1.2.3 有机物分子结构的测定含解析

模块 3 有机物分子结构的测定
掌握有机物结构测定的方法。
会分析红外光谱图和核磁共振氢谱图。
　　有机物结构确定方法：① 红外光谱法 ② 核磁共振氢谱法
　
一、红外光谱
1 原理: 有机物分子被红外光照射时，分子中的化学键和官能团发生振动吸收，不同的化学键和官能团出现不同的频率，在红外光谱图上出现不同的位置。
2 作用: 初步判定某有机化合物中含有的化学键。
3 应用示例：
　　已知分子式为 C 2 H 6 O 的有机物 A，有机物 A 可能有如下两种结构:Ⅰ(CH 3 CH 2 OH) 或 Ⅱ(CH 3 OCH 3 )，我们可借助红外光谱法来确定有机物 A 的结构简式是 Ⅰ 还是 Ⅱ:
　
　经红外光谱来测定，分子中有 O H 键，可确定 A 的结构简式为 Ⅰ(CH 3 CH 2 OH)
知识精炼
多选1．已知某有机化合物A的红外光谱如图所示，下列说法中不正确的是
未知物A的红外光谱
A．由红外光谱可知，该有机化合物分子中至少有三种不同的化学键
B．由红外光谱可知，分子中碳原子一定有sp2、sp3两种杂化方式
C．仅由红外光谱无法得知其相对分子质量
D．若A的结构简式为，则1个分子中有10个σ键
2．有X、Y、Z三种有机物，按要求回答下列问题：
(1)取有机物X，完全燃烧后只生成和(标准状况)，已知该有机物的蒸气与氢气的相对密度为30，则该有机物的分子式为_______________。
(2)有机物Y的分子式为，其红外光谱图如图所示：
则该有机物可能的结构简式为_______________(填字母)。
A． B．
C． D．
(3)①有机物Z若为，则红外光谱中应该有_______________个振动吸收；核磁共振氢谱中应有_______________个峰。
②有机物Z若为，则红外光谱中应该有_______________个振动吸收，核磁共振氢谱中应有_______________个峰。
二、核磁共振氢谱法
1 原理: 氢原子是有磁性的，当氢原子核被电磁波照射时，它能够通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，且吸收的面积与氢原子数成正比。
2 作用: 测定有机物分子中氢原子的种类和数目。
3 应用示例:
　　已知分子式为 C 2 H 6 O 的有机物 A，有机物 A 可能有如下两种可能的结构:Ⅰ(CH 3 CH 2 OH) 或 Ⅱ(CH 3 OCH 3 )，
我们可借助核磁共振氢谱法来确定有机物 A 的结构简式是 Ⅰ 还是 Ⅱ:
　　由图可知：氢原子的种类等于吸收峰的数目，图 Ⅰ 中表示 C 2 H 6 O 的氢原子种类是 3 种；那么氢原子的个数比等于不同吸收峰的面积比，该图表示 C 2 H 6 O 的氢原子的个数比是 2 : 1 : 3，所以可以确定有机物 A的结构简式是为 Ⅰ(CH 3 CH 2 OH)；图 Ⅱ 中表示 C 2 H 6 O 的氢原子种类是 1 种，则有机物 A 的结构简式是为Ⅱ(CH 3 OCH 3 )。
知识精炼
3．用波谱方法测定某有机化合物的结构，质谱图表明其相对分子质量为60；红外光谱图上发现有键、键、键的振动吸收；核磁共振氢谱图如图所示(峰面积之比为2：1：2：3)。
(1)该有机化合物分子中共有_______种不同化学环境的氢原子。
(2)该有机化合物属于哪一类物质？
(3)该有机化合物的分子式为_______，结构简式为_______。
(4)写出该有机化合物所有同分异构体的结构简式：_______。
4．利用核磁共振技术测定有机物分子三维结构的研究获得了2002年诺贝尔化学奖。某研究小组为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验：
(1)将有机物A置于氧气流中充分燃烧，实验测得：生成9.0g 和17.6g ，消耗氧气13.44L(标准状况下)，则该物质的实验式是_____________。
(2)使用现代分析仪器对有机化合物A的分子结构进行测定，相关结果如下：
根据图1、图2、图3(两个峰的面积比为2∶3)推测：A的分子式为_____________ ，A的结构简式_____________ ，A分子中杂化的原子为_____________ 。
(3)化合物A属于醇类的同分异构体有_____________种，写出其中核磁共振氢谱有两组吸收峰的结构简式_____________。
5．某有机物A的分子式为，对其结构进行光谱分析如图所示，则A的结构简式为
A． B．
C． D．
6．核磁共振氢谱
(1)原理：
①氢原子核具有磁性，如果用电磁波照射含氢元素的化合物，其中的氢核会吸收特定频率电磁波的能量而产生核磁共振现象，用核磁共振仪可以记录到有关信号。
②处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图中出现的位置也不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。
③由核磁共振氢谱图可以获得该有机化合物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的相对数目等信息。
(2)分析方法：
吸收峰数目=___________，吸收峰面积比=___________；
7．利用核磁共振技术测定有机物分子三维结构的研究获得了2002年诺贝尔化学奖。某研究小组为测定某有机化合物A的结构，进行如下实验：
(1)将有机物A置于氧气流中充分燃烧，实验测得：生成9.0g 和17.6g ，消耗氧气13.44L(标准状况下)，则该物质的实验式是_____________。
(2)使用现代分析仪器对有机化合物A的分子结构进行测定，相关结果如下：
根据图1、图2、图3(两个峰的面积比为2∶3)推测：A的分子式为_____________ ，A的结构简式_____________ ，A分子中杂化的原子为_____________ 。
(3)化合物A属于醇类的同分异构体有_____________种，写出其中核磁共振氢谱有两组吸收峰的结构简式_____________。
8．用波谱方法测定某有机化合物的结构，质谱图表明其相对分子质量为60；红外光谱图上发现有键、键、键的振动吸收；核磁共振氢谱图如图所示(峰面积之比为2：1：2：3)。
(1)该有机化合物分子中共有_______种不同化学环境的氢原子。
(2)该有机化合物属于哪一类物质？
(3)该有机化合物的分子式为_______，结构简式为_______。
(4)写出该有机化合物所有同分异构体的结构简式：_______。试卷第1页，共3页
参考答案
1．BD
【详解】A．由图可知，A中至少含有碳氢键、碳氧键、氢氧键三种不同的化学键，A正确；
B．分子中含有碳氢单键、碳氧单键，也可能只含有饱和碳原子，只有sp3杂化，B错误；
C．一般用质谱法测定有机物的相对分子质量，用红外光谱得到分子中含有的化学键或官能团信息；仅由红外光谱无法得知其相对分子质量，C正确；
D．单键均为σ键，若A的结构简式为，则1个分子中有11个σ键，D错误；
2．(1)
(2)AB
(3) 5 2 3 2
【详解】（1），，则，
所以，又因为该有机物的蒸气与氢气的相对密度为30，则X的相对分子质量为60，所以X的分子式为，故答案为：C3H8O；
（2）A、B项都有两个，且不对称，都含有、，符合图示；C项只有一个一CH3，不会出现不对称的现象；D项中没有，且两个为对称结构，故答案为：AB；
（3）①中，化学键有，所以红外光谱中共有5个振动吸收；分子中有2种氢，所以核磁共振氢谱中应有2个峰，故答案为：5；2；
②中，化学键有，所以红外光谱中共有3个振动吸收；分子中含有2种氢，所以核磁共振氢谱中应有2个峰，故答案为：3；2。
3．(1)4
(2)醇
(3) C3H8O CH3CH2CH2OH
(4)、CH3CH2OCH3
【详解】（1）核磁共振氢谱图中有4组吸收峰，则该有机化合物分子中共有4种不同化学环境的氢原子。
（2）红外光谱图上发现有键、键、键的振动吸收；则该有机化合物含有羟基、属于醇类。
（3）红外光谱图上发现有键、键、键的振动吸收，则属于醇，质谱图表明其相对分子质量为60，则该有机化合物的分子式为C3H8O；核磁共振氢谱图中峰面积之比即四种氢原子数目为2：1：2：3，则结构简式为CH3CH2CH2OH。
（4）该有机化合物所有同分异构体的结构简式：、CH3CH2OCH3。
4．(1)
(2) 或 C、O或碳、氧
(3) 4
【分析】有机物A中：n(H)==1.0mol，n(C)==0.4mol，n(O)= +-=0.1mol，故实验式为：C4H10O。
【详解】（1）根据分析知该物质的实验式是C4H10O。
故答案为：C4H10O。
（2）由图1可知质荷比最大为74，即相对分子质量为74，故分子式为C4H10O；由图2可知A中含醚基，图3可知有两种不同环境的氢原子，推知结构简式为或，A分子中C、O均采用杂化。
故答案为：，或，C、O或碳、氧
（3）丁基有四种同分异构体，故化合物A属于醇类的同分异构体有4种，其中核磁共振氢谱有两组吸收峰的为。
故答案为：4，。
5．B
【详解】该有机物A的分子式为，红外光谱显示存在甲基、亚甲基和醚键；核磁共振氢谱显示该有机物有2组吸收峰，峰面积比为3：2；因此该有机物分子的结构简式为：；
故选B。
6． 氢原子种类数 不同种类氢原子个数比
【详解】处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图中出现的位置也不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。则吸收峰数目=氢原子种类数，吸收峰面积比=不同种类氢原子个数比。
7．(1)
(2) 或 C、O或碳、氧
(3) 4
【分析】有机物A中：n(H)==1.0mol，n(C)==0.4mol，n(O)= +-=0.1mol，故实验式为：C4H10O。
【详解】（1）根据分析知该物质的实验式是C4H10O。
故答案为：C4H10O。
（2）由图1可知质荷比最大为74，即相对分子质量为74，故分子式为C4H10O；由图2可知A中含醚基，图3可知有两种不同环境的氢原子，推知结构简式为或，A分子中C、O均采用杂化。
故答案为：，或，C、O或碳、氧
（3）丁基有四种同分异构体，故化合物A属于醇类的同分异构体有4种，其中核磁共振氢谱有两组吸收峰的为。
故答案为：4，。
8．(1)4
(2)醇
(3) C3H8O CH3CH2CH2OH
(4)、CH3CH2OCH3
【详解】（1）核磁共振氢谱图中有4组吸收峰，则该有机化合物分子中共有4种不同化学环境的氢原子。
（2）红外光谱图上发现有键、键、键的振动吸收；则该有机化合物含有羟基、属于醇类。
（3）红外光谱图上发现有键、键、键的振动吸收，则属于醇，质谱图表明其相对分子质量为60，则该有机化合物的分子式为C3H8O；核磁共振氢谱图中峰面积之比即四种氢原子数目为2：1：2：3，则结构简式为CH3CH2CH2OH。
（4）该有机化合物所有同分异构体的结构简式：、CH3CH2OCH3。