第一篇：具有光致變色和發(fā)光性能的有機(jī)化合物的合成及其性能研究_百度文(精)

V o l.21 2000年6月高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)

CH E M I CAL JOU RNAL O F CH I N ESE UN I V ER S IT IES

N o.6 903～907

具有光致變色和發(fā)光性能的有機(jī)化合物的 合成及其性能研究

龐美麗 王永梅 孟繼本 王積濤(南開(kāi)大學(xué)化學(xué)系, 天津300071 摘要 以吲哚啉螺苯并吡喃與香豆素衍生物為原料, 用DCC 縮合酯化法在溫和條件下合成了8種新的具有光致變色和發(fā)光性能的化合物, 確定了結(jié)構(gòu), 研究了紫外光譜、熒光光譜及光致變色性.所得化合物同時(shí)具有光致變色和發(fā)熒光的雙重特性, 而且熒光光譜中有兩個(gè)激發(fā)波長(zhǎng), 每一個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)不同的熒光發(fā)射峰.關(guān)鍵詞 吲哚啉螺苯并吡喃;香豆素;紫外光譜;熒光光譜 中圖分類號(hào) O 626

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 025120790(2000 0620903205 香豆素類化合物是一類重要的具有生物活性的苯并吡喃酮類化合物, 及重要的生物學(xué)意義, [16]合物是一類研究頗多的有機(jī)光致變色化合物,、光記錄材料、光裝飾材料、防偽技術(shù)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用, [7～10].將香豆, 制備雙功能有機(jī)化合物的研究尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道., 用DCC 縮合酯化法在溫和條件下合成了8種尚未, 確定了其結(jié)構(gòu), 并考察了其光譜特性和光致變色性.由于香豆素類化合物具有重要的生理活性, 該方面研究工作將在生理過(guò)程的跟蹤以及生物探針的標(biāo)記方面具有一定的指導(dǎo)意義.由于生物體內(nèi)許多基團(tuán)本身即帶有一定的熒光, 因而傳統(tǒng)的熒光標(biāo)記法存在背景干擾等問(wèn)題, 而光致變色現(xiàn)象是通過(guò)光聚焦電子顯微鏡在可見(jiàn)區(qū)檢測(cè)光波長(zhǎng)的改變, 與生物體內(nèi)基團(tuán)的光性能不沖突, 所受干擾較小, 因而具有一定的優(yōu)越性.我們合成的化合物在多功能防偽材料的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用前景(合成路線如Schem e 1和Schem e 2所示.1 結(jié)果與討論 1.1 合成條件的改進(jìn)

通常DCC 縮合酯化法有一鍋法(路線1 和酸酐法(路線2 兩種.一鍋法是將所有的反應(yīng)物、DCC、催化劑一次性加入后反應(yīng);酸酐法是先將酸與DCC 及催化劑混合反應(yīng)一定的時(shí)間后, 濾出生成的脲, 再加入醇(酚 進(jìn)行酯化反應(yīng).本文采用一鍋法和酸酐法, 利用TL C 監(jiān)測(cè)均發(fā)現(xiàn)副產(chǎn)物較多, 而采用Chai m Gilon 等[11]的方法(路線3 , 先將反應(yīng)物、催化劑與反應(yīng)溶劑充分混勻后, 再滴入DCC 溶在反應(yīng)溶劑中的溶液, TL C 監(jiān)測(cè)表明預(yù)期產(chǎn)物比例增大, 且副產(chǎn)物種類較少, 易于分離.我們推測(cè)可能原因如下:吲哚啉螺苯并吡喃存在如Schem e 3所示的3種互變異構(gòu)形態(tài).本文反應(yīng)中可能存在的副反應(yīng)主要是羧酸與C 異構(gòu)體中的酚氧負(fù)離子結(jié)合成酯.由于羧酸與DCC 反應(yīng)生成的酸酐在DM A P 存在下的高反應(yīng)活性, 它并不優(yōu)先與預(yù)期的醇(酚 結(jié)合, 而是首先和與其接觸的反應(yīng)物結(jié)合.在路線1中, 由于溶解性與擴(kuò)散速率的影響, 羧酸與預(yù)期應(yīng)參與反應(yīng)的羥基

收稿日期:1999208231.基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):29872015 及南開(kāi)大學(xué)吸附與分離功能高分子材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助.聯(lián)系人簡(jiǎn)介:孟繼本(1938年出生 , 男, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事生物有機(jī)光化學(xué)研究.904高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào).21V o l 并不比C 中的酚氧負(fù)離子優(yōu)先接觸, 因此產(chǎn)生的副反應(yīng)較為明顯.采用路線2合成3a _3d 時(shí), 在加入香豆素衍生物前, 酸酐與酚氧負(fù)離子的副反應(yīng)已進(jìn)行到一定程度;在合成6a _6d 時(shí), 由于溶解速度的原因, 吲哚啉螺苯并吡喃尚未完全溶解之前, 酸酐已與酚氧負(fù)離子發(fā)生了副反應(yīng).而在路線3中, 在形成酸酐之前, 兩反應(yīng)物已充分混合均勻, 當(dāng)加入DCC 后, 在形成酸酐的過(guò)程中同時(shí)與羥基發(fā)生縮合反應(yīng), 由于羥基反應(yīng)活性的差異, 優(yōu)先生成的產(chǎn)物主要是預(yù)期產(chǎn)物.同時(shí)本反應(yīng)還采用避光操作的措施盡量避免酚氧負(fù)離子的生成, 從而得到了適中的分離產(chǎn)率.2 2 O O 2+HO 32DCC DM A P CH 2C l 222O R 2(3a_3d R 13R 2(1(2a_2d

R 13a:R 1=R 2=R 3=H;3b:R 1=R 3=H , R 2=COCH 3;3c:R 1=CH 3, R 2=R 3=H;3d:R 1=CH 3, R 2=H , R 3=COCH 3Sche m e 1 Syn thesis of co m pounds 3a _3d 2 2 OH 222DCC DM A P CH 2C l 222O O(6a_6d R 1

23R 2(4(5a_5d

R 1R 2 6a:R 1=R 2=R 3=H;6b:R 1=R 3=H , R 2=COCH 3;6c:R 1=CH 3, R 2=R 3=H;6d:R 1=CH 3, R 2=H , R 3=COCH 3.Sche m e 2 Syn thesis of co m pounds 6a _6d O R 2R O 2 NO 2(C

(A

(B R Sche m e 3 Photochro m is m m echan is m of sp iropyran s 1.2 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的確定

產(chǎn)物質(zhì)譜中均有明顯的分子離子峰, m z =158, 291處峰的存在表明了吲哚啉螺苯并吡喃結(jié)構(gòu)的存在, m.產(chǎn)物的溶液具有光致變色和熒光的雙重特性, I R z =132處峰的存在表明了香豆素環(huán)的存在

譜圖中均有相應(yīng)特征官能團(tuán)的吸收, 以化合物3d 為例, 1774c m-1為開(kāi)鏈酚酯羰基的伸縮振動(dòng), 1744c m-1為香豆素環(huán)內(nèi)酯羰基的伸縮振動(dòng), 1704c m-1為乙酰基羰基的伸縮振動(dòng), 1610～1540c m-1為芳環(huán)骨架振動(dòng), 1514, 1336c m-1為硝基的伸縮振動(dòng).結(jié)合1H NM R、元素分析, 確定其為預(yù)期產(chǎn)物.1.3 產(chǎn)物光譜性能的研究

產(chǎn)物的有機(jī)溶液具有明顯的光致變色性, 在日光光照下溶液由無(wú)色透明變?yōu)樽霞t色或藍(lán)紫色, 暗消色速度很快, 在10-4m o l.將樣品涂布到打印紙上測(cè)定L 的氯仿溶液中, 在10s 之內(nèi)樣品完全消色

其固體紫外光譜, 發(fā)現(xiàn)所有樣品在光照后均在(565±5 nm 處出現(xiàn)新的的最大吸收峰(圖1 , 這是吲

N o.6龐美麗等:具有光致變色和發(fā)光性能的有機(jī)化合物的合成及其性能研究

905哚啉螺苯并吡喃紫外吸收峰發(fā)生變化的特征區(qū)域.測(cè)定產(chǎn)物的熒光光譜發(fā)現(xiàn), 在200～500nm 之間有

2個(gè)激發(fā)吸收峰.以338nm 作為激發(fā)光, 樣品的最大發(fā)射峰在380～420nm 之間;以400nm 作為激發(fā)光, 樣品的最大發(fā)射峰在800nm 處(圖2.這種雙波長(zhǎng)激發(fā)性能使得產(chǎn)物熒光光譜更具有獨(dú)特性和專一性, 結(jié)合其光致變色性, 使該產(chǎn)物在特異性多功能材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面具有廣闊的應(yīng)用前景

.F ig.1 Solid UV ref lection-spectra of co m pound 6

c F ig.2 Fluorescence spectra of m pound 6c Slit :3nm;w avelength :nm;(B 400nm.2 實(shí)驗(yàn)部分 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

NA GE M A PHM , BRU KER A C 2P 200型核磁共振儀, 7070E 2H E 型質(zhì)譜儀, N 型紅外光譜儀, PE 2240型元素分析儀, Sch i m atzu UV 22101PC 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì), i m atzu R F 2540型熒光光譜儀.柱層析用硅膠H(60型, 青島海洋化工集團(tuán)公司 , 二氯甲烷及DCC 用前經(jīng)無(wú)水重蒸處理, 其余試劑均使用市售分析純?cè)噭?2.2 原料合成

化合物1參照文獻(xiàn)[12]方法合成, 化合物2a —2d 參照文獻(xiàn)[13]方法合成, 化合物4參照文獻(xiàn)[14]方法合成, 化合物5a —5d 參考文獻(xiàn)[15]方法合成.2.3 化合物3a —3d 的合成

在100mL 三口瓶中加入0119g(015mm o l 取代羧乙基吲哚啉螺苯并吡喃, 015mm o l 72羥基取代香豆素, 6m g DM A P(對(duì)二甲氨基吡啶 , 20mL 無(wú)水二氯甲烷, 于室溫?cái)嚢?h , 再滴入01124g(016mm o l DCC 的二氯甲烷溶液, 在避光室溫下攪拌反應(yīng)24h , 濾去生成的脲, 濾液用飽和N aHCO 3洗3次, 再用水洗3次, 經(jīng)無(wú)水N a 2SO 4干燥過(guò)夜.濾除干燥劑, 濃縮, 用柱色譜分離[V(丙酮

3]得純凈產(chǎn)品, 表征數(shù)據(jù)如下:V(石油醚 =1 +13a :白色針狀晶體, 產(chǎn)率4412%;熔點(diǎn)152～153℃(分解;M S(E I , m z :524(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ?:1115(s , 3H , CH 3 , 1126(s , 3H , CH 3 , 2196(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 3168(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 5185, 5190(d , 1H , 6133, 6138(d , 1H , 6164～7135(m , 8H ,-1π A rH , 7140, 7145(d , 1H , 7162, 7167(d , 1H , 7197(m , 2H;I R(KB r 壓片 , Μc m :1760，1730, 1512, 1338;元素分析(%, 括號(hào)內(nèi)為計(jì)算值 :C 68133(68169 , H 4135(4161 , N 5129(5134.+13b :白色針狀晶體, 產(chǎn)率5110%;熔點(diǎn)181～182℃(分解;M S(E I , m z :566(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ?:1115(s , 3H , CH 3 , 1126(s , 3H , CH 3 , 2169(s , 3H , CH 3 , 2196(m , J =514

～7135(m , 8H , A rH , H z , 2H , CH 2 , 3168(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 5185, 5190(d , 1H , 6164

906高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào).21V o l-1π7157, 7161(d , 1H , 7198(m , 2H , 8145(s , 1H;I R(KB r 壓片 , Μ c m :1762, 1724, 1686, 1514, 1336;元素分析(%, 括號(hào)內(nèi)為計(jì)算值 :C 67177(67184 , H 4158(4163 , N 4192(4194.+13c :白色針狀晶體, 產(chǎn)率6316%;熔點(diǎn)168～169℃(分解;M S(E I , m e :538(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ?:1115(s , 3H , CH 3 , 1126(s , 3H , CH 3 , 2140(s , 3H , CH 3 , 2195(m , J =514 ～7124(m , H z , 2H , CH 2 , 3168(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 5186, 5191(d , 1H , 6125(s , 1H , 6163-1π8H , A rH , 7152, 7156(d , 1H , 8100(m , 2H;I R(KB r 壓片 , Μ c m :1778, 1730, 1512, 1338;元素分析(%, 括號(hào)內(nèi)為計(jì)算值 :C 68197(69113 , H 4179(4187 , N 5118(5120.+13d :白色針狀晶體, 產(chǎn)率5714%;熔點(diǎn)141～142℃(分解;M S(E I , m z :580(M;H NM R

(CDC l 3, 200M H z , ?:1115(s , 3H , CH 3 , 1126(s , 3H , CH 3 , 2142(s , 3H , CH 3 , 2160(s , 3H , CH 3 , 2196(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 3168(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 5182, 5186(d , 1H , 6129(s , 1H , 6164～7135(m , 7H , A rH , 7158, 7163(d , 1H , A rH , 7198(m , 2H;I R(KB r 壓片 ,-1π Μc m :1774, 1744, 1704, 1514, 1336;元素分析(%, 括號(hào)內(nèi)為計(jì)算值 :C 68123(68126 , H 4180(4186 , N 4184(4183.2.4 化合物6a —6d 的合成

在100mL 三口瓶中加入01176g(015mm o l 取代羥乙基吲哚啉螺苯并吡喃, 015mm o l 72羥基取代香豆素, 6m g DM A P , 20mL 無(wú)水二氯甲烷, 于室溫電磁攪拌1h , 再滴入01124g(016mm o l DCC 的二氯甲烷溶液, 避光室溫?cái)嚢?4h , 濾去生成的脲, 濾液用飽和N aHCO 3洗, 再用水洗3次, 無(wú)

得純品, 數(shù)據(jù)如下:水N a 2SO 4干燥過(guò)夜.濾除干燥劑, 濃縮, 柱色譜分離[(V 1+16a :白色針狀晶體, 產(chǎn)率6712%;熔點(diǎn)132～I(xiàn) z :554(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ? :1110(s , 3H , 3 , s , , 3150(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4136(m , J =514H z , 2H , , 2183, 5188(d , 1H , 6123, 6128(d , 1H , 6155～7124(m , 8H , 1, 1H , 7158, 7163(d , 1H , 7197(m , 2H;I R(KB r 壓片 ,-1π Μc m :1756, 111336;元素分析(%, 括號(hào)內(nèi)為計(jì)算值 :C 67101(67114 , H 4169(4173 , N 5106(5105.6b :白色針狀晶體, 產(chǎn)率5912%;熔點(diǎn)139～140℃(分解;M S(E I :596(M +;1H NM R(CDC l 3, 200M H z , ?:1105(s , 3H , CH 3 , 1125(s , 3H , CH 3 , 2168(s , 3H , CH 3 , 3150(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4136(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4159(s , 2H , CH 2 , 5183, 5188(d , 1H , 6113(s ,-1π1H , 6142～7124(m , 8H , A rH , 7157, 7161(d , 1H , 7196(m , 2H;I R(KB r 壓片 , Μ c m :

1758, 1724, 1686, 1514, 1336;元素分析(%, 括號(hào)內(nèi)為計(jì)算值 :C 66101(66143 , H 4156(4173 , N 4163(4170.+16c :白色針狀晶體, 產(chǎn)率7915%;熔點(diǎn)128～129℃(分解;M S(E I , m z :568(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ?:1109(s , 3H , CH 3 , 1125(s , 3H , CH 3 , 2136(s , 3H , CH 3 , 3150(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4136(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4158(s , 2H , CH 2 , 5189, 5194(d , 1H , 6112-1π(s , 1H , 6180 ～7124(m , 8H , A rH , 7141, 7145(d , 1H , , 7196(m , 2H;I R(KB r 壓片 , Μc m :

1758, 1728, 1512, 1336;元素分析(%, 括號(hào)內(nèi)為計(jì)算值 :C 67143(67160 , H 4199(4196 , N 4191(4193.+16d :白色針狀晶體, 產(chǎn)率7113%;熔點(diǎn)136～137℃(分解;M S(E I , m z :610(M;H NM R(CDC l 3, 200M H z , ?:1105(s , 3H , CH 3 , 1125(s , 3H , CH 3 , 2134(s , 3H , CH 3 , 2159(s , 3H , CH 3 , 3150(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4136(m , J =514H z , 2H , CH 2 , 4161, 4162(d , 2H , CH 2 , 5183, 5188(d , 1H , 6115(s , 1H , 6142～7124(m , 7H , A rH , 7128, 7132(d , 1H , 7196(m , 2H.-1π I R(KB r 壓片 , Μc m :1758, 1734, 1706, 1512, 1336;元素分析(%, 括號(hào)內(nèi)為計(jì)算值 : C 66173(66188 , H 4162(4195 , N 4134(4159.2.5 產(chǎn)物紫外光譜的測(cè)定方法

將樣品溶于有機(jī)溶劑中, 然后涂布于普通打印紙上, 在Sch i m atzu UV 22101PC 型紫外可見(jiàn)分光光

N o.6龐美麗等:具有光致變色和發(fā)光性能的有機(jī)化合物的合成及其性能研究

907度計(jì)上測(cè)定其光照前后的固體反射光譜.2.6 產(chǎn)物熒光光譜的測(cè)定方法

樣品溶于氯仿配制成1×10-4m o l L 溶液, 用338nm 及400nm 的光激發(fā), 激發(fā)與發(fā)射單色儀的狹縫均為3nm , 在Sch i m atzu R F 2540型熒光光譜儀上掃描測(cè)得.參 考 文 獻(xiàn)

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(D ep art m ent of Che m istry , N ankai U niversity , T ianj in 300071, Ch ina Abstract E igh t new com pounds w h ich have bo th p ho toch rom ic and fluo rescen t character have been syn thesized by esterificati on reacti on in the p resence of DCC from the derivatives of indo lino sp irobenzop yran s and coum arin s.T he structu re of these new com pounds w ere iden tified and their spectrum p roperties w ere studied.T he new com pounds w ere show n to be have bo th p ho toch rom is m character and fluo recen t character , and their fluo rescen t spectrum have tw o exciting w avelength and tw o differen t em itting p eak resp ectively.T hey w ere exp ected to be app lied in such areas as an ti 2fo rgery m aterials , b i o 2labeling reagen ts , and o ther m u lti p le 2functi onal m aterials.Keywords Indo lino sp irobenzop yran;Coum arin;UV reflecti on 2spectra;F luo rescence spectrum(Ed.:J , R , L

第二篇：基于多羧酸配體的金屬-有機(jī)框架材料的合成與性能研究開(kāi)題報(bào)告

基于多羧酸配體的金屬-有機(jī)框架材料的合成與

性能研究開(kāi)題報(bào)告

指導(dǎo)老師：吳傳德

化學(xué)系 0801班 姓名 樂(lè)月琴 學(xué)號(hào) 3080103522 選題的背景和意義

1.1 選題背景和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

金屬-有機(jī)框架(Metal-Organic Framework，MOF)是指有機(jī)配體與金屬離子通過(guò)自組裝形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的金屬-有機(jī)框架材料[1]。它集合了有機(jī)聚合物和配位化合物兩者的特點(diǎn)，既不同于一般的有機(jī)聚合物，也不同于硅氧類的無(wú)機(jī)聚合物，而是結(jié)合了有機(jī)配體和無(wú)機(jī)金屬離子兩者的特點(diǎn)，可以通過(guò)選擇適宜的配體和金屬離子或金屬簇，控制影響自組裝的各種微妙因素，合成出具有新奇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的金屬一有機(jī)超分子，如一維鏈、梯子、方塊、磚墻、蜂窩等，為開(kāi)發(fā)新型功能材料提供了豐富的研究素材，近十年來(lái)得到了學(xué)術(shù)界的廣泛重視[2-5]。金屬-有機(jī)框架材料具有性質(zhì)獨(dú)特、結(jié)構(gòu)多樣化、不尋常的光電磁效應(yīng)、眾多的可供使用的金屬離子等特點(diǎn)，在非線性光學(xué)、磁性、超導(dǎo)、催化、吸附、分離、主客體化學(xué)及生物制藥等諸多方面顯示了潛在的應(yīng)用前景[6-7]。如在氣體儲(chǔ)存方面，由于MOFs材料大部分具有孔隙結(jié)構(gòu)和特殊的構(gòu)造,在氣體的存儲(chǔ)方面有潛在的應(yīng)用。Yaghi等[8]對(duì)有MOF-5 骨架結(jié)構(gòu)的16 種MOFs 進(jìn)行了甲烷吸附性能的研究,這些骨架的孔是均勻、周期性排列的,孔隙率達(dá)到91.1 %。在36 個(gè)大氣壓、室溫下,對(duì)甲烷的吸附量可以達(dá)到240cm3(STP)·g-1。2005年Yaghi研究小組[9]的綜述中對(duì)當(dāng)時(shí)文獻(xiàn)中所報(bào)道的金屬有機(jī)骨架材料儲(chǔ)氫性能進(jìn)行了簡(jiǎn)要的匯總；其中MOF-505在77K(1 atm)條件下表現(xiàn)了相對(duì)比較好的儲(chǔ)氫能力，每克樣品吸附24.8 mg 氫氣。在吸附和分離方面，由于多孔材料特有的骨架結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì),使得其對(duì)不同的氣體的吸附作用不一樣,從而可以對(duì)某些混合氣體體系進(jìn)行分離。Kim 等[10]合成了甲酸錳化合物,其表面積不是很大,約為240m2/g ,但是這種金屬有機(jī)骨架對(duì)氮?dú)狻錃?、氬氣、二氧化碳、甲烷等具有選擇性的吸附。這種材料就可以作為一種選擇性分子篩,可能會(huì)有很重要的工業(yè)應(yīng)用,如從天然氣中脫除二氧化碳,從含有氮?dú)狻⒁谎趸蓟蚣淄榈幕旌蠚庵谢厥諝錃?。在充?dāng)反應(yīng)器方面，MOFs的多孔性以及孔徑可調(diào)性，除了能用作儲(chǔ)存以及篩分等之外，MOFs的孔道中能夠進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成己知或未知的產(chǎn)物。隨著主體MOFs的選定，孔道將會(huì)作為合成的納米模板，由于孔道的大小是一定的，故能獲得單分散的納米粒子，納米粒子的大小可由主體材料的孔徑調(diào)節(jié)。Ferey[11]以MIL-101作為主體材料，將制備的MIL-101浸入含有Zn鹽的溶液中，制備出含有Zn2+的MIL-101，小心洗滌后在300 K的條件下與H2S作用，制備出孔道有半導(dǎo)體ZnS納米粒子的復(fù)合物。通過(guò)高分辨力電鏡和化學(xué)組成分析證明半導(dǎo)體粒子存在于孔道中，而不在主體材料MIL-101的表面。

金屬-有機(jī)框架材料的研究是由配位化學(xué)發(fā)展而來(lái)的，在此后的發(fā)展中，對(duì)MOFs的研究很好的結(jié)合了有機(jī)化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、超分子化學(xué)等學(xué)科。

1990年Robson[12]將無(wú)機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的研究成果拓展到有機(jī)和金屬-有機(jī)聚合物領(lǐng)域中，首次提出以下設(shè)想：以一些簡(jiǎn)單礦物的結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)原型，用幾何上匹配的分子模塊代替網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)，用分子鏈接代替其原型網(wǎng)絡(luò)中的單個(gè)化學(xué)鍵，以此來(lái)構(gòu)筑具有礦物拓?fù)涞呐湮痪酆衔?。而且成功的合成了?,4',4'',4'''-四氰基苯甲烷與正一價(jià)銅離子構(gòu)筑的具有金剛石拓?fù)涞娜S配位聚合物。1994年Fujita[13]用Cd與4，4'-聯(lián)吡啶合成了具有二維方格網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物，它具有很好的催化活性，能加速氰基甲烷基化反應(yīng)。1995年，美國(guó)化學(xué)家Moore[14]在Nature上報(bào)道了Ag與2，4，6-三(對(duì)氰基苯基乙炔基)苯形成的具有蜂窩狀骨架結(jié)構(gòu)的三維聚合物，該聚合物具有生物活性，能夠促進(jìn)細(xì)胞增大。同年Fujita[15]在Nature上提出了選擇適當(dāng)?shù)膭傂杂袡C(jī)配體與金屬離子構(gòu)筑微孔材料，也就是金屬-有機(jī)框架結(jié)構(gòu)(Metal-Organic Framework，MOF)材料，這類材料可以吸附客體分子，在脫出客體分子后骨架仍然保持穩(wěn)定，并合成了由均苯三甲酸與Co構(gòu)成的化合物在隨后的時(shí)間里，Yaghi等合成了非常具有代表性的MOF系列配位聚合物，其孔徑和比表面積超過(guò)傳統(tǒng)的分子篩，成為了配位聚合物發(fā)展史上的一個(gè)里程碑[12]。

在此后的十幾年歲月，MOFs的研究逐漸變得熱門，更多性能多樣優(yōu)良，比面積極大的MOFs被研究出來(lái)。1999年Yashi研究小組合成的MOF-5 Langmuir比表面積高達(dá)2900m2/g[16]。

2005年Ferey研究小組合成的MIL-100和MIL-101都包含多級(jí)孔道和很大的比表面積[17-20]。這些化合物無(wú)疑展現(xiàn)了金屬-有機(jī)框架材料誘人的前景，如氣體的吸附、催化、藥物載體等。1.2 選題的意義

具有空d和空f(shuō)軌道的d、ds和4f區(qū)過(guò)渡金屬與配體易形成配位鍵；芳香羧酸剛性平面骨架上的羧基具有特定角度且配位點(diǎn)多，能以多樣的配位模式在特定的方向上連接金屬離子，還可做為氫鍵受體和給體。通過(guò)各配體相互調(diào)整組合，可進(jìn)一步調(diào)節(jié)MOF的空間構(gòu)型得到多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并利用配體共軛芳環(huán)對(duì)電子的傳遞作用，將令人感興趣的光催化、熒光等特性引入到MOF的骨架中，從而合成一系列具有特定結(jié)構(gòu)和功能的MOF材料。

在MOFs的合成中，分子間作用力極為難以預(yù)測(cè)，所以造成了合成過(guò)程與結(jié)果在一定程度上的不可預(yù)測(cè)。因此,努力辨識(shí)和修正合成條件,使金屬和配體之間能按意想的方式作用并結(jié)合就顯得極為重要了。金屬離子和配體的濃度、溶劑的極性、pH 值和溫度的微小的變化都可能導(dǎo)致晶體質(zhì)量和產(chǎn)率的變化,或產(chǎn)生全新的骨架結(jié)構(gòu)。但是,只要確定了合適的條件,合成就會(huì)獲得非常高的產(chǎn)率,能耗也比較低,還有合理的時(shí)間范圍,溶劑也可循環(huán)使用。a、金屬離子與配體的摩爾比：金屬離子與配體的比例也很大程度上影響著骨架的性能。一般地,金屬離子與配體的摩爾比在1∶10到10∶1之間。當(dāng)金屬的比例超過(guò)配位的化學(xué)計(jì)量比時(shí),配體能充分地以多齒型配位,而且金屬會(huì)有不飽和位存在,對(duì)于骨架性能的研究尤其是催化作用是非常有利的;反之,配體就可能會(huì)全部或部分以單齒型配位,形成的骨架可能沒(méi)有前者穩(wěn)定,而且沒(méi)有或僅有很少量的金屬不飽和位。b、模板試劑和溶劑：在骨架的合成中,模板試劑的選擇是非常重要的。使用不同的模板試劑可能會(huì)產(chǎn)生完全不同結(jié)構(gòu)的骨架。模板試劑的量并不是非常關(guān)鍵,能相應(yīng)較大量地使用,不會(huì)影響反應(yīng)和微孔材料的制備?；旌先軇┙?jīng)常用于調(diào)節(jié)體系的極性和溶劑2配體交換動(dòng)力學(xué),影響晶體生長(zhǎng)速率。溶劑分子與骨架發(fā)生弱的相互作用,是穩(wěn)定骨架的一種有效的方法。如果希望晶體有高的產(chǎn)率,通過(guò)增加溶劑濃度和攪拌可降低反應(yīng)時(shí)間。去質(zhì)子化溶劑的選擇也是非常重要的,可能會(huì)使酸性配體完全或部分地去質(zhì)子化,從而使得配體與金屬離子的配位方式不同,生成不同的骨架結(jié)構(gòu)。c、溫度和pH值：在高溫的水熱條件和在室溫的溫和條件下,羧基的配位能力不同, 從而生成的骨架結(jié)構(gòu)就不同。在高溫條件下羧基是以多齒型配位的,易形成多維結(jié)構(gòu);而在室溫條件下是以單齒型配位的,易形成一維結(jié)構(gòu)。同時(shí),反應(yīng)溶液的pH 值不同,生成的骨架結(jié)構(gòu)也不同。隨著反應(yīng)的pH 值增大,金屬離子橋接氧或羥基的數(shù)量就增加,從而使骨架單元增大。

所以通過(guò)調(diào)整溫度、金屬離子和配體摩爾比、溶劑等來(lái)調(diào)節(jié)晶體的結(jié)構(gòu)，嘗試找出特定配體和中心離子合成MOFs的最佳條件，并通過(guò)XRD、熱重分子等解析結(jié)構(gòu)，研究性能，并嘗試解釋原因。研究的基本內(nèi)容

2.1 研究的基本內(nèi)容 2.1.1 培養(yǎng)晶體

尋找合適的多羧酸配體和中心離子，培養(yǎng)出數(shù)種結(jié)構(gòu)較好的MOFs； 2.1.2 合成研究

通過(guò)調(diào)整溫度、金屬離子和配體摩爾比、溶劑等來(lái)調(diào)節(jié)晶體的結(jié)構(gòu)，嘗試找出特定配體和中心離子合成MOFs的最佳條件； 2.1.3 性能研究

通過(guò)XRD、熱重分析儀等儀器來(lái)解析上述晶體的結(jié)構(gòu)，并研究其基本性能。2.1.4 研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)

研究的重點(diǎn)在于找到合適的多羧酸配體和中心離子來(lái)培養(yǎng)MOFs。研究的方法

采用傳統(tǒng)的擴(kuò)散法來(lái)培養(yǎng)MOFs。在擴(kuò)散法中,將金屬鹽、有機(jī)配體和溶劑按一定的比例混合成溶液,放入一個(gè)小玻璃瓶中,將此小瓶置于一個(gè)加入去質(zhì)子化溶劑的大瓶中,封住大瓶的瓶口,然后靜置一段時(shí)間即可有晶體生成。進(jìn)度計(jì)劃和預(yù)期目標(biāo)

4.1進(jìn)度計(jì)劃 2011年12月，選題和確認(rèn)導(dǎo)師；

2012年1月至3月9日，文獻(xiàn)閱讀，并且完成文獻(xiàn)綜述和開(kāi)題報(bào)告； 2012年3月10日至4月10日，晶體的培養(yǎng)和篩選，并且研究合成條件（溫度、金屬離子與配體摩爾比）對(duì)MOFs結(jié)構(gòu)的影響；

2012年4月11日至5月17日，晶體性能研究； 2012年5月17日至25日，畢業(yè)論文撰寫(xiě)和答辯。4.2 預(yù)期目標(biāo)

培養(yǎng)出數(shù)種結(jié)構(gòu)較好的多羧酸配體的金屬-有機(jī)框架材料，并且進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析和性能研究。

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第三篇：聚羧酸高效減水劑的低溫合成技術(shù)及性能研究

聚羧酸高效減水劑的低溫合成技術(shù)及性能研究

---青島鼎昌新材料 引言近年來(lái)，混凝土外加劑的生產(chǎn)已經(jīng)朝著高性能、無(wú)污染方向發(fā)展。以聚羧酸系為代表的第三代高性能減水劑大量應(yīng)用于大型建設(shè)工程。該類減水劑的主要優(yōu)點(diǎn)是摻量低、減水率高、高分散性、高保坍性、引言

近年來(lái)，混凝土外加劑的生產(chǎn)已經(jīng)朝著高性能、無(wú)污染方向發(fā)展。以聚羧酸系為代表的第三代高性能減水劑大量應(yīng)用于大型建設(shè)工程。該類減水劑的主要優(yōu)點(diǎn)是摻量低、減水率高、高分散性、高保坍性、引氣量小、不泌水等，是配制高強(qiáng)度、高耐久性、大流態(tài)等高性能混凝土的首選減水劑，并被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為環(huán)保型高性能減水劑，對(duì)此類減水劑的合成研究是當(dāng)前混凝土外加劑研究領(lǐng)域的最熱門課題之一。

目前，聚羧酸合成技術(shù)已經(jīng)比較成熟、穩(wěn)定，但仍存在著合成溫度比較高(60 ～80 ℃)，整個(gè)反應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)(5 ～7 h)，生產(chǎn)效率低的問(wèn)題對(duì)于在低溫條件下、高效合成減水劑的工藝罕見(jiàn)報(bào)道，因此開(kāi)發(fā)出一種合成溫度低、反應(yīng)時(shí)間短的合成方法顯得尤為重要。本研究從降低聚合反應(yīng)的溫度(20 ～25 ℃)入手，以異戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸鈉、丙烯酸、復(fù)合引發(fā)劑 E 等為原料，在較短反應(yīng)時(shí)間內(nèi)(2 h)，通過(guò)自由基共聚合反應(yīng)合成聚羧酸高效減水劑，實(shí)現(xiàn)一種聚羧酸減水劑的低溫合成技術(shù)。試驗(yàn)

2． 1 主要原料和設(shè)備

異戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG2400)，工業(yè)品;甲基丙烯磺酸鈉(SAMS)，化學(xué)純;丙烯酸(AA)，工業(yè)品;去離子水，工業(yè)品;氫氧化鈉，分析純;引發(fā)劑 E。

DF-101S 集熱式磁力攪拌(河南智誠(chéng)儀器有限公司);DW-1 型電動(dòng)攪拌器(江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠);分析天平(上海精密儀器有限公司);NJ-160A 水泥凈漿攪拌機(jī)(無(wú)錫市建鼎建工儀器廠);蠕動(dòng)泵(保定創(chuàng)銳泵業(yè)有限公司)。2． 2 聚羧酸減水劑的制備

一定量的 TPEG2400 單體和 SAMS 置入四口燒瓶中，加入適量的去離子水，開(kāi)啟蠕動(dòng)泵，于2 h 內(nèi)勻速滴加引發(fā)溶劑 E 及 AA 水溶液，反應(yīng)過(guò)程中溫度保持在 20 ～25 ℃，滴加完成后，用 w(NaOH)=40% 的水溶液調(diào)節(jié)體系 pH 值至中性，即得聚羧酸產(chǎn)品。2． 3 產(chǎn)品性能測(cè)試

水泥凈漿流動(dòng)度與 1 h 經(jīng)時(shí)流動(dòng)度的測(cè)量，按照 GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》，水灰比 0． 29，減水劑摻量 0． 18%，分別測(cè)定水泥凈漿流動(dòng)度和水泥砂漿減水率。結(jié)果與討論

3． 1 酸醚比對(duì)減水劑分散性能的影響

在 25 ℃條件下，固定甲基丙烯磺酸鈉(SAMS)的配比，引發(fā)劑 E 用量為 0． 18%((相對(duì)于所有單體總摩爾量的百分比，下同)，保持其他操作條件的相同情況下，考查不同酸醚比 n(AA)∶ n(TPEG2400)對(duì)減水劑分散性和分散保持性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 1。

由圖 1 可知，隨著 n(AA)∶ n(TPEG2400)的增大，凈漿流動(dòng)度逐漸增大。當(dāng) n(AA)∶ n(TPEG2400)= 4時(shí)水泥凈漿流動(dòng)度達(dá)到280 mm，1 h 后保持在270 mm。主要是由于減水劑吸附到水泥顆粒表面，TPEG 中的PEO 側(cè)鏈在水泥顆粒間產(chǎn)生良好的空間阻礙作用，使水泥顆粒不能彼此靠近，有效阻礙水泥的絮凝，且-COOH 與 PEO 側(cè)鏈的比例適當(dāng)，主鏈上帶電荷基團(tuán)的靜電斥力和側(cè)鏈上的空間位阻效應(yīng)的協(xié)同作用充分發(fā)揮，分子結(jié)構(gòu)合理，各官能團(tuán)協(xié)調(diào)作用，使減水劑的分散性及分散保持性最好。當(dāng) n(AA)∶ n(TPEG2400)﹥4 時(shí)水泥凈漿流動(dòng)度開(kāi)始明顯下降，可能是因?yàn)楸┧釢舛仍龃?，丙烯酸的自聚傾向增強(qiáng)，很容易形成均聚物，導(dǎo)致水泥的分散性能及分散保持性能下降。

3． 2 SAMS 用量對(duì)減水劑分散性能的影響

在 25 ℃條件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)為 4∶ 1，引發(fā)劑 E 用量為 0． 18%，保持其他操作條件的不變情況下，考查不同甲基丙烯磺酸鈉對(duì)減水劑分散性和分散保持性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 2。

由圖 2 可知，隨著 SAMS 用量的增加，水泥的凈漿流動(dòng)度先增大后減小。當(dāng) SAMS 用量0． 3 mol 時(shí)，減水劑的初始凈漿流動(dòng)度達(dá)到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。這是因?yàn)?SAMS 具有親水基團(tuán)-SO 3 H，具有較好的減水性和緩凝效果，隨著 SAMS 用量的增加，聚合產(chǎn)物的分散性顯著提高，但其用量過(guò)大時(shí)，SAMS 具有一定的鏈轉(zhuǎn)移作用，會(huì)影響減水劑相對(duì)分子質(zhì)量的大小，易生成不易溶于水的聚合物。

3． 3 引發(fā)劑 E 對(duì)減水劑分散性能的影響

在 25 ℃條件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)為4∶ 1，SAMS 0． 3 mol，保持其他操作條件的不變情況下，考查不同引發(fā)劑 E 用量(相對(duì)于所有單體總摩爾量的百分比)對(duì)減水劑分散性和分散保持性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 3。

由圖 3 可知，隨著引發(fā)劑用量的增加，水泥的凈漿流動(dòng)度先增大后減小，當(dāng)引發(fā)劑用量為 0． 18% 時(shí)，水泥凈漿初始流動(dòng)度達(dá)到 280 mm，1 h 后仍保持在 270 mm。當(dāng)用量繼續(xù)增加時(shí)，水泥的凈漿流動(dòng)度反而下降。

這是因?yàn)椋诰酆戏磻?yīng)中，引發(fā)劑不僅能起到引發(fā)聚合反應(yīng)的作用，且具備一定的調(diào)節(jié)分子量作用。引發(fā)劑用量較少時(shí)，所得聚合物的主鏈聚合度相對(duì)較高，分子量較大，容易產(chǎn)生絮凝，當(dāng)引發(fā)劑用量過(guò)高時(shí)，所得聚合物的主鏈聚合度過(guò)低，分子量較小，所帶的負(fù)電基團(tuán)較少，靜電斥力小，減水劑的分散性能降低。1

3． 4 反應(yīng)溫度對(duì)減水劑分散性能的影響 固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)為 4∶ 1，SAMS 的用量 0． 3 mol，引發(fā)劑 E 用量 0． 18%，在室溫下，采用恒溫水浴鍋控制反應(yīng)溫度 10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考查不同反應(yīng)溫度對(duì)減水劑分散性和分散保持性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 4。

由圖 4 可知，減水劑的分散性隨著反應(yīng)溫度的升高呈現(xiàn)曲線變化。反應(yīng)溫度在 25 ℃時(shí)，所得減水劑性能最佳，可使水泥初始靜凈漿流動(dòng)度達(dá)到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。當(dāng)溫度高于 25 ℃時(shí)，引發(fā)劑 E 分解速率較快，聚合速度太快，支鏈太多，殘余單體數(shù)量較多，聚合反應(yīng)不完全。當(dāng)溫度低于 20 ℃時(shí)，引發(fā)劑 E分解速率降低，聚合速度變慢，單體轉(zhuǎn)化率降低。

3． 5 投料方式對(duì)減水劑分散性能的影響 根據(jù)自由基聚合原理，投料方式的不同會(huì)影響大單體和丙烯酸的共聚傾向及大單體的轉(zhuǎn)化率。在25 ℃條件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)為4∶ 1，SAMS 的用量0． 3 mol，引發(fā)劑 E 用量0． 18%，反應(yīng)時(shí)間2 h，此處主要考查了不同投料方式對(duì)減水劑分散性能的影響:(1)全混法:將 TPEG、SAMS、AA、引發(fā)劑 E 一次性投入三口燒瓶中，控制溫度進(jìn)行反應(yīng) 2 h。(2)半混法:將一定配比的 TPEG、SAMS、AA 投入三口燒瓶中，引發(fā)劑 E 混合均勻后連續(xù)滴加 2 h 進(jìn)行反應(yīng)。(3)分別滴加法:將一定配比的 TPEG、SAMS 投入三口燒瓶中，AA 及引發(fā)劑 E 分別同時(shí)以滴加加入。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 5。

由圖 5 可知，相同條件下，采用分別滴加法所得減水劑流動(dòng)度較大，初始凈漿流動(dòng)度達(dá)到 280 mm。主要原因是全混法和半混法反應(yīng)體系中，活性較大的單體先行聚合，剩余活性較小的單體聚合速率較低，使得產(chǎn)品中有效成分較少，且分子量不均勻。而分別滴加法有效的控制了活性較高的單體的加入速率，所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合適、分子量均勻，其凈漿的流動(dòng)度及保留性比較理想。因此，試驗(yàn)中采用分別滴加法。

3． 6 反應(yīng)時(shí)間對(duì)減水劑分散性能的影響

在 25 ℃條件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)為 4∶ 1，SAMS 的用量 0． 3 mol，引發(fā)劑 E 用量 0． 18%，保持其他操作條件的相同情況下，考查不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)減水劑分散性和分散保持性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 6。

在聚合反應(yīng)中，自由基聚合反應(yīng)，一般不存在中間產(chǎn)物，反應(yīng)體系除了生成一定分子量的聚合物，就是未反應(yīng)的單體。隨著反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)，減水劑大分子鏈上接枝的不同官能團(tuán)的數(shù)目隨之增加，反應(yīng)程度也隨之增加，所得減水劑的流動(dòng)度也隨之增大。由圖 6 可知，反應(yīng)時(shí)間 2 h 時(shí)，所得減水劑性能最佳，可使凈漿度達(dá)到 280 mm。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò) 2 h，凈漿流動(dòng)度基本保持不變，因此最佳反應(yīng)時(shí)間為 2 h。

3． 7 采用最佳工藝制得的減水劑性能測(cè)定

在25 ℃條件下，n(SAMS)∶ n(AA)∶ n(TPEG2400)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，2 h 內(nèi)勻速滴加引發(fā)劑 E 及共聚單體AA 于 SAMS、TPEG 混合溶液中，共聚單體 AA 溶液先于引發(fā)劑 E 溶液滴加完畢，再用 w(NaOH)=40% 的水溶液中和，制得聚羧酸系減水劑。對(duì)此減水劑進(jìn)行了水泥凈漿性能測(cè)試，在水灰比為 0． 29，摻量為 0． 18%條件下，水泥凈漿初始流動(dòng)度為 280 mm，1 h 經(jīng)時(shí)流動(dòng)度為 270 mm，減水率達(dá)到 29%。合成的聚羧酸減水劑在低摻量下表現(xiàn)出很好的分散性與分散保持性能，且減水效果較好。結(jié)論

(1)本文研究一種聚羧酸減水劑的低溫生產(chǎn)工藝，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)分析，得到最佳工藝條件:反應(yīng)溫度25 ℃，n(SAMS)∶ n(AA)∶ n(TPEG)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，引發(fā)劑 E 用量為 0． 18%，反應(yīng)時(shí)間 2 h;(2)采用最佳工藝條件合成得到的減水劑，在水灰比為 0． 29，摻量為 0． 18% 條件下水泥凈漿初始流動(dòng)度為 280 mm，1 h 經(jīng)時(shí)流動(dòng)度為 270 mm，具有較好的分散性與分散保持性能;(3)在混凝土中摻加采用最佳工藝制得的聚羧類減水劑，其減水率可達(dá) 27%，且強(qiáng)度越發(fā)穩(wěn)定。與國(guó)內(nèi)目前廣泛應(yīng)用的聚羧酸類減水劑相比，該減水劑減水率高，保坍性好，合成工藝簡(jiǎn)單，且聚合反應(yīng)過(guò)程在室溫下即可完成，耗能更低，成本較低，具有良好的性價(jià)比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

青島鼎昌新材料有限公司，是一家專業(yè)從事混凝土外加劑新材料的企業(yè)，集產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及技術(shù)服務(wù)于一體。公司生產(chǎn)廠位于美麗的青島膠州市，考慮全國(guó)客戶產(chǎn)品的使用便捷性，我司先后在廣東省東莞市、陜西省西安市、四川省廣漢市建立分庫(kù)房，營(yíng)銷中心坐落于陜西省古城西安，業(yè)務(wù)面向全國(guó)，截止目前成交客戶的數(shù)量已近千家，遍及全國(guó)。公司憑借多年的外加劑從業(yè)經(jīng)驗(yàn)以及強(qiáng)大的技術(shù)團(tuán)隊(duì)支持，先后研發(fā)出一系列適應(yīng)性強(qiáng)、綜合性價(jià)比高的混凝土外加劑產(chǎn)品，如：保塑劑系列、緩凝劑系列、改性引氣劑系列、阻泥劑系列、高效還原劑系列、抗泥型功能單體，在很大程度上解決了外加劑復(fù)配過(guò)程中坍損快、和易性差、流動(dòng)性不好、易泌水等技術(shù)難題。

公司的持續(xù)發(fā)展，離不開(kāi)廣大客戶對(duì)我司產(chǎn)品的不斷建議和信任驗(yàn)證，應(yīng)市場(chǎng)廣大客戶需求公司于2014年建立專業(yè)的工藝技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，從事聚羧酸常溫合成研究工作，新型的聚羧酸常溫工藝解決了部分客戶和易性、坍損快等技術(shù)問(wèn)題，簡(jiǎn)化了材料及生產(chǎn)的復(fù)雜性同時(shí)達(dá)到了環(huán)保要求。

我公司將致力于以適應(yīng)性廣泛的產(chǎn)品，先進(jìn)的技術(shù)和完善的服務(wù)體系，與全國(guó)用戶通力合作，來(lái)滿足不同市場(chǎng)客戶的需求。竭誠(chéng)歡迎各界朋友來(lái)電咨詢，洽談業(yè)務(wù)!

第四篇：研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法教案

研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法

一、教學(xué)目標(biāo) 【知識(shí)與技能】

1、了解怎樣研究有機(jī)化合物，應(yīng)采取的步驟和方法。

2、掌握有機(jī)物的分離和提純的一般方法，鑒定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的一般過(guò)程和方法?！具^(guò)程與方法】通過(guò)錄象方式，參觀了解質(zhì)普、紅外光譜、核磁共振普儀等儀器核實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程。

【情感、態(tài)度與價(jià)值觀】

通過(guò)本節(jié)的練習(xí)，從中體驗(yàn)研究有機(jī)化合物的過(guò)程和科學(xué)方法，提高自身的科學(xué)素養(yǎng)。

二、教學(xué)重點(diǎn)

研究有機(jī)化合物的一般步驟和常用方法。

1、蒸餾、重結(jié)晶等分離提純有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)操作

2、通過(guò)具體實(shí)例了解某些物理方法如何確定有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量和分子結(jié)構(gòu)

3、確定有機(jī)化合物實(shí)驗(yàn)式、相對(duì)分子質(zhì)量、分子式的有關(guān)計(jì)算

三、教學(xué)難點(diǎn)

有機(jī)物的分離和提純。測(cè)定有機(jī)物的元素組成、相對(duì)分子質(zhì)量、分子結(jié)構(gòu)。

確定有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量和鑒定有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的物理方法的介紹 【板書(shū)】第四節(jié) 研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法

從天然資源中提取有機(jī)物成分，首先得到的是含有有機(jī)物的粗品。在工廠生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)室合成的有機(jī)化合物也不可能直接得到純凈物，得到的往往是混有未參加反應(yīng)的原料，或反應(yīng)副產(chǎn)物等的粗品。因此，必須經(jīng)過(guò)分離、提純才能得到純品。如果要鑒定和研究未知有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，必須得到更純凈的有機(jī)物。下面是研究有機(jī)化合物一般要經(jīng)過(guò)的幾個(gè)基本步驟： 【板書(shū)】

首先我們結(jié)合高一所學(xué)的知識(shí)了學(xué)習(xí)第一步——分離和提純?！景鍟?shū)】

一、分離、提純

師：提純混有雜質(zhì)的有機(jī)物的方法很多，基本方法是利用有機(jī)物與雜質(zhì)物理性質(zhì)的差異而將它們分離。接下來(lái)我們主要學(xué)習(xí)三種分離、提純的方法。

【板書(shū)】

1、蒸餾

師：蒸餾是分離、提純液態(tài)有機(jī)物的常用方法。當(dāng)液態(tài)有機(jī)物含有少量雜質(zhì)，而且該有機(jī)物熱穩(wěn)定性較強(qiáng)，與雜質(zhì)的沸點(diǎn)相差較大時(shí)（一般約大于30oC），就可以用蒸餾法提純此液態(tài)有機(jī)物。

【演示實(shí)驗(yàn)1-1】含有雜質(zhì)的工業(yè)乙醇的蒸餾

所用儀器：鐵架臺(tái)（鐵圈、鐵夾）、酒精燈、石棉網(wǎng)、蒸餾燒瓶、溫度計(jì)、冷凝管、接受器等。如圖所示：

【蒸餾的注意事項(xiàng)】 ? ? ? ? 注意儀器組裝的順序：“先下后上，由左至右”； 不得直接加熱蒸餾燒瓶，需墊石棉網(wǎng)；

蒸餾燒瓶盛裝的液體，最多不超過(guò)容積的2/3；不得將全部溶液蒸干；需使用沸石； 冷凝水水流方向應(yīng)與蒸汽流方向相反（逆流：下進(jìn)上出）；

? 溫度計(jì)水銀球位置應(yīng)與蒸餾燒瓶支管口齊平，以測(cè)量餾出蒸氣的溫度；

【演示實(shí)驗(yàn)1-2】（要求學(xué)生認(rèn)真觀察，注意實(shí)驗(yàn)步驟）【板書(shū)】

2、結(jié)晶和重結(jié)晶

（1）冷卻法：將熱的飽和溶液慢慢冷卻后析出晶體，此法適合于溶解度隨溫度變化較大的溶液。

（2）蒸發(fā)法：此法適合于溶解度隨溫度變化不大的溶液，如粗鹽的提純。

（3）重結(jié)晶：將以知的晶體用蒸餾水溶解，經(jīng)過(guò)濾、蒸發(fā)、冷卻等步驟，再次析出晶體，得到更純凈的晶體的過(guò)程。

【說(shuō)明】重結(jié)晶的首要工作是選擇適當(dāng)?shù)娜軇?，要求該溶劑：?）雜質(zhì)在此溶劑中的溶解度很小或溶解度很大，易于除去；（2）被提純的有機(jī)物在此溶劑中的溶解度，受溫度的影響較大。

【思考與交流】

1、已知KNO3在水中的溶解度很容易隨溫度變化而變化，而NaCl的溶解度卻變化不大，據(jù)此可用何方法分離出兩者混合物中的KNO3并加以提純？

2、重結(jié)晶對(duì)溶劑有何要求？被提純的有機(jī)物的溶解度需符合什么特點(diǎn)？

3、重結(jié)晶苯甲酸需用到哪些實(shí)驗(yàn)儀器？

4、能否用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言歸納重結(jié)晶苯甲酸的實(shí)驗(yàn)步驟？ 【概括】高溫溶解、趁熱過(guò)濾、低溫結(jié)晶 【板書(shū)】

3、萃取

（1）所用儀器：燒杯、漏斗架、分液漏斗。

（2）萃?。豪萌芤涸诨ゲ幌嗳艿娜軇├锶芙舛鹊牟煌靡环N溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來(lái)，前者稱為萃取劑，一般溶質(zhì)在萃取劑里的溶解度更大些。

分液：利用互不相溶的液體的密度不同，用分液漏斗將它們一一分離出來(lái)。

【說(shuō)明】注意事項(xiàng)：

1、萃取劑必須具備兩個(gè)條件：一是與溶劑互不相溶；二是溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度較大。

2、檢查分液漏斗的瓶塞和旋塞是否嚴(yán)密。

3、萃取常在分液漏斗中進(jìn)行，分液是萃取操作的一個(gè)步驟，必須經(jīng)過(guò)充分振蕩后再靜置分層。

4、分液時(shí)，打開(kāi)分液漏斗的活塞，將下層液體從漏斗頸放出，當(dāng)下層液體剛好放完時(shí)，要立即關(guān)閉活塞，上層液體從上口倒出?！狙a(bǔ)充】

1、洗滌沉淀或晶體的方法：用膠頭滴管往晶體上加蒸餾水直至晶體被浸沒(méi)，待水完全流出后，重復(fù)兩至三次，直至晶體被洗凈。

2、檢驗(yàn)洗滌效果：取最后一次的洗出液，再選擇適當(dāng)?shù)脑噭┻M(jìn)行檢驗(yàn)。

【小結(jié)】本節(jié)課要掌握研究有機(jī)化合物的一般步驟和常用方法；有機(jī)物的分離和提純。包括操作中所需要注意的一些問(wèn)題。

★ 第二課時(shí)

【引入】從公元八世紀(jì)起，人們就已開(kāi)始使用不同的手段制備有機(jī)物，但由于化學(xué)理論和技術(shù)條件的限制，其元素組成及結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期沒(méi)有得到解決。直到19世紀(jì)中葉，李比希在拉瓦錫推翻了燃素學(xué)說(shuō)，在建立燃燒理論的基礎(chǔ)上，提出了用燃燒法進(jìn)行有機(jī)化合物中碳和氫元素定量分析的方法。準(zhǔn)確的碳?xì)浞治鍪怯袡C(jī)化學(xué)史上的重大事件，對(duì)有機(jī)化學(xué)的發(fā)展起著不可估量的作用。隨后，物理科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了化學(xué)分析的進(jìn)步，才有了今天的快速、準(zhǔn)確的元素分析儀和各種波譜方法。

【設(shè)問(wèn)】定性檢測(cè)物質(zhì)的元素組成是化學(xué)研究中常見(jiàn)的問(wèn)題之一，如何用實(shí)驗(yàn)的方法探討物質(zhì)的元素組成？

【板書(shū)】

二、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定

1、元素分析

例如：實(shí)驗(yàn)探究：葡萄糖分子中碳、氫元素的檢驗(yàn)

圖1-1 碳和氫的鑒定

原理：碳、氫兩元素通常采取將有機(jī)物氧化分解，使碳氧化生成二氧化碳，使氫氧化生成水的方法而檢出。例如：

C12H22O11+24CuO

12CO2+11H2O+24Cu 實(shí)驗(yàn)：取干燥的試樣──蔗糖0.2 g和干燥氧化銅粉末1 g，在研缽中混勻，裝入干燥的硬質(zhì)試管中。如圖1-1所示，試管口稍微向下傾斜，導(dǎo)氣管插入盛有飽和石灰水的試管中。用酒精燈加熱試樣，觀察現(xiàn)象。

結(jié)論：若導(dǎo)出氣體使石灰水變渾濁，說(shuō)明有二氧化碳生成，表明試樣中有碳元素；試管口壁出現(xiàn)水滴（讓學(xué)生思考：如何證明其為水滴？），則表明試樣中有氫元素。

【說(shuō)明】講解或引導(dǎo)學(xué)生看書(shū)上例題，這里適當(dāng)補(bǔ)充一些有機(jī)物燃燒的規(guī)律的專題練習(xí)。元素定量分析的原理是將一定量的有機(jī)物燃燒，分解為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，并作定量測(cè)定，通過(guò)無(wú)機(jī)物的質(zhì)量推算出組成該有機(jī)物元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后計(jì)算出該有機(jī)物分子所含元素原子最簡(jiǎn)單的整數(shù)比，即確定其實(shí)驗(yàn)式。以便于進(jìn)一步確定其分子式。

例

1、某烴含氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.2%，求此烴的實(shí)驗(yàn)式。又測(cè)得該烴的相對(duì)分子質(zhì)量是58，求該烴的分子式。

【分析解答】分析：此題題給條件很簡(jiǎn)單，是有機(jī)物分子式確定中最典型的計(jì)算。由于該物質(zhì)為烴，則它只含碳、氫兩種元素，則碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（100－17.2）%＝82.8%。則該烴中各元素原子數(shù)（N）之比為：

N(C):N(H)?82.817.2:?2:5121

C2H5僅僅代表碳原子和氫原子的最簡(jiǎn)整數(shù)比，是該烴的實(shí)驗(yàn)式，不是該烴的分子式。設(shè)該烴有n個(gè)C2H5，則

n?5829?2

因此，烴的分子式為 C

4H

10。

【講解】對(duì)于一種未知物，如果知道了物質(zhì)的元素組成和相對(duì)分子質(zhì)量，就會(huì)很容易通過(guò)計(jì)算得出分子式。確定有機(jī)物的分子式的途徑：

1.確定實(shí)驗(yàn)式

2.確定相對(duì)分子質(zhì)量

例

2、燃燒某有機(jī)物A 1.50g，生成1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CO2和0.05mol H2O。該有機(jī)物的蒸氣對(duì)空氣的相對(duì)密度是1.04，求該有機(jī)物的分子式。

解答：首先要確定該物質(zhì)的組成元素。1.5g A中各元素的質(zhì)量： m(C)?12g?mol?1?1.12L22.4L/mol?1?0.6g

m(H)?1g?mol?0.05mol?2mol?0.1gm(C)?m(H)?0.6g?0.1g?0.7g?1.5g，所以有機(jī)物中還含有O元素。m(O)?1.5g?(0.6g?0.1g)?0.8g

?1則 N(C):N(H):N(O)?

0.6g12g?mol:0.1g1g?mol?1:0.8g16g?mol?1?1:2:1實(shí)驗(yàn)式為CH2O，其式量為30。

又因該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量 M(A)?1.04?29?30因此實(shí)驗(yàn)式即為分子式。

【講解】從例題可以看出計(jì)算相對(duì)分子量很重要，計(jì)算有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的方法有哪些？密度法(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，相對(duì)密度法(相同狀況)。另外可以看出元素的質(zhì)量有時(shí)不能由實(shí)驗(yàn)直接得出，還需要對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行必要的分析和計(jì)算。

【歸納總結(jié)】確定有機(jī)物分子式的一般方法．（1）實(shí)驗(yàn)式法：

①根據(jù)有機(jī)物各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求出分子組成中各元素的原子個(gè)數(shù)比（最簡(jiǎn)式）。②求出有機(jī)物的摩爾質(zhì)量（相對(duì)分子質(zhì)量）。（2）直接法：

①求出有機(jī)物的摩爾質(zhì)量（相對(duì)分子質(zhì)量）

②根據(jù)有機(jī)物各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接求出1mol有機(jī)物中各元素原子的物質(zhì)的量。有機(jī)物的分子式的確定方法有很多，在今后的教學(xué)中還會(huì)進(jìn)一步介紹。今天我們僅僅學(xué)習(xí)了利用相對(duì)分子質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)式共同確定有機(jī)物的基本方法。應(yīng)該說(shuō)以上所學(xué)的方法是用推算的方法來(lái)確定有機(jī)物的分子式的。在同樣計(jì)算推出有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式后，還可以用物理方法簡(jiǎn)單、快捷地測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量，比如——質(zhì)譜法。

【板書(shū)】

2、相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定——質(zhì)譜法

質(zhì)譜是近代發(fā)展起來(lái)的快速、微量、精確測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的方法。

（接下來(lái)對(duì)質(zhì)譜法的原理，怎樣對(duì)質(zhì)譜圖進(jìn)行分析以確定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量，以及此方法的優(yōu)點(diǎn)作簡(jiǎn)要精確的介紹）

【說(shuō)明】質(zhì)譜儀有什么作用？其原理是什么？

它是用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。這些不同離子具有不同的質(zhì)量，質(zhì)量不同的離子在磁場(chǎng)作用下達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。

1、質(zhì)荷比是什么？

分子離子與碎片離子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷的比值

2、如何確定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量？

由于相對(duì)質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此質(zhì)譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量

【強(qiáng)調(diào)】以乙醇為例，質(zhì)譜圖最右邊的分子離子峰表示的就是上面例題中未知物A（指乙醇）的相對(duì)分子質(zhì)量。

通過(guò)測(cè)定，現(xiàn)在已經(jīng)知道了該有機(jī)物的分子式，但是，我們知道，相同的分子式可能出現(xiàn)多種同分異構(gòu)體，那么，該如何進(jìn)以步確定有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)呢？下面介紹兩種物理方法。【補(bǔ)充】

1、求有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的常用方法（1）M = m / n（2）根據(jù)有機(jī)蒸氣的相對(duì)密度D，M1 = DM2

（3）標(biāo)況下有機(jī)蒸氣的密度為ρg/L，M = 22.4L/mol ?ρg/L

2、有機(jī)物分子式的三種一般常用求法

（1）、先根據(jù)元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求實(shí)驗(yàn)式，再根據(jù)分子量求分子式

——課本例1（2）、直接根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量和元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求分子式

（3）、對(duì)只知道相對(duì)分子質(zhì)量的范圍的有機(jī)物，要通過(guò)估算求分子量，再求分子式 【板書(shū)】

三、分子結(jié)構(gòu)的鑒定

1、紅外光譜（介紹紅外光譜法鑒定分子結(jié)構(gòu)的原理，對(duì)紅外光譜圖的正確分析，最終確定有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)）

【注意】：該法不需要學(xué)生記憶某些官能團(tuán)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍，主要讓學(xué)生知道通過(guò)紅外光譜可以知道有機(jī)物含有哪些官能團(tuán)。

紅外光譜法確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的原理是

由于有機(jī)物中組成化學(xué)鍵、官能團(tuán)的原子處于不斷振動(dòng)狀態(tài)，且振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻率相當(dāng)。所以，當(dāng)用紅外線照射有機(jī)物分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵、官能團(tuán)可發(fā)生震動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵、官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機(jī)物含有哪些化學(xué)鍵、官能團(tuán)，以確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。

【說(shuō)明】從未知物A的紅外光譜圖上發(fā)現(xiàn)右O—H鍵、C—H鍵和C—O鍵的振動(dòng)吸收，可以判斷A是乙醇而并非甲醚，因?yàn)榧酌褯](méi)有O—H鍵。

例

3、下圖是一種分子式為C3H6O2的有機(jī)物的紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：

練習(xí)：有一有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為74，確定分子結(jié)構(gòu)，請(qǐng)寫(xiě)出該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

【板書(shū)】

2、核磁共振氫譜（介紹核磁共振氫譜法鑒定分子結(jié)構(gòu)的原理，對(duì)核磁共振氫譜圖的正確分析，最終確定有機(jī)物的分子中所含H原子的種類和個(gè)數(shù)）

【注意】了解通過(guò)該譜圖確定了

（1）某有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)中有幾種不同環(huán)境的氫原子

（2）有核磁共振氫譜的峰面積之比可以確定不同環(huán)境的氫原子的個(gè)數(shù)比。【板書(shū)】如何根據(jù)核磁共振氫譜確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)？

對(duì)于CH3CH2OH、CH3—O—CH3這兩種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，除了氧原子的位置、連接方式不同外，碳原子、氫原子的連接方式也不同、所處的環(huán)境不同，即等效碳、等效氫的種數(shù)不同。

不同化學(xué)環(huán)境的氫原子（等效氫原子）因產(chǎn)生共振時(shí)吸收的頻率不同，被核磁共振儀記錄下來(lái)的吸收峰的面積不同。所以，可以從核磁共振譜圖上推知?dú)湓拥念愋图皵?shù)目。

吸收峰數(shù)目＝氫原子類型

不同吸收峰的面積之比（強(qiáng)度之比）＝不同氫原子的個(gè)數(shù)之比

【說(shuō)明】未知物A的核磁共振氫譜有三種類型氫原子的吸收峰，說(shuō)明A只能是乙醇而并非甲醚，因?yàn)榧酌阎挥幸环N氫原子。

【練習(xí)】2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰了兩項(xiàng)成果，其中一項(xiàng)是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼亍ぞS特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”。在化學(xué)上經(jīng)常使用的是氫核磁共振譜，它是根據(jù)不同化學(xué)環(huán)境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號(hào)不同來(lái)確定有機(jī)物分子中的不同的氫原子。下列有機(jī)物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號(hào)的是

A HCHO

B CH3OH

C HCOOH

D CH3COOCH3

例：一個(gè)有機(jī)物的分子量為70，紅外光譜表征到碳碳雙鍵和C＝O的存在，核磁共振氫譜列如下圖：

①寫(xiě)出該有機(jī)物的分子式：

②寫(xiě)出該有機(jī)物的可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：

【練習(xí)】分子式為C3H6O2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種情況。第一種情況峰給出的強(qiáng)度為1︰1；第二種情況峰給出的強(qiáng)度為3︰2︰1。由此推斷混合物的組成可能是（寫(xiě)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）

。圖譜題解題建議

1、首先應(yīng)掌握好三種譜圖的作用、讀譜方法。

2、必須盡快熟悉有機(jī)物的類別及其官能團(tuán)。

3、根據(jù)圖譜獲取的信息，按碳四價(jià)的原則對(duì)官能團(tuán)、基團(tuán)進(jìn)行合理的拼接。

4、得出結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)）式后，再與譜圖提供信息對(duì)照檢查，主要為分子量、官能團(tuán)、基團(tuán)的類別是否吻合。

【小結(jié)】本節(jié)課主要掌握鑒定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的一般過(guò)程和方法。包括測(cè)定有機(jī)物的元素組成、相對(duì)分子質(zhì)量、分子結(jié)構(gòu)。了解幾種物理方法——質(zhì)譜法、紅外光譜法和核磁共振氫譜法。

第五篇：《研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法》教案8(人教版選修5)

《研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法》教案8（人教版選修5）

第四節(jié) 研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法

一、教學(xué)目標(biāo) 【知識(shí)與技能】

1、了解怎樣研究有機(jī)化合物，應(yīng)采取的步驟和方法。

2、掌握有機(jī)物的分離和提純的一般方法，鑒定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的一般過(guò)程和方法?！具^(guò)程與方法】通過(guò)錄象方式，參觀了解質(zhì)普、紅外光譜、核磁共振普儀等儀器核實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程。

【情感、態(tài)度與價(jià)值觀】

通過(guò)本節(jié)的練習(xí)，從中體驗(yàn)研究有機(jī)化合物的過(guò)程和科學(xué)方法，提高自身的科學(xué)素養(yǎng)。

二、教學(xué)重點(diǎn)

研究有機(jī)化合物的一般步驟和常用方法。

1、蒸餾、重結(jié)晶等分離提純有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)操作

2、通過(guò)具體實(shí)例了解某些物理方法如何確定有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量和分子結(jié)構(gòu)

3、確定有機(jī)化合物實(shí)驗(yàn)式、相對(duì)分子質(zhì)量、分子式的有關(guān)計(jì)算

三、教學(xué)難點(diǎn)

有機(jī)物的分離和提純。測(cè)定有機(jī)物的元素組成、相對(duì)分子質(zhì)量、分子結(jié)構(gòu)。確定有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量和鑒定有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的物理方法的介紹

四、課時(shí)安排 2課時(shí)

五、教學(xué)過(guò)程 ★ 第一課時(shí)

【引入】從天然資源中提取有機(jī)物成分或者是工業(yè)生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)室合成的有機(jī)化合物不可能直接得到純凈物，因此，必須對(duì)所得到的產(chǎn)品進(jìn)行分離提純，如果要鑒定和研究未知有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，必須得到更純凈的有機(jī)物。我們已經(jīng)知道，有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備方法與應(yīng)用的科學(xué)。那么，該怎樣對(duì)有機(jī)物進(jìn)行研究呢？一般的步驟和方法是什么？ 這就是我們這節(jié)課將要探討的問(wèn)題。

【板書(shū)】第四節(jié) 研究有機(jī)化合物的一般步驟和方法

從天然資源中提取有機(jī)物成分，首先得到的是含有有機(jī)物的粗品。在工廠生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)室合成的有機(jī)化合物也不可能直接得到純凈物，得到的往往是混有未參加反應(yīng)的原料，或反應(yīng)副產(chǎn)物等的粗品。因此，必須經(jīng)過(guò)分離、提純才能得到純品。如果要鑒定和研究未知有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，必須得到更純凈的有機(jī)物。下面是研究有機(jī)化合物一般要經(jīng)過(guò)的幾個(gè)基本步驟：

【板書(shū)】

首先我們結(jié)合高一所學(xué)的知識(shí)了學(xué)習(xí)第一步--分離和提純。

【板書(shū)】

一、分離、提純

師：提純混有雜質(zhì)的有機(jī)物的方法很多，基本方法是利用有機(jī)物與雜質(zhì)物理性質(zhì)的差異而將它們分離。接下來(lái)我們主要學(xué)習(xí)三種分離、提純的方法。

【板書(shū)】

1、蒸餾

師：蒸餾是分離、提純液態(tài)有機(jī)物的常用方法。當(dāng)液態(tài)有機(jī)物含有少量雜質(zhì)，而且該有機(jī)物熱穩(wěn)定性較強(qiáng)，與雜質(zhì)的沸點(diǎn)相差較大時(shí)（一般約大于30oc），就可以用蒸餾法提純此液態(tài)有機(jī)物。

【演示實(shí)驗(yàn)1-1】含有雜質(zhì)的工業(yè)乙醇的蒸餾 【蒸餾的注意事項(xiàng)】

* 注意儀器組裝的順序：“先下后上，由左至右”；

* 蒸餾燒瓶盛裝的液體，最多不超過(guò)容積的2/3；不得將全部溶液蒸干；需使用沸石； * 冷凝水水流方向應(yīng)與蒸汽流方向相反（逆流：下進(jìn)上出）；

* 溫度計(jì)水銀球位置應(yīng)與蒸餾燒瓶支管口齊平，以測(cè)量餾出蒸氣的溫度；

【演示實(shí)驗(yàn)1-2】（要求學(xué)生認(rèn)真觀察，注意實(shí)驗(yàn)步驟）

【板書(shū)】

2、結(jié)晶和重結(jié)晶

（1）冷卻法：將熱的飽和溶液慢慢冷卻后析出晶體，此法適合于溶解度隨溫度變化較大的溶液。

（2）蒸發(fā)法：此法適合于溶解度隨溫度變化不大的溶液，如粗鹽的提純。

（3）重結(jié)晶：將以知的晶體用蒸餾水溶解，經(jīng)過(guò)濾、蒸發(fā)、冷卻等步驟，再次析出晶體，得到更純凈的晶體的過(guò)程。

【說(shuō)明】重結(jié)晶的首要工作是選擇適當(dāng)?shù)娜軇笤撊軇海?）雜質(zhì)在此溶劑中的溶解度很小或溶解度很大，易于除去；（2）被提純的有機(jī)物在此溶劑中的溶解度，受溫度的影響較大。

【思考與交流】

1、已知kno3在水中的溶解度很容易隨溫度變化而變化，而nacl的溶解度卻變化不大，據(jù)此可用何方法分離出兩者混合物中的kno3并加以提純？

2、重結(jié)晶對(duì)溶劑有何要求？被提純的有機(jī)物的溶解度需符合什么特點(diǎn)？

3、重結(jié)晶苯甲酸需用到哪些實(shí)驗(yàn)儀器？

4、能否用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言歸納重結(jié)晶苯甲酸的實(shí)驗(yàn)步驟？

【概括】高溫溶解、趁熱過(guò)濾、低溫結(jié)晶

【板書(shū)】

3、萃取

（1）所用儀器：燒杯、漏斗架、分液漏斗。

（2）萃?。豪萌芤涸诨ゲ幌嗳艿娜軇├锶芙舛鹊牟煌?，用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來(lái)，前者稱為萃取劑，一般溶質(zhì)在萃取劑里的溶解度更大些。

分液：利用互不相溶的液體的密度不同，用分液漏斗將它們一一分離出來(lái)。

【說(shuō)明】注意事項(xiàng)：

1、萃取劑必須具備兩個(gè)條件：一是與溶劑互不相溶；二是溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度較大。

2、檢查分液漏斗的瓶塞和旋塞是否嚴(yán)密。

3、萃取常在分液漏斗中進(jìn)行，分液是萃取操作的一個(gè)步驟，必須經(jīng)過(guò)充分振蕩后再靜置分層。

4、分液時(shí)，打開(kāi)分液漏斗的活塞，將下層液體從漏斗頸放出，當(dāng)下層液體剛好放完時(shí)，要立即關(guān)閉活塞，上層液體從上口倒出。

【補(bǔ)充】

1、洗滌沉淀或晶體的方法：用膠頭滴管往晶體上加蒸餾水直至晶體被浸沒(méi)，待水完全流出后，重復(fù)兩至三次，直至晶體被洗凈。

2、檢驗(yàn)洗滌效果：取最后一次的洗出液，再選擇適當(dāng)?shù)脑噭┻M(jìn)行檢驗(yàn)。

【小結(jié)】本節(jié)課要掌握研究有機(jī)化合物的一般步驟和常用方法；有機(jī)物的分離和提純。包括操作中所需要注意的一些問(wèn)題。

★ 第二課時(shí)

【引入】從公元八世紀(jì)起，人們就已開(kāi)始使用不同的手段制備有機(jī)物，但由于化學(xué)理論和技術(shù)條件的限制，其元素組成及結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期沒(méi)有得到解決。直到19世紀(jì)中葉，李比希在拉瓦錫推翻了燃素學(xué)說(shuō)，在建立燃燒理論的基礎(chǔ)上，提出了用燃燒法進(jìn)行有機(jī)化合物中碳和氫元素定量分析的方法。準(zhǔn)確的碳?xì)浞治鍪怯袡C(jī)化學(xué)史上的重大事件，對(duì)有機(jī)化學(xué)的發(fā)展起著不可估量的作用。隨后，物理科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了化學(xué)分析的進(jìn)步，才有了今天的快速、準(zhǔn)確的元素分析儀和各種波譜方法。

【設(shè)問(wèn)】定性檢測(cè)物質(zhì)的元素組成是化學(xué)研究中常見(jiàn)的問(wèn)題之一，如何用實(shí)驗(yàn)的方法探討物質(zhì)的元素組成？

【板書(shū)】

二、元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定

1、元素分析

例如：實(shí)驗(yàn)探究：葡萄糖分子中碳、氫元素的檢驗(yàn) 圖1-1 碳和氫的鑒定

原理：碳、氫兩元素通常采取將有機(jī)物氧化分解，使碳氧化生成二氧化碳，使氫氧化生成水的方法而檢出。例如：

c12h22o11+24cuo12co2+11h2o+24cu

實(shí)驗(yàn)：取干燥的試樣──蔗糖0.2 g和干燥氧化銅粉末1 g，在研缽中混勻，裝入干燥的硬質(zhì)試管中。如圖1-1所示，試管口稍微向下傾斜，導(dǎo)氣管插入盛有飽和石灰水的試管中。用酒精燈加熱試樣，觀察現(xiàn)象。

結(jié)論：若導(dǎo)出氣體使石灰水變渾濁，說(shuō)明有二氧化碳生成，表明試樣中有碳元素；試管口壁出現(xiàn)水滴（讓學(xué)生思考：如何證明其為水滴？），則表明試樣中有氫元素。

【說(shuō)明】講解或引導(dǎo)學(xué)生看書(shū)上例題，這里適當(dāng)補(bǔ)充一些有機(jī)物燃燒的規(guī)律的專題練習(xí)。

元素定量分析的原理是將一定量的有機(jī)物燃燒，分解為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，并作定量測(cè)定，通過(guò)無(wú)機(jī)物的質(zhì)量推算出組成該有機(jī)物元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后計(jì)算出該有機(jī)物分子所含元素原子最簡(jiǎn)單的整數(shù)比，即確定其實(shí)驗(yàn)式。以便于進(jìn)一步確定其分子式。

例

1、某烴含氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.2%，求此烴的實(shí)驗(yàn)式。又測(cè)得該烴的相對(duì)分子質(zhì)量是58，求該烴的分子式。

【分析解答】分析：此題題給條件很簡(jiǎn)單，是有機(jī)物分子式確定中最典型的計(jì)算。由于該物質(zhì)為烴，則它只含碳、氫兩種元素，則碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（100－17.2）%＝82.8%。則該烴中各元素原子數(shù)（n）之比為：

c2h5僅僅代表碳原子和氫原子的最簡(jiǎn)整數(shù)比，是該烴的實(shí)驗(yàn)式，不是該烴的分子式。

設(shè)該烴有n個(gè)c2h5，則

因此，烴的分子式為。

【講解】對(duì)于一種未知物，如果知道了物質(zhì)的元素組成和相對(duì)分子質(zhì)量，就會(huì)很容易通過(guò)計(jì)算得出分子式。確定有機(jī)物的分子式的途徑：

1.確定實(shí)驗(yàn)式

2.確定相對(duì)分子質(zhì)量

例

2、燃燒某有機(jī)物a 1.50g，生成1.12l（標(biāo)準(zhǔn)狀況）co2和0.05mol h2o。該有機(jī)物的蒸氣對(duì)空氣的相對(duì)密度是1.04，求該有機(jī)物的分子式。

解答：首先要確定該物質(zhì)的組成元素。

1.5g a中各元素的質(zhì)量：，所以有機(jī)物中還含有o元素。

則

實(shí)驗(yàn)式為ch2o，其式量為30。

又因該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量

因此實(shí)驗(yàn)式即為分子式。

【講解】從例題可以看出計(jì)算相對(duì)分子量很重要，計(jì)算有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的方法有哪些？密度法(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，相對(duì)密度法(相同狀況)。另外可以看出元素的質(zhì)量有時(shí)不能由實(shí)驗(yàn)直接得出，還需要對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行必要的分析和計(jì)算。

【歸納總結(jié)】確定有機(jī)物分子式的一般方法．

（1）實(shí)驗(yàn)式法：

①根據(jù)有機(jī)物各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求出分子組成中各元素的原子個(gè)數(shù)比（最簡(jiǎn)式）。

②求出有機(jī)物的摩爾質(zhì)量（相對(duì)分子質(zhì)量）。

（2）直接法：

①求出有機(jī)物的摩爾質(zhì)量（相對(duì)分子質(zhì)量）

②根據(jù)有機(jī)物各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接求出1mol有機(jī)物中各元素原子的物質(zhì)的量。

有機(jī)物的分子式的確定方法有很多，在今后的教學(xué)中還會(huì)進(jìn)一步介紹。今天我們僅僅學(xué)習(xí)了利用相對(duì)分子質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)式共同確定有機(jī)物的基本方法。應(yīng)該說(shuō)以上所學(xué)的方法是用推算的方法來(lái)確定有機(jī)物的分子式的。在同樣計(jì)算推出有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式后，還可以用物理方法簡(jiǎn)單、快捷地測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量，比如--質(zhì)譜法。

【板書(shū)】

2、相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定--質(zhì)譜法

質(zhì)譜是近代發(fā)展起來(lái)的快速、微量、精確測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的方法。

（接下來(lái)對(duì)質(zhì)譜法的原理，怎樣對(duì)質(zhì)譜圖進(jìn)行分析以確定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量，以及此方法的優(yōu)點(diǎn)作簡(jiǎn)要精確的介紹）

【說(shuō)明】質(zhì)譜儀有什么作用？其原理是什么？

它是用高能電子流等轟擊樣品分子，使該分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。這些不同離子具有不同的質(zhì)量，質(zhì)量不同的離子在磁場(chǎng)作用下達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間有差異，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。

1、質(zhì)荷比是什么？

分子離子與碎片離子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷的比值

2、如何確定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量？

由于相對(duì)質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此質(zhì)譜圖中的質(zhì)荷比最大的就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量

【強(qiáng)調(diào)】以乙醇為例，質(zhì)譜圖最右邊的分子離子峰表示的就是上面例題中未知物a（指乙醇）的相對(duì)分子質(zhì)量。

通過(guò)測(cè)定，現(xiàn)在已經(jīng)知道了該有機(jī)物的分子式，但是，我們知道，相同的分子式可能出現(xiàn)多種同分異構(gòu)體，那么，該如何進(jìn)以步確定有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)呢？下面介紹兩種物理方法。

【補(bǔ)充】

1、求有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的常用方法

（1）m = m / n

（2）根據(jù)有機(jī)蒸氣的相對(duì)密度d，m1 = dm2

（3）標(biāo)況下有機(jī)蒸氣的密度為ρg/l，m = 22.4l/mol ?ρg/l

2、有機(jī)物分子式的三種一般常用求法（1）、先根據(jù)元素原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求實(shí)驗(yàn)式，再根據(jù)分子量求分子式--課本例1（2）、直接根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量和元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求分子式（3）、對(duì)只知道相對(duì)分子質(zhì)量的范圍的有機(jī)物，要通過(guò)估算求分子量，再求分子式 【板書(shū)】

三、分子結(jié)構(gòu)的鑒定

1、紅外光譜（介紹紅外光譜法鑒定分子結(jié)構(gòu)的原理，對(duì)紅外光譜圖的正確分析，最終確定有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)）

【注意】：該法不需要學(xué)生記憶某些官能團(tuán)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍，主要讓學(xué)生知道通過(guò)紅外光譜可以知道有機(jī)物含有哪些官能團(tuán)。

紅外光譜法確定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的原理是

由于有機(jī)物中組成化學(xué)鍵、官能團(tuán)的原子處于不斷振動(dòng)狀態(tài)，且振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻率相當(dāng)。所以，當(dāng)用紅外線照射有機(jī)物分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵、官能團(tuán)可發(fā)生震動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵、官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜圖中將處于不同位置。因此，我們就可以根據(jù)紅外光譜圖，推知有機(jī)物含有哪些化學(xué)鍵、官能團(tuán)，以確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。

【說(shuō)明】從未知物a的紅外光譜圖上發(fā)現(xiàn)右o-h鍵、c-h鍵和c-o鍵的振動(dòng)吸收，可以判斷a是乙醇而并非甲醚，因?yàn)榧酌褯](méi)有o-h鍵。

例

3、下圖是一種分子式為c3h6o2的有機(jī)物的紅外光譜譜圖,則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：

練習(xí)：有一有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量為74，確定分子結(jié)構(gòu)，請(qǐng)寫(xiě)出該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

【板書(shū)】

2、核磁共振氫譜（介紹核磁共振氫譜法鑒定分子結(jié)構(gòu)的原理，對(duì)核磁共振氫譜圖的正確分析，最終確定有機(jī)物的分子中所含h原子的種類和個(gè)數(shù)）

【注意】了解通過(guò)該譜圖確定了

（1）某有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)中有幾種不同環(huán)境的氫原子

（2）有核磁共振氫譜的峰面積之比可以確定不同環(huán)境的氫原子的個(gè)數(shù)比。

【板書(shū)】如何根據(jù)核磁共振氫譜確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)？

對(duì)于ch3ch2oh、ch3-o-ch3這兩種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，除了氧原子的位置、連接方式不同外，碳原子、氫原子的連接方式也不同、所處的環(huán)境不同，即等效碳、等效氫的種數(shù)不同。

不同化學(xué)環(huán)境的氫原子（等效氫原子）因產(chǎn)生共振時(shí)吸收的頻率不同，被核磁共振儀記錄下來(lái)的吸收峰的面積不同。所以，可以從核磁共振譜圖上推知?dú)湓拥念愋图皵?shù)目。

吸收峰數(shù)目＝氫原子類型

不同吸收峰的面積之比（強(qiáng)度之比）＝不同氫原子的個(gè)數(shù)之比

【說(shuō)明】未知物a的核磁共振氫譜有三種類型氫原子的吸收峰，說(shuō)明a只能是乙醇而并非甲醚，因?yàn)榧酌阎挥幸环N氫原子。

【練習(xí)】2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰了兩項(xiàng)成果，其中一項(xiàng)是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼亍ぞS特里希發(fā)明了“利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”。在化學(xué)上經(jīng)常使用的是氫核磁共振譜，它是根據(jù)不同化學(xué)環(huán)境的氫原子在氫核磁共振譜中給出的信號(hào)不同來(lái)確定有機(jī)物分子中的不同的氫原子。下列有機(jī)物分子在核磁共振氫譜中只給出一種信號(hào)的是

a hcho b ch3oh c hcooh d ch3cooch3

例：一個(gè)有機(jī)物的分子量為70，紅外光譜表征到碳碳雙鍵和c＝o的存在，核磁共振氫譜列如下圖：

①寫(xiě)出該有機(jī)物的分子式：

②寫(xiě)出該有機(jī)物的可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：

【練習(xí)】分子式為c3h6o2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種情況。第一種情況峰給出的強(qiáng)度為1︰1；第二種情況峰給出的強(qiáng)度為3︰2︰1。由此推斷混合物的組成可能是（寫(xiě)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）。

圖譜題解題建議

1、首先應(yīng)掌握好三種譜圖的作用、讀譜方法。

2、必須盡快熟悉有機(jī)物的類別及其官能團(tuán)。

3、根據(jù)圖譜獲取的信息，按碳四價(jià)的原則對(duì)官能團(tuán)、基團(tuán)進(jìn)行合理的拼接。

4、得出結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)）式后，再與譜圖提供信息對(duì)照檢查，主要為分子量、官能團(tuán)、基團(tuán)的類別是否吻合。

【小結(jié)】本節(jié)課主要掌握鑒定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的一般過(guò)程和方法。包括測(cè)定有機(jī)物的元素組成、相對(duì)分子質(zhì)量、分子結(jié)構(gòu)。了解幾種物理方法--質(zhì)譜法、紅外光譜法和核磁共振氫譜法。

【補(bǔ)充】有機(jī)物燃燒的規(guī)律歸納

1、烴完全燃燒前后氣體體積的變化 完全燃燒的通式：cxhy ＋(x+)o2xco2＋h2o（1）燃燒后溫度高于100℃時(shí)，水為氣態(tài)： ① y＝4時(shí)，＝0，體積不變； ② y>4時(shí)，>0，體積增大；

③ y（2）燃燒后溫度低于100℃時(shí)，水為液態(tài)： ※ 無(wú)論水為氣態(tài)還是液態(tài)，燃燒前后氣體體積的變化都只與烴分子中的氫原子個(gè)數(shù)有關(guān)，而與氫分子中的碳原子數(shù)無(wú)關(guān)。

例：盛有ch4和空氣的混和氣的試管，其中ch4占1/5體積。在密閉條件下，用電火花點(diǎn)燃，冷卻后倒置在盛滿水的水槽中（去掉試管塞）此時(shí)試管中

a．水面上升到試管的1/5體積處； b．水面上升到試管的一半以上； c．水面無(wú)變化； d．水面上升。

答案：d 2．烴類完全燃燒時(shí)所耗氧氣量的規(guī)律

完全燃燒的通式：cxhy ＋(x+)o2xco2＋h2o（1）相同條件下等物質(zhì)的量的烴完全燃燒時(shí)，(x+)值越大，則耗氧量越多；

（2）質(zhì)量相同的有機(jī)物，其含氫百分率（或值）越大，則耗氧量越多；

（3）1mol有機(jī)物每增加一個(gè)ch2，耗氧量多1.5mol；

（4）1mol含相同碳原子數(shù)的烷烴、烯烴、炔烴耗氧量依次減小0.5mol；

（5）質(zhì)量相同的cxhy，值越大，則生成的co2越多；若兩種烴的值相等，質(zhì)量相同，則生成的co2和h2o均相等。

3．碳的質(zhì)量百分含量c％相同的有機(jī)物（最簡(jiǎn)式可以相同也可以不同），只要總質(zhì)量一定，以任意比混合，完全燃燒后產(chǎn)生的co2的量總是一個(gè)定值。

4．不同的有機(jī)物完全燃燒時(shí)，若生成的co2和h2o的物質(zhì)的量之比相等，則它們分子中的碳原子和氫原子的原子個(gè)數(shù)比相等?！局R(shí)拓展】 有機(jī)物分子式的確定

1．有機(jī)物組成元素的判斷

一般來(lái)說(shuō)，有機(jī)物完全燃燒后，各元素對(duì)應(yīng)產(chǎn)物為：c→co2，h→h2o，cl→hcl。某有機(jī)物完全燃燒后若產(chǎn)物只有co2和h2o，則其組成元素可能為c、h或c、h、o。欲判定該有機(jī)物中是否含氧元素，首先應(yīng)求出產(chǎn)物co2中碳元素的質(zhì)量及h2o中氫元素的質(zhì)量，然后將碳、氫元素的質(zhì)量之和與原有機(jī)物質(zhì)量比較，若兩者相等，則原有機(jī)物的組成中不含氧；否則，原有機(jī)物的組成含氧。

2．實(shí)驗(yàn)式(最簡(jiǎn)式)和分子式的區(qū)別與聯(lián)系

(1)最簡(jiǎn)式是表示化合物分子所含各元素的原子數(shù)目最簡(jiǎn)單整數(shù)比的式子。不能確切表明分子中的原子個(gè)數(shù)。

注意：

①最簡(jiǎn)式是一種表示物質(zhì)組成的化學(xué)用語(yǔ)；

②無(wú)機(jī)物的最簡(jiǎn)式一般就是化學(xué)式；

③有機(jī)物的元素組成簡(jiǎn)單，種類繁多，具有同一最簡(jiǎn)式的物質(zhì)往往不止一種；

④最簡(jiǎn)式相同的物質(zhì)，所含各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是相同的，若相對(duì)分子質(zhì)量不同，其分子式就不同。例如，苯(c6h6)和乙炔(c2h2)的最簡(jiǎn)式相同，均為ch，故它們所含c、h元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是相同的。

(2)分子式是表示化合物分子所含元素的原子種類及數(shù)目的式子。

注意：

①分子式是表示物質(zhì)組成的化學(xué)用語(yǔ)；

②無(wú)機(jī)物的分子式一般就是化學(xué)式；

③由于有機(jī)物中存在同分異構(gòu)現(xiàn)象，故分子式相同的有機(jī)物，其代表的物質(zhì)可能有多種；

④分子式＝(最簡(jiǎn)式)n。即分子式是在實(shí)驗(yàn)式基礎(chǔ)上擴(kuò)大n倍。

3．確定分子式的方法

(1)實(shí)驗(yàn)式法

由各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)→求各元素的原子個(gè)數(shù)之比(實(shí)驗(yàn)式)→相對(duì)分子質(zhì)量→求分子式。

(2)物質(zhì)的量關(guān)系法 由密度或其他條件→求摩爾質(zhì)量→求1mol分子中所含各元素原子的物質(zhì)的量→求分子式。（標(biāo)況下m=dg/cm3×103·22.4l/mol）

(3)化學(xué)方程式法

利用化學(xué)方程式求分子式。

(4)燃燒通式法

利用通式和相對(duì)分子質(zhì)量求分子式。

由于x、y、z相對(duì)獨(dú)立，借助通式進(jìn)行計(jì)算，解出x、y、z，最后求出分子式。

[例1] 3.26g樣品燃燒后，得到4.74gco2和1.92gh2o，實(shí)驗(yàn)測(cè)得其相對(duì)分子質(zhì)量為60，求該樣品的實(shí)驗(yàn)式和分子式。

解：(1)求各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

（2）求樣品分子中各元素原子的數(shù)目（n）之比

（3）求分子式

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得其相對(duì)分子質(zhì)量為60，這個(gè)樣品的分子式=（實(shí)驗(yàn)式）n。

[例2] 實(shí)驗(yàn)測(cè)得某烴a中含碳85.7%，含氫14.3%。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2l此化合物氣體的質(zhì)量為14g。求此烴的分子式。

解：（1）求該化合物的摩爾質(zhì)量

（2）求1mol該物質(zhì)中碳和氫原子的物質(zhì)的量

[例3] 6.0g某飽和一元醇跟足量的金屬鈉反應(yīng)，讓生成的氫氣通過(guò)5g灼熱的氧化銅，氧化銅固體的質(zhì)量變成4.36g。這時(shí)氫氣的利用率是80%。求該一元醇的分子。

解：

[例4] 有機(jī)物a是烴的含氧衍生物，在同溫同壓下，a蒸氣與乙醇蒸氣的相對(duì)密度是2。1.38ga完全燃燒后，若將燃燒的產(chǎn)物通過(guò)堿石灰，堿石灰的質(zhì)量會(huì)增加3.06g；若將燃燒產(chǎn)物通過(guò)濃硫酸，濃硫酸的質(zhì)量會(huì)增加1.08g；取4.6ga與足量的金屬鈉反應(yīng)，生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1.68l；a不與純堿反應(yīng)。通過(guò)計(jì)算確定a的分子式和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。

解：

說(shuō)明：由上述幾種計(jì)算方法，可得出確定有機(jī)物分子式的基本途徑：

【練習(xí)】

⒈某烴0.1mol，在氧氣中完全燃燒，生成13.2g co2、7.2gh2o，則該烴的分子式為。

⒉已知某烴a含碳85.7%，含氫14.3%，該烴對(duì)氮?dú)獾南鄬?duì)密度為2，求該烴的分子式。

⒊125℃時(shí)，1l某氣態(tài)烴在9l氧氣中充分燃燒反應(yīng)后的混合氣體體積仍為10l（相同條件下），則該烴可能是

a.ch4

b.c2h4 c.c2h2 d.c6h6

⒋一種氣態(tài)烷烴和氣態(tài)烯烴組成的混合物共10g，混合氣密度是相同狀況下h2密度的12.5倍，該混合氣體通過(guò)裝有溴水的試劑瓶時(shí)，試劑瓶總質(zhì)量增加了8.4g，組成該混合氣體的可能是

a.乙烯和乙烷

b.乙烷和丙烯

c.甲烷和乙烯

d.丙稀和丙烷

⒌室溫下，一氣態(tài)烴與過(guò)量氧氣混合完全燃燒，恢復(fù)到室溫，使燃燒產(chǎn)物通過(guò)濃硫酸，體積比反應(yīng)前減少50ml，再通過(guò)naoh溶液，體積又減少了40ml，原烴的分子式是

a.ch4 b.c2h4 c.c2h6 d.c3h8

⒍a、b兩種烴通常狀況下均為氣態(tài)，它們?cè)谕瑺顩r下的密度之比為1∶3.5。若a完全燃燒，生成co2和h2o的物質(zhì)的量之比為1∶2，試通過(guò)計(jì)算求出a、b的分子式。

⒎使乙烷和丙烷的混合氣體完全燃燒后，可得co2 3.52 g，h2o 1.92 g，則該混合氣體中乙烷和丙烷的物質(zhì)的量之比為

a.1∶2 b.1∶1 c.2∶3 d.3∶4

⒏兩種氣態(tài)烴的混合氣共1mol，在空氣中燃燒得到1.5molco2和2molh2o。關(guān)于該混合氣的說(shuō)法合理的是

a．一定含甲烷，不含乙烷

b．一定含乙烷，不含甲烷

c．一定是甲烷和乙烯的混合物

d．一定含甲烷，但不含乙烯

9．25℃某氣態(tài)烴與o2混合充入密閉容器中，點(diǎn)燃爆炸后又恢復(fù)至25℃，此時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)為原來(lái)的一半，再經(jīng)naoh溶液處理，容器內(nèi)幾乎成為真空。該烴的分子式可能為

a.c2h4 b.c2h2 c.c3h6 d.c3h8

10．某烴7.2g進(jìn)行氯代反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為一氯化物時(shí)，放出的氣體通入500ml0.2mol/l的燒堿溶液中，恰好完全反應(yīng)，此烴不能使溴水或酸性高錳酸鉀溶液褪色，試求該烴的分子式。

11．常溫下某氣態(tài)烷烴10ml與過(guò)量o285ml充分混合，點(diǎn)燃后生成液態(tài)水，在相同條件下測(cè)得氣體體積變?yōu)?0ml，求烴的分子式。

12．由兩種氣態(tài)烴組成的混合烴20ml，跟過(guò)量o2完全燃燒。同溫同壓條件下當(dāng)燃燒產(chǎn)物通過(guò)濃h2so4后體積減少了30ml，然后通過(guò)堿石灰又減少40ml。這種混合氣的組成可能有幾種？

《有機(jī)物分子式的確定》參考答案

[例1] 3.26g樣品燃燒后，得到4.74gco2和1.92gh2o，實(shí)驗(yàn)測(cè)得其相對(duì)分子質(zhì)量為60，求該樣品的實(shí)驗(yàn)式和分子式。

解：(1)求各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

樣品

co2

h2o

3.26g 4.74g 1.92g

（2）求樣品分子中各元素原子的數(shù)目（n）之比

這個(gè)樣品的實(shí)驗(yàn)式為ch2o。

（3）求分子式

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得其相對(duì)分子質(zhì)量為60，這個(gè)樣品的分子式=（實(shí)驗(yàn)式）n。

故這個(gè)樣品的分子式為c2h4o2。

答：這個(gè)樣品的實(shí)驗(yàn)式為ch2o，分子式為c2h4o2。

[例2] 實(shí)驗(yàn)測(cè)得某烴a中含碳85.7%，含氫14.3%。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2l此化合物氣體的質(zhì)量為14g。求此烴的分子式。

解：

（1）求該化合物的摩爾質(zhì)量

根據(jù)

得

（2）求1mol該物質(zhì)中碳和氫原子的物質(zhì)的量

即1mol該化合物中含2molc原子和4molh原子，故分子式為c2h4。

[例3] 6.0g某飽和一元醇跟足量的金屬鈉反應(yīng)，讓生成的氫氣通過(guò)5g灼熱的氧化銅，氧化銅固體的質(zhì)量變成4.36g。這時(shí)氫氣的利用率是80%。求該一元醇的分子。

解：設(shè)與cuo反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為x

而這種一元醇反應(yīng)后生成的氫氣的物質(zhì)的量為。

飽和一元醇的通式為，該一元醇的摩爾質(zhì)量為m（a）。

該一元醇的相對(duì)分子質(zhì)量是60。根據(jù)這一元醇的通式，有下列等式： 則飽和一元醇的分子式是c2h6o。

[例4] 有機(jī)物a是烴的含氧衍生物，在同溫同壓下，a蒸氣與乙醇蒸氣的相對(duì)密度是2。1.38ga完全燃燒后，若將燃燒的產(chǎn)物通過(guò)堿石灰，堿石灰的質(zhì)量會(huì)增加3.06g；若將燃燒產(chǎn)物通過(guò)濃硫酸，濃硫酸的質(zhì)量會(huì)增加1.08g；取4.6ga與足量的金屬鈉反應(yīng)，生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1.68l；a不與純堿反應(yīng)。通過(guò)計(jì)算確定a的分子式和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。

解：燃燒產(chǎn)物通過(guò)堿石灰時(shí)，co2氣體和水蒸氣吸收，被吸收的質(zhì)量為3.06g；若通過(guò)濃硫酸時(shí)，水蒸氣被吸收，被吸收的質(zhì)量為1.08g。故co2和水蒸氣被吸收的物質(zhì)的量分別為：

列方程解之得x=3 y=8

由題意知a與金屬鈉反應(yīng)，不與na2co3反應(yīng)，可知a含羥基不含羧基（-cooh）。

4.6ga所含物質(zhì)的量為

4.6ga中取代的h的物質(zhì)的量為。

即1mola取代h的物質(zhì)的量為3mol，可見(jiàn)1個(gè)a分子中含有3個(gè)羥基，故a為丙三醇，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為： 【練習(xí)】

⒈解析：烴完全燃燒產(chǎn)物為co2、h2o，co2中的c、h2o中的h全部來(lái)自于烴。13.2g co2物質(zhì)的量為，7.2gh2o物質(zhì)的量為，則0.1mol該烴中分子含c：0.3mol，含h：0.4mol×2＝0.8mol（co2～c、h2o～2h），所以1mol該烴分子中含c3mol、含h8mol。答案：c3h8。

⒉解析：，即最簡(jiǎn)式為ch2、化學(xué)式為，該烴的相對(duì)分子質(zhì)量：mr(a)＝mr(n2)×2＝28×2＝56，故分子式為c4h8。

⒊解析：任意烴與一定量氧氣充分燃燒的化學(xué)方程式：

cxhy +(x +)o2 xco2 + h2o

當(dāng)溫度高于100℃時(shí)，生成的水為氣體。若烴為氣態(tài)烴，反應(yīng)前后氣體的體積不變，即反應(yīng)消耗的烴和o2與生成的二氧化碳和氣態(tài)水的體積相等。

∴1 ＋(x +)＝ x ＋

y ＝ 4

就是說(shuō)氣態(tài)烴充分燃燒時(shí)，當(dāng)烴分子中氫原子數(shù)等于4時(shí)（與碳原子數(shù)多少無(wú)關(guān)），反應(yīng)前后氣體的體積不變（生成物中水為氣態(tài)）。答案：a、b。

⒋解析：混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為12.5×2g/mol＝25 g/mol，則混合氣的物質(zhì)的量為 ；又烯烴中最簡(jiǎn)單的乙烯的摩爾質(zhì)量是28g/mol，故烷烴的摩爾質(zhì)量一定小于25g/mol，只能是甲烷。當(dāng)混合氣通過(guò)溴水時(shí)，由于只有烯烴和溴水反應(yīng)，因此增重的8.4g為烯烴質(zhì)量，則甲烷質(zhì)量為10g－8.4g ＝ 1.6g，甲烷的物質(zhì)的量為0.1mol，則烯烴的物質(zhì)的量為0.3mol，烯烴的摩爾質(zhì)量為，根據(jù)烯烴通式cnh2n，即14n＝28，可求出 n ＝ 2，即烯烴為乙烯。答案：c。

⒌解析：烴在過(guò)量氧氣中完全燃燒產(chǎn)物為co2、h2o及剩余o2，由于是恢復(fù)到室溫，則通過(guò)naoh溶液后氣體體積減少40ml為生成co2體積。

cxhy +(x +)o2 xco2 + h2o（g）

δv

x +

x

1+

0.04

0.05

列式計(jì)算得：y＝5x－4 當(dāng)：

①x＝1 y＝1 ②x＝2 y＝6 ③x≥3 y≥11 只有②符合。（為什么？）答案：c。

⒍解析：烴a完全燃燒，c→co2 h→h2o 產(chǎn)物中∶＝1∶2，即a中 nc∶nh＝1∶4，只有ch4能滿足該條件，故a為甲烷，摩爾質(zhì)量為16g/mol；

相同狀況下，不同氣體密度與摩爾質(zhì)量成正比：ma∶mb＝1∶3.5，mb＝3.5ma＝3.5×16g/mol＝56g/mol。設(shè)烴b分子式為cxhy，則：

12x＋y＝56 y＝56－12x 只有當(dāng)x＝4 y＝8時(shí)合理。答案：a：ch4；b：c4h8

⒎解析：該題已知混合氣體完全燃燒后生成co2和h2o的質(zhì)量，從中可以計(jì)算出這兩種物質(zhì)的物質(zhì)的量，n(co2)＝3.52g÷44g/mol＝0.08mol、n(h2o)＝1.92g÷18g/mol＝0.11mol；進(jìn)而求出混合氣體中每含1摩c所含h的物質(zhì)的量，0.11mol×2÷0.08mol＝11/4；而組分氣體中乙烷和丙烷的同樣定義的化學(xué)量分別是，乙烷c2h6為3，丙烷c3h8為8/3；將這些平均量應(yīng)用于十字交叉法可得這兩組分氣體在混合氣體中所含c原子數(shù)之比。

c2h6每含1摩c所含h的物質(zhì)的量：3

11/4－8/3

c3h8每含1摩c所含h的物質(zhì)的量：8/3

3－11/4

即混合氣體中每含4molc原子，其中1molc原子屬于c2h6（乙烷物質(zhì)的量則為1/2＝0.5mol），3molc原子屬于c3h8（丙烷物質(zhì)的量則為3/3＝1mol）。

所以混合氣體中乙烷和丙烷的物質(zhì)的量之比為：n(c2h6)∶n(c3h8)＝(1/2)∶(3/3)＝1∶2

答案：a

⒏a

9．解析：25℃時(shí)生成的水為液態(tài)；生成物經(jīng)naoh溶液處理，容器內(nèi)幾乎成為真空，說(shuō)明反應(yīng)后容器中無(wú)氣體剩余，該氣態(tài)烴與o2恰好完全反應(yīng)。設(shè)該烴的分子式為cxhy，則有：

cxhy +(x +)o2 xco2 + h2o

壓強(qiáng)變化可知，烴和o2的物質(zhì)的量應(yīng)為co2的2倍（25℃時(shí)生成的水為液態(tài)），即：1＋(x +)＝2x，整理得：x＝1＋

討論：當(dāng)y＝4，x＝2；當(dāng)y＝6，x＝2.5（不合，舍）；當(dāng)y＝8，x＝3，...答案：a、d。

10．解析：根據(jù)方程式：cxhy+cl2→cxh(y－1)cl+hcl hcl+naoh＝nacl+h2o 得關(guān)系式：

cxhy ～ cl2 ～ naoh

1mol

1mol

n

0.5×0.2mol/l

n＝0.1mol

∴ 該烴的摩爾質(zhì)量

另由該烴與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)可知該烴為烷烴，通式為cnh2n+2，則：14n+2＝72 n=5 故分子式為c5h12 答案：c5h12。

11．解析：根據(jù)方程式

cxhy(g)+(x+)o2 xco2(g)+ h2o(l)δv

1+

10ml

25ml

解得：y=6 烷烴通式為cnh2n+2，2n＋2＝6，n=2，該烴分子式為c2h6。答案：c2h6。

12．解析：因?yàn)関（混烴）：v（co2）：v（h2o）＝1：2：1.5，所以：v（混烴）：v（c）：v（h）＝1：2：3，平均組成為c2h3，＝27。

根據(jù)平均組成c2h3分析，能滿足平均組成的混烴只有兩組，即c2h2和c2h6或c2h2和c2h4組成的混烴。