Question

10．利用核磁共振技術測定有機物分子的三維結構的研究獲得了2002年諾貝爾化學獎．在有機物分子中，不同位置的氫原子的核磁共振譜中給出的峰值（信號）也不同．根據(jù)峰值（信號）可以確定有機物分子中氫原子的種類和數(shù)目．
（1）下列分子中，其核磁共振氫譜中只有一種峰（信號）的物質是AD．
A．CH₃CH₃   B．CH₃COOH C．CH₃COOCH₃     D．CH₃COCH₃
（2）化合物A和B的分子式都是C₂H₄Br₂，A的核磁共振氫譜如圖所示，則A的結構簡式為CH₂BrCH₂Br，請預測B的核磁共振氫譜上有2個峰（信號）
（3）某有機化合物僅由碳、氫、氧三種元素組成，經測定其相對分子質量為90．稱取該有機物樣品1.8g，在足量純氧中完全燃燒，將產物先后通過濃硫酸和堿石灰，兩者分別增重1.08g和2.64g．
①試求該有機物的分子式C₃H₆O₃（要有計算過程）．
②該有機物通過紅外光譜測得含有羧基和羥基官能團，其核磁共振氫譜中有4種峰，峰面積之比為3：1：1：1，試寫出該有機物的結構簡式CH₃CH（OH）COOH．

Answer 1

分析 （1）核磁共振氫譜中峰值數(shù)等于有機物中氫原子的種類數(shù)，核磁共振氫譜中只給出一種峰，說明該分子中的H原子都是等效的，只有1種H原子；
（2）由A的核磁共振氫譜可知，分子中只有一種H原子，A分子中2個Br原子連接不同的碳原子，B與A互為同分異構體，B分子中2個Br原子連接在同一碳原子上，結合分子中H原子種類判斷核磁共振氫譜圖的特征峰值；
（3）濃硫酸增重為燃燒生成水的質量，堿石灰增重為生成二氧化碳的質量，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算有機物、水、二氧化碳的物質的量，再根據(jù)原子守恒計算分子中C、H原子數(shù)目，結合相對分子質量可計算O原子個數(shù)，進而確定分子式，結合含有的官能團與核磁共振氫譜確定結構簡式．

解答 解：（1）核磁共振氫譜中只給出一種峰，說明該分子中的H原子都是等效的，只有1種H原子．
A．CH₃CH₃中6個H原子都是等效的，核磁共振氫譜中只給出一種峰，故A正確；
B．CH₃COOH中甲基中的H原子與羧基中的H原子所處化學環(huán)境不同，CH₃COOH有2種H原子，核磁共振氫譜中有2個峰，故B錯誤；
C．CH₃COOCH₃中甲基所處化學環(huán)境不同，甲基H原子不同，有2種H原子，核磁共振氫譜中有2個峰，故C錯誤；
D．CH₃COCH₃中2個甲基連在同一個羰基上，6個H原子都是等效的，核磁共振氫譜中只給出一種峰，故D正確，
故選：AD；
（2）由A的核磁共振氫譜可知，分子中只有一種H原子，A分子中2個Br原子連接不同的碳原子，故A的結構簡式為CH₂BrCH₂Br，B與A互為同分異構體，B分子中2個Br原子連接在同一碳原子上，B為CH₃CHBr₂，分子中有2中H原子，故核磁共振氫譜圖有2個峰；
故答案為：CH₂BrCH₂Br；2；
（3）①有機物的物質的量為$\frac{1.8g}{90g/mol}$=0.02mol，n（H₂O）=$\frac{1.08g}{18g/mol}$=0.06mol，n（CO₂）=$\frac{2.64g}{44g/mol}$=0.06mol，所以有機物分子中N（C）=$\frac{0.06mol}{0.02mol}$=3、N（H）=$\frac{0.06mol×2}{0.02mol}$=6，又因為有機物分子量為90，則有機物中N（O）=$\frac{90-12×3-6}{16}$=3，故有機物分子式為C₃H₆O₃，
故答案為：C₃H₆O₃；
②該有機物通過紅外光譜測得含有羧基和羥基官能團，其核磁共振氫譜中有4種峰，峰面積之比為3：1：1：1，有機物的結構簡式為CH₃CH（OH）COOH，故答案為：CH₃CH（OH）COOH．

點評 本題考查核磁共振氫譜、同分異構體的書寫、有機物分子式與結構式的確定，難度不大，清楚磁共振氫譜與有機物中氫原子的種類關系，側重于學生分析能力和計算能力的考查，題目難度不大．