微项目 青蒿素分子的结构测定（教学课件）化学鲁科版选择性必修2

该高中化学课件聚焦青蒿素分子结构测定，核心知识点包括利用晶体测定分子结构的意义及借助原子位置确定分子空间结构，涵盖质谱、红外光谱、X射线衍射等方法。课堂以屠呦呦获诺贝尔奖情境导入，问题驱动引发兴趣，知识点脉络从分离提纯、元素分析到波谱推测结构片段，最终用X射线衍射确定空间结构，构建完整探究流程作为学习支架。 该资料亮点在于深度融合科学探究与实践，通过动手搭建青蒿素分子模型（泡沫板、泡沫球等材料）培养模型建构能力；科学思维层面对比不同测定方法局限性，引导基于证据推理认识X射线衍射关键作用；渗透科学态度与责任，结合我国科学家研究历程厚植爱国精神。采用“问题驱动-概念建构-应用迁移”教学模型，实例丰富，助力学生提升探究能力与科学素养，教师使用可高效落实教学目标。

第三章 不同聚集状态的物质与性质 第三节　 液晶、纳米材料与超分子 微项目 青蒿素分子的结构测定 鲁科版选择性必修2 了解利用晶体测定分子结构的意义 1 知识导航 借助原子位置确定分子空间结构 2 知识导航 重点：测定分子结构的一般思路与方法。 难点：借助原子位置确定分子空间结构。 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。 明·教学目标 教学模型：问题驱动→概念建构→应用迁移 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。 思考：我国科学家屠呦呦成功提取青蒿素而获得 2015 年度诺贝尔生理学或医学奖。你知道青蒿素的组成与结构是如何测定的吗？ 引·新课导入 屠呦呦与青蒿素 问题驱动 情景导入 01 了解利用晶体测定分子结构的意义 探·知识奥秘 分子具有一定的空间结构，分子的结构可以通过一定的实验方法来测定。测定分子结构的物理、化学方法有很多。那么，在测定青蒿素分子结构的过程中，都采用了哪些方法呢？ 一、了解利用晶体测定分子结构的意义 探·知识奥秘 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。 一、了解利用晶体测定分子结构的意义 请结合上述信息，尝试回答下列问题。 探·知识奥秘 1.测定方法 一、了解利用晶体测定分子结构的意义 测定方法 获得的分子组成和结构的信息 质谱法 红外光谱 核磁共振谱 晶体X射线衍射 测定官能团(酯基、过氧基团) 测定相对分子质量，结合元素分析确定分子式 测定原子的种类和数目比，推定结构片段 确定分子空间结构 化学反应 推测青蒿素具有含过氧基团的倍半萜内酯结构 探·知识奥秘 一、了解利用晶体测定分子结构的意义 蒸馏 萃取 重结晶等 元素定量 分析 确定 实验式 测定相对 分子质量 (质谱) 确定 分子式 确定 分子结构 分离 提纯 波谱分析 (红外光谱 核磁共振氢谱) 测定青蒿素分子中各原子的空间排列方式时，科研人员遇到了什么困难？为什么用一般的测定方法无法精确地测定青蒿素的分子结构？ 空间排列 方式 X 射线衍射 探·知识奥秘 2.X 射线衍射 ①不论是常规的化学实验方法还是质谱、红外光谱等仪器测定的手段，都只能帮助我们认识分子的官能团等结构特点并借此推测分子的结构，但对于所含原子数较多的分子来说，难以对其空间结构进行精准判断。 一、了解利用晶体测定分子结构的意义 ②目前，测定分子空间结构最普遍的方法是晶体的 X 射线衍射，利用数学和物理知识对衍射所得图像进行复杂处理，可以测定晶体的晶胞参数（用于描述晶胞大小和形状的数据），推算得到晶胞中所有原子的坐标，从而计算出原子间的距离，判断哪些原子间存在化学键以及化学键的类型，确定分子的空间结构。 探·知识奥秘 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。 一、了解利用晶体测定分子结构的意义 晶胞一般是立方体，原子为球体，忽略原子间隙，则该样品中原子数目约为 02 借助原子位置确定分子空间结构 探·知识奥秘 二、借助原子位置确定分子空间结构 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？ 探·知识奥秘 1.确定晶胞参数 借助青蒿素晶体 X 射线衍射的实验结果，依据晶体的周期性特征，通过复杂的数学处理得出，青蒿素晶体的晶胞是长方体，三条棱长分别是 a= 2.407 7 nm、b = 0.944 3 nm、c=0.635 6 nm，棱的夹角都是 90°。 二、借助原子位置确定分子空间结构 这些数据就是青蒿素晶体的晶胞参数 探·知识奥秘 2.识别原子位置 因为原子核附近的电子云密度大，所以根据晶胞中电子云密度就能推断晶胞中原子的位置（坐标）。 二、借助原子位置确定分子空间结构 进一步计算得到青蒿素晶胞中各处的电子云密度。 由于不同种类元素原 子周围的电子云密度不同，可根据电子云密度的大小判断晶胞中原子的种类。 探·知识奥秘 3.建立原子坐标 以一个顶点为坐标原点， 以 a、b、c 为 坐 标 轴的单位建立坐标系，得到用（x，y，z）表示的碳、氧原子的原子坐标。x，y，z 均为分数，表示该原子在晶胞中的相对位置。 二、借助原子位置确定分子空间结构 动手实践： 请依据青蒿素晶体中碳、 氧原子坐标（等比例放大到 宏观大小的尺度，由教师提 供），利用泡沫板、泡沫球 和毛衣针（或橡皮泥、竹签 等其他的替代材料），搭建 出青蒿素分子中的碳、氧原 子在三维空间中的位置。 探·知识奥秘 4.确定分子骨架 动手实践： 请确定青蒿素分子中碳、氧原子的连接关系及成键类型，并用竹签将成键原子连接起来，获得青蒿素的大致分子骨架。 计算原子间距离，并与常见化学键的键长（参见附录1）数据进行比较，推断哪些原子间可以形成化学键以及形成什么类型的共价键（单键、双键、三键）。 二、借助原子位置确定分子空间结构 探·知识奥秘 5.获得完整结构 在确定了碳原子、氧原子的连接关系和成键类型后，借助碳原子和氧原子的成键规律找出碳、氧原子连接氢原子的数目，进而借助碳、氧原子的空间结构特点及碳氢键的键长等，找到氢原子的位置。 动手实践： 请确定各碳、氧原子连接的氢原子的数目，并将相 应数目的氢原子连接在所搭模型相应的原子上。 二、借助原子位置确定分子空间结构 探·知识奥秘 二、借助原子位置确定分子空间结构 认识物质结构的基本角度和思路 测定分子式 研究目标 实验技术手段 获得完整结构 确定晶胞参数 识别原子位置 建立原子坐标 确定分子骨架 ↓ ↓ ↓ ↓ 测定结构思路 确定分子空间结构 推测官能团 化学实验方法 质谱 红外光谱 核磁共振谱 晶体X射线衍射 析·典型范例 【例1】青蒿素的结构如图所示，在测定青蒿素结构的过程中充分利用了仪器分析法。下列有关说法不正确的是 ( ) A．现代化的元素分析仪可帮助我们得出青蒿素的分子式 B．质谱法可帮助我们分析青蒿素的相对分子质量和结构 C．红外光谱和核磁共振谱可帮助我们确定青蒿素分子中的酯基和甲基等结构片段 D．通过X射线晶体衍射我国科学家最终测定了青蒿素的分子结构 A 二、借助原子位置确定分子空间结构 理·核心要点 青蒿素分子的结构测定 了解利用晶体测定分子结构的意义 借助原子位置确定分子空间结构 测定方法 X 射线衍射 确定晶胞参数 识别原子位置 建立原子坐标 确定分子骨架 获得完整结构 练·技能实战 1.下列可用于判断某物质为晶体的方法是(　　) A．质谱法　　　 B．红外光谱法 C．核磁共振法 D．X射线衍射法 D 2．下列关于物质研究方法的说法中错误的是 (　 　) A．用官能团的特征反应可推测有机物可能的结构 B．氢核磁共振谱能反映出未知有机物中不同环境氢原子的种类和个数 C．根据红外光谱图的分析可以初步判断有机物中具有哪些基团 D．质谱法可测定有机物的相对分子质量 B 练·技能实战 3.光学分析法是融合物理学和化学实验技术的一类重要仪器分析方法。在青蒿素分子结构(相对分子质量282)测定中，使用下列方法不能得到对应结论的是 C A B C D 分析方法 质谱法 红外光谱 核磁共振氢谱 X射线衍射 结论 相对分子质量282 分子中含有酯基 分子中含有过氧基 测定分子结 感谢 您的聆听 THANKS 人教版2019必修第一册 https://www.zxxk.com/user/13354804 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $