Question

18．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．
Ⅰ．现对该物质进行研究，以测得其结构．
（1）取柠檬酸19.2 g，在氧气中完全燃烧，产生CO₂和H₂O分别为26.4 g和7.2 g，通过计算，可获得柠檬酸的实验式为C₆H₈O₇．
（2）进行质谱分析，可获得柠檬酸的相对分子质量为192，则其分子式为C₆H₈O₇．
（3）利用红外光谱分析可知柠檬酸分子中含有-COOH和-OH．
（4）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．
Ⅱ．柠檬酸与有机物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．写出A可能的结构简式CH₃CH₂OH或HCOOH．

Answer 1

分析 I．（1）计算CO₂和H₂O的物质的量，再计算n（C）、n（H），根据质量守恒计算有机物中氧元素质量，进而计算n（O），根据C、H、O原子数目之比确定柠檬酸的实验式；
（2）由相对分子质量，结合实验式确定分子式；
（3）利用红外光谱分析确定含有的官能团或基团；
（4）核磁共振氢谱分析发现有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结构简式；
Ⅱ．（4）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，然后判断A可能的结构简式．

解答 解：（1）n（CO₂）=$\frac{26.4g}{44g/mol}$=0.6mol，则n（C）=0.6mol，m（C）=0.6mol×12g/mol=7.2g，
n（H₂O）=$\frac{7.2g}{18g/mol}$=0.4mol，则n（H）=0.8mol，m（H）=0.8mol×1g/mol=0.8g，
根据质量守恒可知，柠檬酸中氧原子质量为：m（O）=19.2g-7.2g-0.8g=11.2g，则n（O）=$\frac{11.2g}{16g/mol}$=0.7mol，
则柠檬酸分子中n（C）：n（H）：n（O）=0.6mol：0.8mol：0.7mol=6：8：7，
故柠檬酸酸的实验式为C₆H₈O₇，
故答案为：C₆H₈O₇；
（2）柠檬酸的相对分子质量为192，实验式为C₆H₈O₇，实验式的相对分子质量为192，故实验式为柠檬酸的分子式，
故答案为：C₆H₈O₇；
（3）利用红外光谱分析NB酸分子中含有-COOH和-OH，
胡答案为：红外光谱；
（4）柠檬酸分子式为C₆H₈O₇，不饱和度=$\frac{6×2+2-8}{2}$=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，连接同中间碳原子上，故柠檬酸的结构为，
故答案为：；
（4）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，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A可能为羧酸或醇类，若A为醇，分子量为46的醇为乙醇，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，
故答案为：CH₃CH₂OH或HCOOH．

点评 本题考查有机物分子式与结构简式的确定，题目难度中等，注意掌握确定有机物分子式方法，（3）中结构简式的书写为易错点、难点，注意根据红外光谱可知不含碳碳不饱和键．