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一、研究有机物的步骤和方法

研究有机物的一般步骤：

分离提纯——确定实验式——确定分子式——确定结构式

1、分离提纯，得到纯净有机物。操作方法详见第六讲《学会分离与提纯》。

(1)对于常见有机物来说，涉及到洗气、蒸馏、萃取、分液、过滤、盐析、渗析、层析等分离提纯方法的时候比较多。以下举的例子都不是指精细的分离。

如除去甲烷中的少量乙烯或乙炔，用溴的CCl₄溶液洗气除去。

如分离溴乙烷和乙醇，用蒸馏蒸出溴乙烷，残留乙醇。

如分离乙酸和乙醇，先加过量NaOH蒸馏得到乙醇，再加过量稀H₂SO₄分馏得到乙酸。

如收集水溶液中的香料，先用石油醚萃取，分液，再蒸馏得到香料。

如除去苯中少量的甲苯，先用酸性KMnO₄溶液充分氧化，分液后再用NaOH充分中和，再分液。

如除去苯甲酸中的难溶杂物，将苯甲酸溶于热水，趁热过滤，降温结晶后，再过滤得到苯甲酸。

如从水溶液中得到三溴苯酚用过滤。

如用盐析法分离肥皂和甘油，或分离蛋白质。

如用渗析法除去淀粉液中的NaCl。

如用层析法分离植物色素。

(2)如果进行精细化的分离，上面的分离过程都不完美，因为得到有机物还不是很纯净，还需要进行进一步处理。

如用上面的办法除去苯中少量的甲苯后，还需要加CaO进行蒸馏。

2、确定有机物的元素种类及原子数目比——实验式，又称最简式。

葡萄糖的分子式为C₆H₁₂O₆，它的实验式为CH₂O，含义是有机物中的元素有三种C、H、O，个数比为1：2：1。

确定方法采用李比希法。

李比希实验室(吉森大学)

过程是：

例如，称量46g 有机物，充分燃烧后得到H₂O54g，CO₂88g：

计算得：有机物中H有6g，C有24g。

加和后不足46g，说明有机物还有O，O有16g。

所以有机物中n(C):n(H):n(O)=(88/2):(6/1):(16/1)=2:6:1，有机物的实验式为C₂H₆O。

3、确定有机物的分子式。

(1)有些有机物可以用实验式直接确定分子式。像烃，如果在实验式中n(H)＞2n(C)，则用实验式可以直接推理出分子式。

如，实验式为CH₃，则有机物分子式为C₂H₆。

原因是当n(H)＞2n(C)时，有机物是烷，烷的分子通式为C_nH_2n＋2。用实验式结合烷的分子通式，就能计算出烷的分子式。

不但烷存在这个问题，烷的饱和取代物，如饱和醇、饱和胺、烷的卤代烃等，都可以用计算来确定分子式。

(2)确定有机物的分子式的一种仪器方法：质谱法。

①质谱法：通过质谱图中的其中最大的质荷比，可确定分子的相对分子质量。

②原理：用高能电子流轰击样品分子，使分子变成不同质荷比的碎片阳离子，在磁场作用下到达检测器的时间因质量不同而先后有别，其结果被记录为质谱图。

③下图中为某分子的质谱图：

质谱图

可以看出，分子的相对分子质量为28，若有机物分子的实验式为CH₂，则有机物的分子式为C₂H₄。

4、确定有机物的结构式

以用分子式C₂H₆O来确定分子的结构简式是CH₃CH₂OH，还是CH₃OCH₃为例：

(1)红外光谱法

①红外光谱法：根据红外光谱上的吸收位置，可以判断分子中有什么化学键或官能团，从而判断出分子结构。(每个频率对哪种键，需要查资料才能知道)

②原理：有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动状态，振动频率与红外光的振动频率相当。

用红外线照射有机分子时，分子中的化学键或官能团会发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将在不同位置形成吸收波谷。

③根据为红外光谱图，

红外光谱图

可以看出分子内有－OH，所以该分子的结构简式为CH₃CH₂OH。

(2)核磁共振氢谱法

①核磁共振氢谱法：通过核磁共振氢谱图可以知道有机物分子中氢的种类和相对数目，从而判断分子结构。

②原理：氢原子核具有磁性，用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号。

不同化学环境的氢原子吸收的电磁波频率不同，且吸收峰的面积与氢原子数成正比。

③下图为核磁共振氢谱图，

核磁共振氢谱

可以推理出对应的是分子结构简式是CH₃CH₂OH。

(3)质谱法

如果下面两个图有一个是CH₃CH₂OH，有一个是CH₃OCH₃，你能分辨出哪一个质谱图是CH₃CH₂OH的吗？

(4)除了仪器分析外，采用化学性质分析，也是常用的分析手段。

①加入钠，有气泡产生，则为CH₃CH₂OH。

②加入少量酸性K₂Cr₂O₇，溶液变为绿色，则为CH₃CH₂OH。

二、有机物的命名

就是给有机物起一个辨别出它的唯一结构的名字。在起名时要遵循一些很自然的规则。注意，命名方式有普通命名和IUPaC命名法(系统命名法)。

1、烷烃的命名

烷烃的命名规则，是其它有机物的命名基础。

(1)普通命名法：“碳原子数目＋烷”

碳原子数为1、2、3、4……10用天干(甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸)表示。如C₉H₂₀：壬烷。

不同的异构体用词头“正”、“异”和“新”等区分。

C₅H₁₂有三种同分异构体，CH₃CH₂CH₂CH₂CH₃、CH₃CH(CH₃)CH₂CH₃、C(CH₃)₄等三种同分异构体，分别叫正戊烷、异戊烷、新戊烷。

碳原子数为10以上时用大写数字表示，如C₁₅H₃₂叫“十五烷”。

(2)IUPAC命名法(系统命名法)：

IUPAC：International Union Of Pure And Applied Chemistry。

①选择主链(母体)

选择最长的碳链作为主链，支链作为取代基。

分子中有两条以上最长碳链时，则选择支链多的一条为主链。

②碳原子的编号

从离取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3……编号。

若两侧取代基离端点距离相同，则比较两侧第二个取代基，依次类推。若两侧取代基离端点距离相同，但取代基不同，则从较简单的取代基对应的一端开始编号。

③烷烃名称的写出

a.将支链(取代基)写在主链名称的前面。

b.取代基按小的基团优先列出，烷基从小到大的顺序为：甲基＜乙基＜丙基＜异丙基。

c.相同基团合并写出，位置用2，3……标出，取代基数目用二，三……标出。

d.表示位置的数字间要用逗号隔开，位置数字和取代基名称之间要用“－”隔开。

2，6－二甲基－3－乙基辛烷

2、烯烃或炔烃的命名

(1)取含官能团的最长碳链做主链，从离官能团的一端开始编号，命名时写出官能团的位置。

(2)烯的顺反异构或ZE异构命名

同种原子或原子团在双键形成的平面的对角位置为“反”，否则为“顺”。

双键两侧的支链，所连第一个原子序数较大的，在双键形成的平面的对角位置为“E”，否则为“Z”。(对化学有爱好者看)

原子序数大的优先：I＞Br＞Cl＞S＞P＞F＞O＞N＞C＞H。

3、卤代烃的命名

编号时：取含卤原子的最长碳链为主键，－X作为取代基，从靠取代基(不管是卤原子还是烷烃基)近的一端开始编号。

若出现像CH₃—CHBr—CH(CH₃)—CH₃这种情况，则从离烷烃基近的一端编号，所以叫2－甲基－3－溴丁烷。

命名时：取代基的列出次序按烷烃基在前，卤原子在后的顺序规则。如有多种卤原子，列出次序为氟、氯、溴、碘。卤原子不改变主链的名称，还叫××烷。

CH₂Br—CH₂—CH(CH₃)－—CHCl—CH₃：3－甲基－4－氯－1－溴戊烷。

4、醇的命名

编号时：取含羟基的最长碳链为主键，从靠近羟基的一端开始编号。

命名时：写出羟基的位置，叫××醇。

5、醛、酸的命名

编号时：取含醛基或羧基的最长碳链为主键，从醛基或羧基的碳开始编号。

命名时：叫××醛(酸)。

6、酯的命名

用酯中隐含的酸和醇的名称，进行加和命名，叫××酸××酯。

3－甲基丁酸－2－甲基－1－丙酯

7、带苯环的命名

苯环上有两个侧链时，有邻、间、对的说法。

编号时，对苯环上的六个碳进行编号，从支链或官能团开始。多个支键时，从最主要的支键开始，并且使编号加和更小。

苯环上有卤原子、硝基时，叫××苯。

苯环上带烯基、炔基、羟基、醛基、羧基时，叫××苯乙烯、××苯乙炔、××苯酚、××苯甲醛、××苯甲酸。

如氯苯、邻二氯苯、2，4，6－三硝基甲苯、苯乙烯、2，4，6－三溴苯酚、对乙基苯甲醛。

8、多官能团的有机物的命名

多取代时母体选择次序：(后为母体，前为取代基)

－NO₂、－NO、－X、－OR、－R、－ph、－NH₂、－OH、－COR、－CHO、－CN、－CONH₂、－COX、－COOR、－SO₃H、－COOH。(这个顺序和取代基顺序不是一回事)

对羟基苯甲酸

如对羟基苯甲酸，2－羟基丙酸：CH₃CH(OH)COOH。

9、手性碳的命名(R/S方法)(对化学有爱好者看)

用R/S标记构型的步骤为：

①按照大小次序规则，确定大小次序；

②将最小的原子或原子团置于距观察者最远处；

③观察其余三个原子或原子团由大到小的排列方式。

顺时针——R

R一氯一溴一碘甲烷

逆时针—— S

S一氯一溴一碘甲烷

【练习】

1、下列有机物混合物的分离方法是

(1)除去甲烷中的少量乙烯或乙炔：              。

(2)分离氯乙烷和乙醇，用：               。

(3)除去乙醇中少量的氯乙烷，用：                。

(4)除去苯中少量的乙苯，用：                 。

(5)除去可溶性蛋白液中的NaCl，用：              。

2、称量32g 有机物，充分燃烧后得到H₂O36g，CO₂44g，此有机物的实验式为，此有机物的分子式为           。

3、某有机物分子的质谱图为：

此有机物的相对分子质量为。若此有机物为一元醇，写出此醇的分子式。推理可得此醇的结构简式为             。

4、某有机物的分子式为C₃H₆O₂，红外光谱如下图

则此有机物的结构简式为                  。

5、某有机物的分子式为C₃H₈O，核磁共振氢谱如下图：

则此有机物的结构简式为              。

6、对下列有机物进行命名

(1)CH₃—CH(CH₃)—CH(C₂H₅)—CH(C₂H₅)—CH₃：              。

(2)CH₃—CH (CH₃) —C(C₂H₅)=C (CH₃)₂：          。

(3)CH₃—CH(CH₃) —CHBr—CHCl—CH₂— CH₃：           。

(4)CH₃—CH (CH₃) —CH(OH) —CH₃：            。

(5)CH₃—CH (CH₃) —CH(C₂H₅) —COOH：             。

(6)CH₃—CH (CH₃)—COOCH(CH₃)₂：                    。

(7)CH₃－C₆H₄－COOH(－C₆H₄－指苯环，两侧链在间位)：                 。

【练习答案】

1、(1)溴的四氯化碳溶液洗气。

(2)蒸馏。

(3)加稍过量NaOH加热后蒸馏。

(4)先用酸性KMnO₄溶液充分氧化，分液后再用NaOH充分中和，再分液。

(5)用半透膜渗析。

2、CH₄O，CH₄O。

3、74，C₄H₁₀O。CH₃CH₂CH₂CH₂OH

4、CH₃COOCH₃

5、CH₃CH₂CH₂OH

6、(1)2，4－二甲基－3－乙基己烷

(2)2，4－二甲基－3－乙基－2－戊烯

(3)2－甲基－4－氯－3－溴己烷

(4)3－甲基－2－丁醇

(5)3－甲基－2－乙基丁酸

(6)2－甲基丙酸－2－丙酯(异丁酸异丙酯)。

(7)间甲基苯甲酸(3－甲基苯甲酸)