Question

【题目】已知在柑橘、柠檬等水果中含有柠檬酸，且已知柠檬酸中只含C、H、O三种元素。取柠檬酸19.2g，在氧气中完全燃烧，产生CO2和H2O分别为26.4g和7.2g，现对该物质进行质谱分析，可获得柠檬酸的相对分子质量为192，利用红外光谱分析可知柠檬酸分子中含有﹣COOH和﹣OH。请回答：

(1)通过计算，可获得柠檬酸的分子式为_____。

(2)再利用核磁共振氢谱分析发现有4个吸收峰，其峰面积之比为4：2：1：1．综合以上信息，写出柠檬酸的结构简式_____。

(3)柠檬酸与有机物C在一定条件下发生酯化反应可生成一种相对分子质量为220的酯类物质。写出C所有可能的结构简式_____。

Answer 1

【答案】C6H8O7 CH3CH2OH（或HCOOH）

【解析】

(1)根据一定量的有机物燃烧产生CO2、H2O的质量计算其中含有的C、H两种元素的质量，并根据有机物的质量与C、H两种元素的质量和关系判断是否含有O元素、及其质量多少，得到物质的最简式，利用最简式的式量与物质分子式的相对分子质量关系确定物质的分子式；

(2)根据柠檬酸分子的核磁共振氢谱有4个吸收峰，说明柠檬酸分子中有4中化学环境不同的H原子，峰面积之比等于H原子数目之比，结合有机物分子式与含有的官能团确定柠檬酸的结构；

(3)根据柠檬酸的相对分子量及生成酯类物质的相对分子量确定A的分子量，再判断A可能的结构简式。

(1) 19.2g柠檬酸完全燃烧产生的产物中，26.4gCO2中含有的C元素的物质的量n(C)=n(CO2)==0.6mol，m(C)=0.6mol×12g/mol=7.2g；7.2g水中含有的H元素的物质的量n(H)=2n(H2O)=2×=0.8mol，m(H)=0.8mol×1g/mol=0.8g，m(O)=19.2g-7.2g-0.8g=11.2g，所以n(O)==0.7mol，n(C)：n(H)：n(O) =0.6：0.8：0.7=6:8:7，所以最简式是C6H8O7，式量为192，由于该物质相对分子质量是192，所以物质的结构简式就是物质的分子式，因此该物质分子式是C6H8O7；

(2)柠檬酸分子式为C6H8O7，不饱和度=(6×2+2-8)÷2=3，红外光谱分析柠檬酸分子中含有﹣COOH和﹣OH，则分子中含有3个﹣COOH和1个﹣OH，剩余碳链有3个碳原子，分子中有4种化学环境不同的H原子，H原子数目分别为4、2、1、1，其分子中不含甲基，其中2个﹣COOH处于相同化学环境，故含有2个CH2且化学环境相同，另外的﹣COOH与﹣OH，连接同一中间碳原子上，故柠檬酸的结构简式：；

(3)柠檬酸的相对分子量为192，与有机物A在一定条件下发生酯化反应可生成一种相对分子质量为220的酯类物质，酯的分子量增加了：220-192=28，因此只能形成1个酯基，则A的相对分子量为：220+18-192=46，柠檬酸中含有官能团羧基和羟基，则物质A的类别可能为羧酸或醇类，若A为醇，相对分子质量为46的醇是乙醇，结构简式为：CH3CH2OH；若A为羧酸，相对分子量为46的羧酸为甲酸，其结构简式为：HCOOH。