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第一章 有机化合物的结构特点与研究方法
必背知识清单01 有机化合物的分类方法
一、依据碳骨架分类1．脂肪烃一般包括烷烃、烯烃和炔烃。
2．环状化合物
这类有机化合物分子中含有由碳原子构成的环状结构。
(1)脂环化合物：分子中含有 碳环 ( 非苯环 )的化合物。如 (环戊烷)、 (环己烯)、 (环
己醇)等。
(2)芳香族化合物：分子中含有苯环的化合物。如 (苯)、 (萘)、 (溴苯)等。
二、依据官能团分类
1．官能团是指决定有机化合物特性的原子或原子团。如甲烷为气体，甲醇性质区别甲烷性质是因为甲醇
分子中含有官能团 羟基 (—OH )。
2．有机物的主要类别、官能团和典型代表物
(1)烃类物质
官能团 典型代表物
类别
结构 名称 名称 结构简式
烷烃 — — 甲烷 CH
4
烯烃 碳碳双键 乙烯 CH===CH
2 2
炔烃 碳碳三键 乙炔 HC≡CH
芳香烃 — — 苯
(2)烃的衍生物
官能团 典型代表物
类别
结构 名称 名称 结构简式
卤代烃 碳卤键 溴乙烷 CHCHBr
3 2
醇 —OH 羟基 乙醇 CHCHOH
3 2
酚 —OH 羟基 苯酚醚 醚键 乙醚 CHCHOCH CH
3 2 2 3
醛 醛基 乙醛
酮 酮羰基 丙酮
羧酸 羧基 乙酸
酯 酯基 乙酸乙酯
胺 —NH 氨基 甲胺 CHNH
2 3 2
酰胺 酰胺基 乙酰胺
必背知识清单02 有机化合物中的共价键和同分异构现象
一．有机化合物中的共价键
1．共价键的类型
一般情况下，有机化合物中的单键是σ 键，双键中含有一个σ键和一个π键，三键中含有一个σ键和两个
π键。
2．共价键对有机化合物性质的影响
(1)共价键的类型对有机化合物性质的影响
π 键的轨道重叠程度比σ 键的小，比较容易断裂而发生化学反应。例如乙烯和乙炔分子的双键和三键中含
有π 键，都可以发生加成反应，而甲烷分子中含有C—H σ 键，可发生取代反应。
(2)共价键的极性对有机化合物性质的影响
共价键的极性越强，在反应中越容易发生断裂，因此有机化合物的官能团及其邻近的化学键往往是发生化
学反应的活性部位。
二．有机化合物的同分异构现象
1．同分异构现象和同分异构体
同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象同分异构体：具有同分异构现象的化合物的互称
2．同分异构体的类型
3．构造异构现象举例
异构类别 实例
C H ：CH—CH—CH—CH
4 10 3 2 2 3
正丁烷
碳架异构
异丁烷
C H：CH==CH—CH—CH
4 8 2 2 3
1- 丁烯
CH—CH==CH—CH
3 3
2- 丁烯
位置异构
C HCl：
6 4 2
邻二氯苯 间二氯苯
对二氯苯
官能团异构
C HO：
2 6
乙醇 二甲醚
4．键线式
在表示有机化合物的组成和结构时，将碳、氢元素符号省略，只表示分子中键的连接情况和官能团，每个
拐点或终点均表示有一个碳原子，这样得到的式子称为键线式。例如：丙烯可表示为 ，乙醇可表
示为 。
必背知识清单03 有机化合物的分离、提纯一.研究有机化合物的一般步骤
分离、提纯―→确定实验式―→确定分子式―→确定分子结构
二.有机物的分离、提纯方法
1．蒸馏
(1)适用条件
①液态有机化合物含有少量杂质且该有机化合物热稳定性较高；
②有机化合物的沸点与杂质的沸点相差较大。
(2)蒸馏装置及注意事项
①实验装置——写出相应仪器的名称
②注意事项
a．温度计水银球位置：蒸馏烧瓶的支管口处；b.加碎瓷片的目的：防止液体暴沸；c.冷凝管中水的流向：
下口流入，上口流出。
2．萃取
液-液萃取：利用待分离组分在两种不互溶的溶剂中的溶解性不
类型 同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程
固-液萃取：用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程
装置和仪器
对萃取剂的要求：
①萃取剂与原溶剂互不相溶；
萃取剂 ②溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度；
③萃取剂与原溶液中的成分不反应
常用萃取剂：乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷等
定义 将萃取后的两层液体分开的操作
加入萃取剂后充分振荡，静置分层，然后打开分液漏斗上方的玻
分液
操作 璃塞和下方的活塞将两层液体分离，下层液体从下口流出，并及
时关闭活塞，上层液体从上口倒出
3.重结晶必背知识清单04 有机化合物分子式和分子结构的确定
一.有机化合物实验式和分子式的确定
1．确定实验式
(1)相关概念
①实验式：有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，又称为最简式。例如，乙酸的分子式为C HO ，
2 4 2
实验式为CHO。
2
②元素分析
分类 定性分析 定量分析
将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机化合物(如
用化学方法测
C→CO，H→H O)，并定量测定各产物的质量，从而推算
2 2
含义 定有机化合物
出有机物中各组成元素的质量分数，然后计算出该有机化
的元素组成
合物分子内各元素原子的最简整数比，确定其实验式
(2)实验式的测定步骤(李比希法)
(3)实验式(最简式)与分子式的关系：分子式＝(最简式)。
n
2．确定分子式
(1)原理
质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离
子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其分析后，得到它们的相对质量与
电荷数的比值，即质荷比。
(2)质谱图：以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标，根据记录结果所建立的坐标图。
如下图为某有机物的质谱图：从图中可知，该有机物的相对分子质量为46，即质荷比最大的数据就是样品分子的相对分子质量。
【归纳】有机物相对分子质量的求算方法
(1)标态密度法：根据标准状况下气体的密度，求算该气体的相对分子质量：M＝22.4×ρ。
r
(2)相对密度法：根据气体A相对于气体B的相对密度D，求算该气体的相对分子质量：M ＝D×M 。
A B
(3)混合物的平均相对分子质量：＝。
(4)读图法：质谱图中，质荷比最大值即为该有机物的相对分子质量。
二.有机物分子结构的确定
1．红外光谱
(1)原理：不同官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。
(2)作用：初步判断有机物中含有的官能团或化学键。
如分子式为C HO的有机物A有如下两种可能的结构：CHCHOH 或CHOCH ，利用红外光谱来测定，
2 6 3 2 3 3
分子中有O—H或—OH可确定A的结构简式为CHCHOH。
3 2
2．核磁共振氢谱
(1)原理：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，相应的信号在谱图上出现的
位置不同，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。
(2)作用：测定有机物分子中氢原子的类型和数目。
(3)分析：吸收峰数目＝氢原子的类型数，吸收峰面积比＝氢原子个数比。如分子式为C HO的有机物A的核磁共振氢谱如图，可知A中有3 种不同化学环境的氢原子且个数比为
2 6
3 ∶ 2 ∶ 1 ，可推知该有机物的结构应为CHCHOH。
3 2
3．X射线衍射
(1)原理：X射线是一种波长很短的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。
(2)作用：可获得分子结构的有关数据，如键长、键角等，用于有机化合物晶体结构的测定。
【方法点拨】
1．实验探究：重结晶法提纯含有少量氯化钠和泥沙杂质的苯甲酸。
已知：纯净的苯甲酸为无色结晶，熔点122 ℃，可用作食品防腐剂，苯甲酸微溶于水，在水中不同温度的
溶解度如下表：
温度/℃ 25 50 75
溶解度/g 0.34 0.85 2.2
提纯苯甲酸的实验步骤如下：
①观察粗苯甲酸样品的状态。
②将1.0 g粗苯甲酸放入100 mL烧杯，再加入50 mL蒸馏水。加热，搅拌，使粗苯甲酸充分溶解。
③用漏斗趁热将溶液过滤到另一个烧杯中，将滤液静置，使其缓慢冷却结晶。
④待滤液完全冷却后滤出晶体，并用少量蒸馏水洗涤。将晶体铺在干燥的滤纸上，晾干后称其质量。
⑤计算重结晶收率。
【例题1】苯甲酸是一种常用的食品防腐剂。某实验小组设计粗苯甲酸(含有少量NaCl和泥沙)的提纯方案
如下：
下列说法不正确的是
A．操作I中依据苯甲酸的溶解度估算加水量
B．操作Ⅱ趁热过滤的目的是除去泥沙和NaClC．操作Ⅲ缓慢冷却结晶可减少杂质被包裹
D．操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体
【答案】B
【分析】苯甲酸微溶于冷水，易溶于热水。粗苯甲酸中混有泥沙和氯化钠，加水、加热溶解，苯甲酸、
NaCl溶解在水中，泥沙不溶，从而形成悬浊液；趁热过滤出泥沙，同时防止苯甲酸结晶析出；将滤液冷却
结晶，大部分苯甲酸结晶析出，氯化钠仍留在母液中；过滤、用冷水洗涤，便可得到纯净的苯甲酸。
【详解】A．操作I中，为减少能耗、减少苯甲酸的溶解损失，溶解所用水的量需加以控制，可依据苯甲
酸的大致含量、溶解度等估算加水量，A正确；
B．操作Ⅱ趁热过滤的目的，是除去泥沙，同时防止苯甲酸结晶析出，NaCl含量少，通常不结晶析出，B
不正确；
C．操作Ⅲ缓慢冷却结晶，可形成较大的苯甲酸晶体颗粒，同时可减少杂质被包裹在晶体颗粒内部，C正
确；
D．苯甲酸微溶于冷水，易溶于热水，所以操作Ⅳ可用冷水洗涤晶体，既可去除晶体表面吸附的杂质离子，
又能减少溶解损失，D正确；
故选B。
2．谱图法在确定有机物分子结构中的应用
(1)核磁共振氢谱图中，峰的个数即氢原子的种类数，而峰面积之比为各类氢原子个数之比。
(2)可根据红外光谱图推知有机物分子中含有哪些化学键、官能团，从而确定有机物的结构。
(3)将X射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定。
3．确定有机物分子式(结构式)的一般思路【例题2】有机物M可从酸牛奶中提取。已知纯净的M为无色黏液体，易溶于水。研究M的组成与结构，
进行了如下实验，请根据实验步骤解释或得出实验结论：
(1)称取M 4.5g，升温使其汽化，测其密度是相同条件下H 的45倍。则M的摩尔质量为： 。
2
(2)将此4.5g M在足量纯O 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
2
2.7g和6.6g，则M的分子式为： 。
(3)通过M的红外光谱图发现该分子中既有羟基，还有羧基，则羟基电子式 。
(4)M的核磁共振氢谱如下图，M中含有 种氢原子。
(5)综上所述，M的结构简式为 。
(6)M易溶于水的原因 。
【答案】(1)90g/mol
(2)C HO
3 6 3
(3)
(4)4(5)
(6)M中含有羟基，可以和水形成分子间氢键，增大其溶解度
【分析】根据相同条件下密度比等于摩尔质量之比计算；产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分
别增重2.7g和6.6g，可知燃烧生成水、二氧化碳分别是2.7g和6.6g，根据元素守恒计算；羟基有1个没成
对电子；根据M的核磁共振氢谱图,可知M有4组峰，比值为1:1:1:3，以此解题。
【详解】（1）相同条件下，气体的密度比等于摩尔质量之比，所以摩尔质量是氢气的45倍，M的摩尔质
量是 =90g/mol；
（2）4.5gM在足量纯O 中充分燃烧生成水、二氧化碳分别是2.7g和6.6g，则n（HO）=
2 2
，n（CO）= ，则4.5gM 中含C、H、O的物质的量分别为
2
0.15mol、 、 ，C、H、O的物质的量之
比为1:2:1，摩尔质量是90g/mol，所以分子式为C HO；
3 6 3
（3）羟基的电子式 ；
（4）根据M的核磁共振氢谱图,可知M有4组峰，即有4种等效氢；
（5）根据M的核磁共振氢谱图,可知M有4组峰，即有4种等效氢，比值为1:1:1:3，通过M的红外光谱
图发现该分子中既有羟基，还有羧基，结合分子式可知含有1个羟基，1个羧基；综上所述，M的结构简
式为 ；
（6）根据M的结构可知，其中含有羟基，则M易溶于水的原因是：M中含有羟基，可以和水形成分子间
氢键，增大其溶解度。
【例题3】我国科学家屠呦呦因成功提取青蒿素获得诺贝尔奖，某实验小组拟提取青蒿素并测定其化学式。
【查阅资料】青蒿素为无色针状晶体，熔点156~157℃，分子中含有过氧键(―O―O―)具有热不稳定性。
易溶于乙醚，在水中几乎不溶。I．实验室用乙醚提取青蒿素的工艺流程如图：
(1)欲测定青蒿素的分子结构，应选用以下哪种化学分析仪器：___________。
A．质谱仪 B．红外光谱仪 C．核磁共振氢谱 D．X射线衍射
(2)在操作I前要对青蒿进行粉碎，其目的是 。为操作Ⅱ应选择以下 。
A．过滤 B．蒸馏 C．柱色谱分离 D．分液
(3)操作Ⅲ进行的是重结晶，其操作步骤为微热溶解→ → →过滤、洗涤、干燥。
Ⅱ．已知青蒿素是一种烃的含氧衍生物，为确定其化学式，又进行了如下实验：
实验步骤：
①连接装置，检查装置的气密性。
②称量E、F中仪器及药品的质量
③取14.10g青蒿素放入硬质试管C中，点燃C、D处酒精灯加热，充分燃烧
④实验结束后冷却至室温，称量反应后E、F中仪器及药品的质量
(4)装置E装入的药品为 ，为减小实验误差可在F后加装盛 的装置。
(5)实验测得：
装置 实验前 实验后
E 24.00g 33.90g
F 100.00g 133.00g
通过质谱法测得青蒿素的相对分子质量为282，结合上述数据，得出青蒿素的分子式为 。
【答案】(1)D
(2)增大青蒿与乙醚的接触面积，提高浸出效率 B
(3)趁热过滤 冷却结晶
(4)无水氯化钙(五氧化二磷、硅胶) 碱石灰(5)C H O
15 22 5
【详解】（1）测定分子的空间结构最普遍的方法是X射线衍射法可以看到微观结构，可以测定晶体的晶
胞参数，从而确定分子的结构，故选D；
（2）根据乙醚浸取法的流程可知，操作I前对青蒿进行干燥破碎，可以增大青蒿与乙醚的接触面积，提高
青蒿素的浸取率；提取液经过蒸馏后可得青蒿素的粗品，故选B；
（3）重结晶的步骤为加热溶解、趁热过滤、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（4）E和F一个吸收生成的HO，一个吸收生成的CO，应先吸水后再吸收CO，所以E内装的无水
2 2 2
CaCl 或硅胶或PO，需准确测量青蒿素燃烧生成的CO 和HO，实验前应排除装置内的空气，防止干扰实
2 2 5 2 2
验，故应在左侧增加除去空气中二氧化碳、水蒸气的除杂装，同时在右侧增加防止空气中二氧化碳、水蒸
气进入装置F的装置，可在F后加装盛碱石灰的装置；
