研究有机物的一般步骤和方法
李仕才
础知识梳理
1．研究有机化合物的基本步骤
分离提纯―→元素定量分析―→测定相对分子质量―→波谱分析
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纯净物确定实验式确定分子式确定结构式
2．分离提纯有机物常用的方法
(1)蒸馏和重结晶
(2)萃取和分液
①常用的萃取剂：苯、CCl4、乙醚、石油醚、二氯甲烷等。
②液—液萃取：利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂中的过程。
③固—液萃取：用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。
3．有机物分子式的确定
(1)元素分析
(2)相对分子质量的测定——质谱法
质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值)最大值即为该有机物的相对分子质量。
4．分子结构的鉴定
(1)化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再制备它的衍生物进一步确认。
常见官能团特征反应如下：
官能团种类试剂判断依据
碳碳双键或碳碳三键
溴的CCl4溶液红棕色褪去酸性KMnO4溶液紫色褪去
卤素原子NaOH溶液，AgNO3和稀硝酸的混合液有沉淀产生醇羟基钠有氢气放出
酚羟基FeCl3溶液显紫色
浓溴水有白色沉淀产生
醛基
银氨溶液有银镜生成新制Cu(OH)2悬浊液有红色沉淀产生
羧基NaHCO3溶液有CO2气体放出
(2)物理方法
①红外光谱
分子中化学键或官能团可对红外线发生振动吸收，不同化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。
②核磁共振氢谱
(1)碳氢质量比为3∶1的有机物一定是CH4(×)
(2)CH3CH2OH与CH3OCH3互为同分异构体，核磁共振氢谱相同(×)
(3)乙醇是良好的有机溶剂，根据相似相溶原理用乙醇从水溶液中萃取有机物(×)
(4)质谱法可以测定有机物的摩尔质量，而红外光谱和核磁共振氢谱图可以确定有机物的官能团类型(×)
(5)有机物的1H核磁共振谱图中有4组特征峰(√)
(6)有机物的核磁共振氢谱中会出现三组峰，且峰面积之比为3∶4∶1(×)
解析该有机物中有4种不等性氢原子，峰面积之比为3∶2∶2∶1。
(7)有机物分子中所有碳原子可能共平面(√)
1．有机物A可由葡萄糖发酵得到，也可从酸牛奶中提取。
纯净的A为无色粘稠液体，易溶于水。
为研究A的组成与结构，进行了如下实验，试通过计算填空：
实验步骤
解释或实验结论
(1)称取A 9.0 g ，升温使其气化，测其密度是相同条件下H 2的45倍
①A 的相对分子质量为________
(2)将此9.0 g A 在足量纯O 2中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重5.4 g 和13.2 g
②A 的分子式为________
(3)另取A 9.0 g ，跟足量的NaHCO 3粉末反应，生成2.24 L CO 2(标准状况)，若与足量金属钠反应则生成2.24 L H 2(标准状况) ③用结构简式表示A 中含有的官能团：________、________
(4)A 的核磁共振氢谱如图：
④A 中含有________种氢原子。
⑤综上所述，A 的结构简式为______________________________
答案 ①90 ②C 3H 6O 3 ③—COOH —OH ④4 ⑤
解析 ②9.0 g A 燃烧生成n (CO 2)＝13.2 g
44 g ·mol －1
＝0.3 mol ，
n (H 2O)＝
5.4 g
18 g ·mol －1
＝0.3 mol ，
n (A)∶n (C)∶n (H)∶n (O)＝0.1∶0.3∶(0.3×2)∶9.0－0.3×12－0.6×1
16＝1∶3∶6∶3
所以A 的分子式为C 3H 6O 3。
③0.1 mol A 与NaHCO 3反应生成0.1 mol CO 2，则A 分子中含有一个 —COOH ，与钠反应生成0.1 mol H 2，则还含有一个 —OH 。
2．已知为平面结构，则W(HOOC —CH==CH —CH==CH —COOH)分子中最多有
________个原子在同一平面内。
答案16
解析由题中信息可知与直接相连的原子在同一平面上，又知与直接相连的原子在同一平面上，而且碳碳单键可以旋转，因此W分子中所有原子有可能都处在同一平面上，即最多有16个原子在同一平面内。
判断分子中共线、共面原子数的技巧
(1)审清题干要求
审题时要注意“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等关键词和限制条件。
(2)熟记常见共线、共面的官能团
①与三键直接相连的原子共直线，如—C≡C—、—C≡N；
②与双键和苯环直接相连的原子共平面，如、、。
(3)单键的旋转思想
有机物分子中的单键，包括碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键，均可绕键轴自由旋转。
题探究
1．(2017·南昌模拟)下列说法中正确的是( )
A．在核磁共振氢谱中有5个吸收峰
B．红外光谱图只能确定有机物中所含官能团的种类和数目
C．质谱法不能用于相对分子质量的测定
D．核磁共振氢谱、红外光谱和质谱都可用于分析有机物结构
答案 D
解析A项，此物质有3种不等性氢原子；B项，红外光谱只能确定化学键和官能团的种类，
不能确定其数目；C项，质谱图中，用最大质荷比可确定有机物的相对分子质量。
2．(2018·辽宁师大附中月考)下列鉴别方法不可行的是( )
A．用水鉴别乙醇、甲苯和溴苯
B．用燃烧法鉴别乙醇、苯和四氯化碳
C．用碳酸钠溶液鉴别乙醇、乙酸和乙酸乙酯
D．用酸性高锰酸钾溶液鉴别苯、环己烯和环己烷
答案 D
解析A项，乙醇与水互溶，甲苯不溶于水，且密度比水小，溴苯不溶于水，密度比水大；B项，苯燃烧产生黑烟，四氯化碳不能燃烧；C项，乙酸与Na2CO3反应产生气泡，乙酸乙酯不溶于Na2CO3溶液，且密度比水小；D项，苯、环己烷均不能使酸性高锰酸钾溶液褪色且密度都比水小，无法鉴别。
3．在有机化学中有一种“吉利分子”C8H8O8，“吉利分子”C8H8O8可由X经如图所示转化关系合成。
已知：①相同条件下，X与H2的相对密度为81，其中氧的质量分数约为49.4%，分子中氢、氧原子个数比为2∶1，X中没有支链；
②1 mol X在稀硫酸中发生反应生成2 mol甲醇和1 mol A；
③A中含有手性碳原子；
④D能使Br2的CCl4溶液褪色，E为高分子化合物，B为环状结构。
根据上述信息填空：
(1)X的分子式为________，A的分子中含有官能团的名称是____________，E的结构简式为________________________________________________________________________；D若为纯净物，D的核磁共振氢谱存在________种吸收峰，面积比为________。
(2)写出B 的一种含一个六元环的同分异构体的结构简式：____________________________。
答案 (1)C 6H 10O 5 羧基和羟基 2 1∶1
(2)
解析 由信息①可知，X 的相对分子质量为M (X)＝81×2＝162。
X 分子中O 原子数为162×49.4%16≈5，则X 分子中H 原子数为10，从而推知C 原子数为162－10×1－5×16
12＝
6，故X 的分子式为C 6H 10O 5。
由信息②和反应④、⑤可知，A 分子中含有—OH 和—COOH ，且A 中含有手性碳原子，故A 的结构简式为HOOCCH 2CH(OH)COOH ，A 发生消去反应生成D ，则D 为HOOCCH==CHCOOH ，E 为D 的加聚反应产物，则E 的结构简式为。
结合X 的分子式、X 中没有支链及X 生成A 的条件可知，X 为。
两分子A 发生分子间酯化反应生成B ，B 为环状化
合物，其中含有一个六元环的有机物B 的结构简式为。
A 与甲酸发生酯化反应生成C ，则C
为。
有机物分子式确定的规律方法
(1)熟悉最简式相同的常见有机物
最简式对应物质
CH 乙炔(C2H2)、苯(C6H6)、苯乙烯(C8H8)
CH2烯烃和环烷烃
CH2O 甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖
(2)相对分子质量相同的有机物
①同分异构体相对分子质量相同。
②含有n个碳原子的一元醇与含(n－1)个碳原子的同类型羧酸和酯相对分子质量相同。
③含有n个碳原子的烷烃与含(n－1)个碳原子的饱和一元醛(或酮)相对分子质量相同。
(3)“商余法”推断烃的分子式
设烃的相对分子质量为M
M
的余数为0或碳原子数大于等于氢原子数时，将碳原子数依次减少一个，每减少一个碳12
原子即增加12个氢原子。