2有机化合物结构的研究

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1、第二单元第二单元 科学家怎样研究有机物科学家怎样研究有机物有机化合物结构的研究有机化合物结构的研究德国化学家李比希（德国化学家李比希（1803180318731873）1832 1832年和维勒合作提出年和维勒合作提出“基团论基团论”：有机化合物由：有机化合物由“基基”组成，这类稳定的组成，这类稳定的“基基”是有机化合物的基础。是有机化合物的基础。18381838年李比希还提出了年李比希还提出了“基基”的定义的定义 有机化合物有机化合物结构结构的研究的研究结构分析结构分析阅读：课本阅读：课本7 7 8 8页页化学史话化学史话 思考思考李比希对李比希对有机化合物结构的研究有什么贡献？有机化合物结

2、构的研究有什么贡献？例题：例题：有机化合物中不含有有机化合物中不含有的基团是的基团是 ()()A.A.醛基醛基 B.B.羧基羧基 C.C.羟基羟基 D.D.烃基烃基HCOH OD D羟基、醛基、羧基、羟基、醛基、羧基、2氨基、烃基、氨基、烃基、3甲基、甲基、23乙基、乙基、65苯基、苯基、2硝基等硝基等 不同的基团具有不同的结构和性质特点。那如何确不同的基团具有不同的结构和性质特点。那如何确定有机化合物的结构呢？用什么方法呢？定有机化合物的结构呢？用什么方法呢？“基基”与与“根根”的区别的区别1、基团应是中性基团，不带电荷，必有某原、基团应是中性基团，不带电荷，必有某原子含有未成对电子，不可以

3、独立存在。子含有未成对电子，不可以独立存在。2、“根根”带有电荷的原子团，可以在溶液中独立存在。带有电荷的原子团，可以在溶液中独立存在。练习：练习：OH，OH 的电子式。的电子式。有机物中的有机物中的“基基”包括两类，一类是包括两类，一类是烃基烃基，另一类，另一类是是官能团官能团。烃分子失去一个或几个氢原子所剩余的。烃分子失去一个或几个氢原子所剩余的部分叫做烃基（如甲基、乙基），一般用部分叫做烃基（如甲基、乙基），一般用 R 表示，表示，官能团决定着有机化合物的主要化学性质，是有机官能团决定着有机化合物的主要化学性质，是有机化学重要的分类依据化学重要的分类依据。核磁共振氢谱核磁共振氢谱氢原子种

4、类不同（所处的化氢原子种类不同（所处的化学环境不同）学环境不同）特征峰也不同特征峰也不同红外光谱红外光谱作用：获得分子中含有何种化学键或官能作用：获得分子中含有何种化学键或官能团的信息团的信息作用：测定有机物分子中作用：测定有机物分子中等效氢原子等效氢原子的类的类型和数目型和数目 二、现代化学测定有机物结构的方法二、现代化学测定有机物结构的方法质谱法等质谱法等核磁共振仪核磁共振仪 1、核磁共振仪的应用原理、核磁共振仪的应用原理 核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子核磁共振中的核指的是氢原子核。氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁

5、波能量，发生跃迁。用核磁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，共振仪可以记录到有关信号，处于不同化学环处于不同化学环境中的氢原子境中的氢原子因产生因产生共振时吸收的频率不同共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的在谱图上出现的位置也不同位置也不同。且吸收且吸收峰的面积与氢峰的面积与氢原子数成正比原子数成正比。可以推知该有机物分子。可以推知该有机物分子有几种不同类有几种不同类型的氢原子及它们的数目多少型的氢原子及它们的数目多少。、结构分析、结构分析核磁共振法核磁共振法（HNMR）作用：测定有机物中作用：测定有机物中H 原子的原子的种类种类信信号号个个数数信号强度信号强度之

6、比之比峰峰面面积积和和数目数目P8观察与思考观察与思考分子式为分子式为C2H6o的两种有机化合物的的两种有机化合物的1H核磁共振谱核磁共振谱图，你能分辨出哪一幅是乙醇的图，你能分辨出哪一幅是乙醇的1H-NMR谱图吗谱图吗?请请与同学交流你作出判断的理由。与同学交流你作出判断的理由。分子式为分子式为C2H6O的两种有机物的的两种有机物的1H核磁共振谱图核磁共振谱图 核磁共振氢谱核磁共振氢谱例例1、下图是某有机物的、下图是某有机物的1H核磁共振谱图，则核磁共振谱图，则该有机物可能是该有机物可能是 ()A.CH3CH2OH B.CH3CH2CH2OH C.CH3OCH3 D.CH3CHOC课本课本P

7、14.5练习练习.下列有机物在下列有机物在H H-NMR-NMR上只给出一组峰的是上只给出一组峰的是 ()()A A、HCHO BHCHO B、CHCH3 3OH OH C C、HCOOH DHCOOH D、CHCH3 3COOCHCOOCH3 3A问题探究：问题探究：下列有机物中有几种下列有机物中有几种H H原子以原子以及个数之比？及个数之比？种；：种；：种种种；：种；：种；：种；：CHCH3 3-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3-C-CH-C-CH3 3CHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH2 2-CH-CH-CH-CH3 3CHCH3 3CHCH3

8、 3-CH-CH2 2-OH-OH2、红外光谱的应用原理、红外光谱的应用原理 当用红外线照射有机物时，分子中的化当用红外线照射有机物时，分子中的化学健或官能团可发生振动吸收，不同的化学键学健或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同位置，从而可以获得分子中含有何种化于不同位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。学键或官能团的信息。红外光谱仪红外光谱仪例例1下图是一种分子式为下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图的有机物的红外光谱谱图,则则该有机物的结构简式为：该有机物的结构简式为：COC

9、C=O不对称不对称CH3CH3CH2COOCH3或或CH3COOCH2CH3练习练习1有一有机物的相对分子质量为有一有机物的相对分子质量为74，确定分子结构，请，确定分子结构，请写出该分子的结构简式写出该分子的结构简式 COC对称对称CH3对称对称CH2CH3CH2OCH2CH3测定相对分子质量的方法很多，测定相对分子质量的方法很多，质谱法质谱法是最精确、最快捷的方法。是最精确、最快捷的方法。3、相对分子质量的确定、相对分子质量的确定质谱法质谱法有机物有机物分子分子高能电子束轰击高能电子束轰击 带电的带电的 ”碎片碎片”确定确定结构结构碎片的碎片的质荷比质荷比荷质比：碎片的相对质量（荷质比：碎

10、片的相对质量（m）和所带电荷（）和所带电荷（e）的比值）的比值质谱仪质谱仪100806040200203040502729314546CH3CH2+CH2=OH+CH3CH=OH+CH3CH2OH+质荷比质荷比相对丰度相对丰度/%某有机物某有机物A A的质谱图的质谱图:乙醇的质谱图乙醇的质谱图最大分子离子的最大分子离子的质荷比越大质荷比越大，达到检测器，达到检测器需要的时间越长需要的时间越长，因此谱，因此谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。例例2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机物分子进行

11、结构分析的质谱法。其方法是了对有机物分子进行结构分析的质谱法。其方法是让极少量的（让极少量的（109g）化合物通过质谱仪的离子化室）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如子。如C2H6离子化后可得到离子化后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后测定其质荷比。设，然后测定其质荷比。设H的质荷比为的质荷比为，某，某有机物样品的质荷比如右图所示（假设离子均带一有机物样品的质荷比如右图所示（假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关），个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关），则该有机物可能是（则该有机物

12、可能是（）A 甲醇甲醇 B 甲烷甲烷 C 丙烷丙烷 D 乙烯乙烯B诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖与物质结构分析与物质结构分析(2002(2002年年)引入了核磁共振光谱学观察到了引入了核磁共振光谱学观察到了DNADNA、蛋白、蛋白质等大分子的真面目。质等大分子的真面目。美国美国 芬恩芬恩日本日本田中耕一田中耕一瑞士瑞士 维特里希维特里希 拓展视野拓展视野 历史上许多科学家因在物质结构分析方面的突出贡献而获得诺贝历史上许多科学家因在物质结构分析方面的突出贡献而获得诺贝尔化学奖。尔化学奖。2002年诺贝尔化学奖授予了美国科学家芬恩年诺贝尔化学奖授予了美国科学家芬恩(JBFenn)、日本科学家田中耕一日本

13、科学家田中耕一(Koichi Tanaka)和瑞士科学家维特里希和瑞士科学家维特里希(KWuthrich)，以表彰他们发明对生物大分子进行识别和结构分析，以表彰他们发明对生物大分子进行识别和结构分析方法所作出的巨大成就。方法所作出的巨大成就。“看清看清”DNA、蛋白质等生物大分子的真面目曾经是科学家们的、蛋白质等生物大分子的真面目曾经是科学家们的梦想，如今这一梦想已成为现实。芬恩和田中耕一发明了梦想，如今这一梦想已成为现实。芬恩和田中耕一发明了“对生物大对生物大分子的质谱分析法分子的质谱分析法”；维特里希发明了；维特里希发明了“利用核磁共振技术测定溶液利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结

14、构的方法中生物大分子三维结构的方法”。前一项成果解决了。前一项成果解决了“看清看清”生物大生物大分子是分子是“谁谁”的问题，后一项成果则解决了的问题，后一项成果则解决了“看清看清”生物大分子是生物大分子是“什么样子什么样子”的问题。这些分析方法可对溶液中的蛋白质进行分析，的问题。这些分析方法可对溶液中的蛋白质进行分析，因而能对活细胞中的蛋白质进行分析，获得因而能对活细胞中的蛋白质进行分析，获得“活活”蛋白质的结构。蛋白质的结构。1985年，科学家利用这种方法第一次绘制出蛋白质的结构图。年，科学家利用这种方法第一次绘制出蛋白质的结构图。自人类基因组图、水稻基因组草图以及其他一些生物基因组图成功自

15、人类基因组图、水稻基因组草图以及其他一些生物基因组图成功绘制后，生命科学和生物技术已进入后基因组时代。这一时代的重点绘制后，生命科学和生物技术已进入后基因组时代。这一时代的重点课题是研究蛋白质的结构和功能，破译基因怎样控制和合成蛋白质，课题是研究蛋白质的结构和功能，破译基因怎样控制和合成蛋白质，蛋白质又是如何发挥生理作用等。在这些课题中，判定生物大分子的蛋白质又是如何发挥生理作用等。在这些课题中，判定生物大分子的“身份身份”，“看清看清”它们的结构非常重要。因此，三位诺贝尔化学奖它们的结构非常重要。因此，三位诺贝尔化学奖得主发明的分析方法，对生物化学的发展将发挥重要作用。得主发明的分析方法，对

16、生物化学的发展将发挥重要作用。CCH3HOCOOHHCCH3OHHOOCH对映异构对映异构认识有机物的立体异构认识有机物的立体异构分子不能与其镜像重叠者，称为分子不能与其镜像重叠者，称为手性分子手性分子(chiralmolecule)；两个互为镜像且不能重叠的异构体称为两个互为镜像且不能重叠的异构体称为对映异构体对映异构体(enantiomer)；是否存在两种分子，它们犹如一个人的左右手，其中一只手是否存在两种分子，它们犹如一个人的左右手，其中一只手只有在镜像中才能与另一只手完全重叠只有在镜像中才能与另一只手完全重叠?手性分子手性分子手性分子的两手性分子的两种异构体呈镜种异构体呈镜像对称，像人

17、像对称，像人的左右手一样的左右手一样HH手性分子丙氨酸的结构模型手性分子丙氨酸的结构模型 丙氨酸分子丙氨酸分子CHCH3 3-CH-COOH-CH-COOHNHNH2 2手性碳原子1下列化合物中含有手性碳原子的是下列化合物中含有手性碳原子的是()A.CCl2F2 B.CH3CHCOOHC.CH3CH2OH D.CHOH CH2OHCH2OHOHB课堂练习课堂练习A.OHCCHCH2OH B.OHCCHCClC.HOOCCHCCCl D.CH3CHCCH3 HClOHBrOHClHBrBrCH3CH32下列化合物中含有下列化合物中含有2个个“手性手性”碳原子的是碳原子的是()BL-L-丙氨酸可使

18、偏振光向右旋转，丙氨酸可使偏振光向右旋转，D-D-丙氨酸丙氨酸则可使偏振光向左旋转。镜像，不仅仅是则可使偏振光向左旋转。镜像，不仅仅是你熟悉的一个生活现象。你熟悉的一个生活现象。用于测手性化合物旋光性的偏振计及其原理用于测手性化合物旋光性的偏振计及其原理 例题例题具有手性碳原子的物质往往具有旋光具有手性碳原子的物质往往具有旋光性，存在对映异构体，如性，存在对映异构体，如 等，下列化合物中存在对等，下列化合物中存在对映异构体的是映异构体的是()A B CH3CH3C甲烷甲烷 DC6H5CH(CH3)OCH3D具有手性碳原子的物质往往具有旋光具有手性碳原子的物质往往具有旋光性，存在对映异构体，下列

19、化合物中存性，存在对映异构体，下列化合物中存在对映异构体的是在对映异构体的是 ()()ACH3CHCH2CH3 B CH3CH3C甲烷甲烷 DCH3COOHA A练习：练习：Cl1、某有机物中含碳的质量分数为、某有机物中含碳的质量分数为64.86%，氢的质量分数，氢的质量分数为为13.5%，该有机物的实验式是，该有机物的实验式是 ，结合该有机，结合该有机物的质谱图该有机物的相对分子质量为：物的质谱图该有机物的相对分子质量为：分子分子式为：式为：。74C4H10OC4H10O 2、化合物、化合物A、B的分子式都的分子式都C2H4Br2。A的的1HNMR谱上只谱上只有一个峰，则有一个峰，则A的结构

20、简式的结构简式为为 。B的的1HNMR谱上有谱上有 个峰，强度比个峰，强度比为为 。BrCH2CH2Br23:1 3、分子式为、分子式为C3H6O2的有机物，若在的有机物，若在1H-NMR谱上观察到氢原子峰的强度谱上观察到氢原子峰的强度为为3:3，则结构简式可能为，则结构简式可能为_,若若给出峰的强度为给出峰的强度为3:2:1，则可能为，则可能为_CH3COOCH3；CH3CH2COOH、HCOOCH2CH34 4、分子式为、分子式为C C3 3H H6 6O O2 2的二元混合物，若在的二元混合物，若在1 1H-NMRH-NMR谱上观察到氢原子峰的有两种情况谱上观察到氢原子峰的有两种情况,一

21、种情况的一种情况的强度为强度为3:33:3，另一种情况给出峰的强度为，另一种情况给出峰的强度为3:2:1,3:2:1,由此推断混合物的组成可能是由此推断混合物的组成可能是(结构简式结构简式)a、CH3COOCH3与与CH3CH2COOH、与与HCOOCH2CH3与与CH3COCH2OHb、CH3COOCH3c、CH3COOCH35 5、某有机物由、某有机物由C C、H H、O O三种元素组成，它的红外吸三种元素组成，它的红外吸收光谱表明有羟基收光谱表明有羟基O OH H键和烃基上键和烃基上 C CH H键的红外键的红外吸收峰，且烃基与羟基上氢原子个数比为吸收峰，且烃基与羟基上氢原子个数比为2 21 1，它们的相对分子质量为它们的相对分子质量为6262，试写出该有机物的结构，试写出该有机物的结构简式。简式。HOCHHOCH2 2CHCH2 2OH OH