而荣获2015年诺贝尔奖。科学家对青蒿素的结构进行进一步改良,合成药效更佳的双氢青蒿素、蒿甲醚。 下列说法错误的是(　 　) A.利用黄花蒿茎叶研究青蒿素结构的基本步骤:分离、提纯→元素分析确定实验式→测定相对分子质量确定分子式→波谱分析确定结构式 B.可用X射线衍射测定上述分子的空间结构 C.元素分析仪可以确定青