高中化學(xué)第二單元 科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物（3課時(shí)）蘇教版選修5有機(jī)化反應(yīng)的研究

第二單元第二單元 科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物江蘇省宿遷中學(xué)高一化學(xué)組江蘇省宿遷中學(xué)高一化學(xué)組20222022年年2 2月月11 11日星期五日星期五有機(jī)化反應(yīng)的研究有機(jī)化反應(yīng)的研究 復(fù)習(xí)：研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法復(fù)習(xí)：研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法分離、提純分離、提純元素定量分析元素定量分析 確定實(shí)驗(yàn)式確定實(shí)驗(yàn)式測定相對分子質(zhì)量測定相對分子質(zhì)量 確定分子式確定分子式 波譜分析波譜分析確定結(jié)構(gòu)式確定結(jié)構(gòu)式步驟步驟方法方法蒸餾蒸餾 重結(jié)晶重結(jié)晶 萃取萃取 紅外光譜紅外光譜核磁共振氫譜核磁共振氫譜質(zhì)譜法質(zhì)譜法元素分析元素分析結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)相對分子相對分子質(zhì)量質(zhì)量組成組成三、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的研究三、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的研究機(jī)理與方法機(jī)理與方法有機(jī)化學(xué)反應(yīng)需要什么條件、受哪些因素有機(jī)化學(xué)反應(yīng)需要什么條件、受哪些因素的影響、反應(yīng)機(jī)理如何等等，這些都是科的影響、反應(yīng)機(jī)理如何等等，這些都是科學(xué)家們研究的課題。學(xué)家們研究的課題。 通過實(shí)例理解有機(jī)反應(yīng)的機(jī)理通過實(shí)例理解有機(jī)反應(yīng)的機(jī)理甲烷氯代反應(yīng)機(jī)理的研究甲烷氯代反應(yīng)機(jī)理的研究 化合物分子在光或熱等條件下，共價(jià)鍵發(fā)生均裂，形化合物分子在光或熱等條件下，共價(jià)鍵發(fā)生均裂，形成具有很強(qiáng)反應(yīng)活性的單電子原子或基團(tuán)，它們可與其他成具有很強(qiáng)反應(yīng)活性的單電子原子或基團(tuán)，它們可與其他反應(yīng)物分子作用，生成新的游離基，引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。反應(yīng)物分子作用，生成新的游離基，引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。1 1、化學(xué)方程式與反應(yīng)機(jī)理、化學(xué)方程式與反應(yīng)機(jī)理將氯氣先用光照，在黑暗中放置一段時(shí)間后，再與甲烷混合，不生將氯氣先用光照，在黑暗中放置一段時(shí)間后，再與甲烷混合，不生成甲烷氯代產(chǎn)物。成甲烷氯代產(chǎn)物。解：在黑暗中放置一段時(shí)間后，氯氣經(jīng)光照而產(chǎn)生的氯自由基已銷毀。此時(shí)再將氯氣與甲烷混合，沒有自由基引發(fā)反應(yīng)，不生成甲烷氯代產(chǎn)物。將氯氣先用光照，立即在黑暗中與甲烷混合，生成甲烷的氯代產(chǎn)物。將氯氣先用光照，立即在黑暗中與甲烷混合，生成甲烷的氯代產(chǎn)物。解：氯氣經(jīng)光照后可產(chǎn)生自由基，立即在黑暗中與甲烷混合，氯自由基來不及銷毀，可引發(fā)反應(yīng)，生成甲烷的氯代產(chǎn)物；甲烷用光照后，立即在黑暗中與氯氣混合，不生成甲烷氯代產(chǎn)物。甲烷用光照后，立即在黑暗中與氯氣混合，不生成甲烷氯代產(chǎn)物。解：甲烷分子中CH鍵較強(qiáng)，不會在光照下發(fā)生均裂，產(chǎn)生自由基。1818 O OCH3COH+HOC2H5 CH3COC2H5 + H2O濃H2SO4酯化反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理酯化反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理 H2SO41818 O OCH3COC2H5+H2O CH3COH+ C2H5OH酯的水解反應(yīng)機(jī)理酯的水解反應(yīng)機(jī)理2 2、反應(yīng)機(jī)理的研究方法、反應(yīng)機(jī)理的研究方法同位素示蹤法同位素示蹤法海維西海維西(GeorgeHevesy(GeorgeHevesy) )，匈牙利化學(xué)，匈牙利化學(xué)家。家。19431943年，海維西研究的同位素示蹤年，海維西研究的同位素示蹤技術(shù)，推進(jìn)了對生命過程的化學(xué)本質(zhì)的技術(shù)，推進(jìn)了對生命過程的化學(xué)本質(zhì)的理解而獲得了諾貝爾化學(xué)獎。理解而獲得了諾貝爾化學(xué)獎。諾貝爾化學(xué)獎諾貝爾化學(xué)獎與同位素示蹤法與同位素示蹤法 海維西海維西(GeorgeHevesy(GeorgeHevesy) )，匈牙利化學(xué)家，匈牙利化學(xué)家，18851885年年8 8月月1 1日生于布達(dá)佩斯。日生于布達(dá)佩斯。海維西曾就讀于柏林大學(xué)和弗賴堡大學(xué)。海維西曾就讀于柏林大學(xué)和弗賴堡大學(xué)。19111911年在曼徹斯特大學(xué)年在曼徹斯特大學(xué)E E盧瑟福盧瑟福教授的指導(dǎo)下研究鐳的化學(xué)分離，為他日后研究放射性同位素作示蹤物打教授的指導(dǎo)下研究鐳的化學(xué)分離，為他日后研究放射性同位素作示蹤物打下了基礎(chǔ)。海維西主要從事稀土化學(xué)、放射化學(xué)和下了基礎(chǔ)。海維西主要從事稀土化學(xué)、放射化學(xué)和X X射線分析方面的研究。射線分析方面的研究。他與他與F F，帕內(nèi)特合作，在示蹤研究上取得成功。，帕內(nèi)特合作，在示蹤研究上取得成功。19201920年，海維西與科斯特年，海維西與科斯特合作，按照玻爾的建議在鋯礦石中發(fā)現(xiàn)了鉿。合作，按照玻爾的建議在鋯礦石中發(fā)現(xiàn)了鉿。19261926年海維西任弗賴堡大學(xué)年海維西任弗賴堡大學(xué)教授，開始計(jì)算化學(xué)元素的相對豐度。教授，開始計(jì)算化學(xué)元素的相對豐度。19341934年在制備一種磷的放射性同位年在制備一種磷的放射性同位素之后，進(jìn)行磷在身體內(nèi)的示蹤，以研究各生理過程，這項(xiàng)研究揭示了身素之后，進(jìn)行磷在身體內(nèi)的示蹤，以研究各生理過程，這項(xiàng)研究揭示了身體成分的動態(tài)。體成分的動態(tài)。19431943年，海維西任斯德哥爾摩有機(jī)化學(xué)研究所教授。同年，年，海維西任斯德哥爾摩有機(jī)化學(xué)研究所教授。同年，他研究同位素示蹤技術(shù)，推進(jìn)了對生命過程的化學(xué)本質(zhì)的理解而獲得了他研究同位素示蹤技術(shù)，推進(jìn)了對生命過程的化學(xué)本質(zhì)的理解而獲得了諾貝爾化學(xué)獎。諾貝爾化學(xué)獎。19451945年后海維西人瑞典國籍。海維西發(fā)表的主要專著是年后海維西人瑞典國籍。海維西發(fā)表的主要專著是放射性同位素探索放射性同位素探索。海維西于。海維西于19661966年年7 7月月5 5日在德國去世，享年日在德國去世，享年8181歲。歲。 1、-c-o- 酯鍵中的酯鍵中的-c-o- 碳氧單鍵碳氧單鍵2、利用同位素的核物理性質(zhì)（具有、利用同位素的核物理性質(zhì)（具有放射性，質(zhì)量不同）放射性，質(zhì)量不同）3、可以研究如、可以研究如 2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 氧原子的去向氧原子的去向=oo=蛋白質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子DNA分子分子諾貝爾化學(xué)獎諾貝爾化學(xué)獎與逆合成分析理論與逆合成分析理論19671967年美國有機(jī)化學(xué)家科里年美國有機(jī)化學(xué)家科里(Elias James (Elias James Corey),Corey),他提出了具有嚴(yán)格邏輯性的他提出了具有嚴(yán)格邏輯性的“逆合成逆合成分析原理分析原理”，由于科里提出有機(jī)合成的，由于科里提出有機(jī)合成的“逆逆合成分方法合成分方法”并成功地合成并成功地合成5050多種藥劑和百多種藥劑和百余種天然化合物，對有機(jī)合成有重大貢獻(xiàn)，余種天然化合物，對有機(jī)合成有重大貢獻(xiàn)，而獲得而獲得19901990年諾貝爾化學(xué)獎。年諾貝爾化學(xué)獎。諾貝爾化學(xué)獎諾貝爾化學(xué)獎與不對稱合成與不對稱合成 20012001年度諾貝爾化學(xué)獎授予給三位科學(xué)家，他們分年度諾貝爾化學(xué)獎授予給三位科學(xué)家，他們分別是美國科學(xué)家諾爾斯、日本科學(xué)家野依良治及美國科別是美國科學(xué)家諾爾斯、日本科學(xué)家野依良治及美國科學(xué)家夏普雷斯。得獎理由：在手性催氫化反應(yīng)研究方面學(xué)家夏普雷斯。得獎理由：在手性催氫化反應(yīng)研究方面做出卓越貢獻(xiàn)做出卓越貢獻(xiàn), ,對有機(jī)化合物進(jìn)行了不對稱合成。他們對有機(jī)化合物進(jìn)行了不對稱合成。他們的研究成果涉及到手性分子與對映異構(gòu)。的研究成果涉及到手性分子與對映異構(gòu)。 什么是手性分子與對映異構(gòu)？什么是手性分子與對映異構(gòu)？小結(jié)小結(jié)1、有機(jī)化合物組成的研究有機(jī)化合物組成的研究 分子式的確定分子式的確定2、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的研究有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的研究 核磁共振譜分析法核磁共振譜分析法3、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的研究有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的研究 反應(yīng)歷程和同位素示蹤反應(yīng)歷程和同位素示蹤8法國化學(xué)家伊夫法國化學(xué)家伊夫肖萬獲肖萬獲2005年諾貝爾化學(xué)獎。他發(fā)現(xiàn)了烯烴里年諾貝爾化學(xué)獎。他發(fā)現(xiàn)了烯烴里的碳碳雙鍵會被拆散、重組，形成新分子，這種過程被命名為烯的碳碳雙鍵會被拆散、重組，形成新分子，這種過程被命名為烯烴復(fù)分解反應(yīng)烴復(fù)分解反應(yīng) 。烯烴復(fù)分解反應(yīng)可形象地描述為交換舞伴。烯烴復(fù)分解反應(yīng)可形象地描述為交換舞伴。(如圖如圖所示所示) 烯烴復(fù)分解反應(yīng)中的催化劑是金屬卡賓烯烴復(fù)分解反應(yīng)中的催化劑是金屬卡賓(如如CH2=M)，金屬卡賓與，金屬卡賓與烯烴分子相遇后，兩對舞伴會暫時(shí)組合起來，手拉手跳起四人舞蹈烯烴分子相遇后，兩對舞伴會暫時(shí)組合起來，手拉手跳起四人舞蹈。隨后它們。隨后它們“交換舞伴交換舞伴”，組合成兩個(gè)新分子，其中一個(gè)是新的烯，組合成兩個(gè)新分子，其中一個(gè)是新的烯烴分子，另一個(gè)是金屬原子和它的新舞伴。后者會繼續(xù)尋找下一個(gè)烴分子，另一個(gè)是金屬原子和它的新舞伴。后者會繼續(xù)尋找下一個(gè)烯烴分子，再次烯烴分子，再次“交換舞伴交換舞伴”。把。把C6H5CH2CH=CH2與與CH2=M在一定條件下混合反應(yīng)，下列產(chǎn)物不可能存在的是在一定條件下混合反應(yīng)，下列產(chǎn)物不可能存在的是 A C6H5CH2CH=M B CH2= CH2 C C6H5CH2 CH2 C6H5 D C6H5CH2CH=CH CH2 C6H512.下圖是某藥物中間體的結(jié)構(gòu)示意圖：下圖是某藥物中間體的結(jié)構(gòu)示意圖：試回答下列問題：試回答下列問題：(1).觀察上面的結(jié)構(gòu)式與立體模型，通過對比指出結(jié)構(gòu)式中的觀察上面的結(jié)構(gòu)式與立體模型，通過對比指出結(jié)構(gòu)式中的“Et”表示表示 ；該藥物中間體分子的化學(xué)式為；該藥物中間體分子的化學(xué)式為 。(2).請你根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖，推測該化合物所能發(fā)生的反應(yīng)及所需請你根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖，推測該化合物所能發(fā)生的反應(yīng)及所需反應(yīng)條件反應(yīng)條件 。(3).解決有機(jī)分子結(jié)構(gòu)問題的最強(qiáng)有力手段是核磁共振氫譜解決有機(jī)分子結(jié)構(gòu)問題的最強(qiáng)有力手段是核磁共振氫譜（PMR）。有機(jī)化合物分子中有幾種化學(xué)環(huán)境不同的氫原子，在）。有機(jī)化合物分子中有幾種化學(xué)環(huán)境不同的氫原子，在PMR中就有幾個(gè)不同的吸收峰，吸收峰的面積與中就有幾個(gè)不同的吸收峰，吸收峰的面積與H原子數(shù)目成正比。原子數(shù)目成正比。現(xiàn)有一種芳香族化合物與該藥物中間體互為同分異構(gòu)體，其模擬現(xiàn)有一種芳香族化合物與該藥物中間體互為同分異構(gòu)體，其模擬的核磁共振氫譜圖如上圖所示，試寫出該化合物的結(jié)構(gòu)簡式：的核磁共振氫譜圖如上圖所示，試寫出該化合物的結(jié)構(gòu)簡式： 。 1.化合物化合物A、B的分子式都的分子式都C2H4Br2。 A的的結(jié)構(gòu)簡式為結(jié)構(gòu)簡式為CH2Br-CH2Br ,則則A的的1HNMR譜上有幾個(gè)峰譜上有幾個(gè)峰?B的的1HNMR譜上譜上有有2個(gè)峰，強(qiáng)度比為個(gè)峰，強(qiáng)度比為3:1,則則B的結(jié)構(gòu)簡式的結(jié)構(gòu)簡式? 鞏固練習(xí)：鞏固練習(xí)：2.2.某一元醇某一元醇C C2 2H H6 6O O中氧為中氧為1818O O，它與乙酸反，它與乙酸反應(yīng)生成的酯的相對分子質(zhì)量為：應(yīng)生成的酯的相對分子質(zhì)量為： （ ）A.86 B.88 C.90 D.92A.86 B.88 C.90 D.92C C3. 3. 分子式為分子式為C C3 3H H6 6O O2 2兩種化合物，在核磁共振氫兩種化合物，在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰。第一種化合物給譜上觀察到氫原子給出的峰。第一種化合物給出的強(qiáng)度為出的強(qiáng)度為1 11 1的兩個(gè)峰；第二種的兩個(gè)峰；第二種化合物化合物給出給出的強(qiáng)度為的強(qiáng)度為3 32 21 1三個(gè)峰。由此推斷這兩種化合三個(gè)峰。由此推斷這兩種化合物的組成分別是（寫結(jié)構(gòu)簡式）物的組成分別是（寫結(jié)構(gòu)簡式） 。C C3 3H H6 6O O2 2可能的結(jié)構(gòu)為可能的結(jié)構(gòu)為CHCH3 3CHCH2 2COOHCOOHCHCH3 3COOCHCOOCH3 3HCOOCHHCOOCH2 2CHCH3 3氫譜峰值類型氫譜峰值類型3:2:13:2:11:11:11:2:31:2:3, (1)或(3)本單元作業(yè)1m mol C2H2跟跟n mol H2在密閉容器中反應(yīng)，在密閉容器中反應(yīng)，當(dāng)該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成當(dāng)該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成p mol C2H4。將反應(yīng)后的混合氣體完全燃燒，生成將反應(yīng)后的混合氣體完全燃燒，生成CO2和和H2O，所需要氧氣的物質(zhì)的是所需要氧氣的物質(zhì)的是 （ ）A（3m+n）mol B C(3m+n+2p)mol Dmol)3225(pnmmol)225(nm2、在密閉容器中某氣態(tài)烴和氧氣按一定比例混和，點(diǎn)火爆、在密閉容器中某氣態(tài)烴和氧氣按一定比例混和，點(diǎn)火爆炸后恢復(fù)到原溫度（炸后恢復(fù)到原溫度（20），），壓強(qiáng)減小至原來的一半壓強(qiáng)減小至原來的一半，若，若加加NaOH的溶液則氣體全部被吸收，則此烴為的溶液則氣體全部被吸收，則此烴為 （ ） A.C3H8 B.C2H4 C.C2H6 D.C6H6 3. 在一密閉容器中充入一種氣態(tài)烴和足量的氧氣，用電火在一密閉容器中充入一種氣態(tài)烴和足量的氧氣，用電火花點(diǎn)燃完全燃燒后，容器內(nèi)氣體體積保持花點(diǎn)燃完全燃燒后，容器內(nèi)氣體體積保持不變不變，若氣體體，若氣體體積均在積均在120和相同的壓強(qiáng)下測定的，這種氣態(tài)烴可能是和相同的壓強(qiáng)下測定的，這種氣態(tài)烴可能是（ ） A. CH4 B. C2H6 C. C2H4 D. C3H6 4.當(dāng)燃燒當(dāng)燃燒8.96升由升由CH4 、CO、C2H6 組成的混和氣體時(shí)組成的混和氣體時(shí),除生成水外除生成水外,還生成還生成13.44升升CO2 氣體氣體(氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定狀況下測定).則原混和氣體中含則原混和氣體中含C2H6的物質(zhì)的量是（的物質(zhì)的量是（ ） A.0.2 mol B.0.4 mol C.0.6 mol D.0.8 mol 6.某一元醇某一元醇C3H8O中氧為中氧為18O，它與乙酸反應(yīng)生，它與乙酸反應(yīng)生成的酯的相對分子質(zhì)量為（成的酯的相對分子質(zhì)量為（ ） A.100 B.102 C .104 D.106 7.由乙烯和乙醇蒸氣組成的混和氣體中，若碳元由乙烯和乙醇蒸氣組成的混和氣體中，若碳元素的質(zhì)量百分含量為素的質(zhì)量百分含量為60%，則氧元素的質(zhì)量百分，則氧元素的質(zhì)量百分含量為含量為 A15.6% B26.7% C30% D無法無法確定確定 8.下列最簡式中，不用相對分子質(zhì)量就可以確定下列最簡式中，不用相對分子質(zhì)量就可以確定分子式的是：分子式的是： （ ） A、CH3 B.CH2 C.CH D.C2H5 9. 2.3g有機(jī)物有機(jī)物A完全燃燒后，生成完全燃燒后，生成0.1molCO2和和2.7gH2O，測得該化合物蒸氣對空氣的相對密度是，測得該化合物蒸氣對空氣的相對密度是1.6，該化合物的分子式為該化合物的分子式為 。 10.燃燒燃燒30.6g醫(yī)用膠的單體樣品，實(shí)驗(yàn)測得：生成醫(yī)用膠的單體樣品，實(shí)驗(yàn)測得：生成70.4g二氧化碳、二氧化碳、19.8g水、水、2.24L氮?dú)獾獨(dú)?換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況)，請通，請通過計(jì)算確定其實(shí)驗(yàn)式。若由質(zhì)譜分析法測定出該樣品的相過計(jì)算確定其實(shí)驗(yàn)式。若由質(zhì)譜分析法測定出該樣品的相對分子質(zhì)量為對分子質(zhì)量為153.0，請確定其分子式，請確定其分子式 11.（8分）有分）有0.2mol有機(jī)物和有機(jī)物和0.4mol的氧氣在密的氧氣在密閉容器中燃燒后產(chǎn)物為閉容器中燃燒后產(chǎn)物為CO2、CO和氣態(tài)水，產(chǎn)和氣態(tài)水，產(chǎn)物通過濃物通過濃H2SO4后，濃后，濃H2SO4增重增重10.8g，再通，再通過灼熱的過灼熱的CuO充分反應(yīng)后，充分反應(yīng)后， CuO減輕了減輕了3.2g，最后該氣體再通過堿石灰完全吸收，質(zhì)量增加最后該氣體再通過堿石灰完全吸收，質(zhì)量增加17.6g， (1)、如何確定各產(chǎn)物的量？、如何確定各產(chǎn)物的量？ (2)、反應(yīng)后，氧氣有無剩余？為什么、反應(yīng)后，氧氣有無剩余？為什么? (3)、如何判斷有機(jī)物中是否含有氧元素？、如何判斷有機(jī)物中是否含有氧元素？ (4)、根據(jù)以上分析結(jié)果，如何求得分子式？、根據(jù)以上分析結(jié)果，如何求得分子式？ 12、2002年諾貝爾化學(xué)獎獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對年諾貝爾化學(xué)獎獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對有機(jī)物分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量的有機(jī)物分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量的（109g）化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大）化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化離子化后可得到后可得到C2H6、C2H5、C2H4，然后測定其質(zhì)荷，然后測定其質(zhì)荷比。某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如圖所示該有機(jī)物可能是比。某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如圖所示該有機(jī)物可能是 （ ） A、甲醇、甲醇 B、甲烷、甲烷 C、丙烷、丙烷 D、乙烯、乙烯 13.（6分）化合物分）化合物A、B的分子式都的分子式都C2H4Br2。A的的1HNMR譜上只有一個(gè)峰，則譜上只有一個(gè)峰，則A的結(jié)構(gòu)簡式的結(jié)構(gòu)簡式為為 。B的的1HNMR譜上有譜上有 個(gè)峰，強(qiáng)個(gè)峰，強(qiáng)度比為度比為 ： 14.（6分）分） 分子式為分子式為C3H6O2的二元混合物，如的二元混合物，如果在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰有兩果在核磁共振氫譜上觀察到氫原子給出的峰有兩種情況。第一種情況峰給出的強(qiáng)度為種情況。第一種情況峰給出的強(qiáng)度為11；第二；第二種情況峰給出的強(qiáng)度為種情況峰給出的強(qiáng)度為321。由此推斷混合。由此推斷混合物的組成可能是（寫結(jié)構(gòu)簡式）：物的組成可能是（寫結(jié)構(gòu)簡式）： 。