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-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二化学选择性必修2 同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019，单选）

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 [素养发展目标]　1．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．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．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。 1．测定分子结构及组成的方法 (1)质谱法：用电场和磁场将运动的离子(带电荷的原子、分子或分子碎片，有分子离子、同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、负离子和离子—分子相互作用产生的离子)按它们的质荷比分离后进行检测的方法。可以进行相对分子质量测定、化学式的确定及结构鉴定等。 (2)红外光谱法：将分子吸收红外光的情况用仪器记录就得到该试样的红外吸收光谱图，利用光谱图中吸收峰的波长、强度和形状来判断分子中的基团，对分子进行结构分析。 (3)核磁共振谱法：NMR是研究原子核对射频辐射的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。 (4)X射线衍射法：使用X射线探测某些分子或晶体结构的科研方法。 2．分子空间结构的测定程序 分析图像→测定晶胞参数→推算原子坐标→计算原子距离→判断化学键及其类型→确定分子结构。 3．借助晶体X射线衍射测定分子结构的基本思路 化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列仪器分析手段的运用科学可行的是(　　) A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 B．质谱分析：利用质荷比来测定分子空间结构 C．红外光谱分析：利用分子吸收与化学键振动频率相同的红外线来测定晶体晶型 D．X射线衍射图谱分析：利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定分子结构 A　[光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，选项A正确；质谱分析：利用质荷比来测定有机化合物相对分子质量，选项B错误；红外光谱分析：利用有机化合物分子中不同基团的特征吸收频率不同来初步判断有机化合物中具有哪些基团，选项C错误；X射线衍射图谱分析：利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定晶体结构，选项D错误。] 学生用书第73页 [随手笔记]　　______________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 探究一　了解利用晶体测定分子结构的意义 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。结合核磁共振氢谱图提供的关于碳、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。 1．假设一个实验样品尺寸的数量级为10－4 m、原子直径的数量级为10－10 m，请估算这个实验样品中的原子数目。 提示：晶胞一般是立方体，原子为球体，忽略原子间隙，则该样品中的原子数目约为＝×1018≈2×1018个。 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 核磁共振氢谱 测定有机物分子中碳、氢原子的种类和数目比 晶体X射线衍射 确定分子空间结构 晶体X射线衍射法测定分子结构的程序 1．我国药学家屠呦呦因发现植物黄花蒿叶中含抗疟疾的物质青蒿素而荣获2015年诺贝尔生理学或医学奖。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