师：同学们好，这节课我们学习选择性必修三《有机化学基础》第一章第二节“研究有机化合物的一般方法”的第三课时——确定分子结构。本节课的学习目标有三点：一是了解现代仪器分析在有机化合物组成和结构分析中的作用；二是能依据波谱分析数据推断简单有机化合物的分子结构；三是结合给定信息设计实验或分析实验数据，培养信息提取能力，发展证据推理意识。
金银花是我国药用历史悠久的植物，在治疗感冒、咳嗽、咽炎的中药药方中经常出现。从金银花中提取的活性成分绿原酸，通过各种实验和先进仪器分析，已经确定其分子式为(C_{16}H_{18}O_{9})。那么，要如何确定它的分子结构呢？
确定有机化合物分子式后，确定分子结构的一般流程为：先算不饱和度，用不饱和度推测可能具有的化学键类型；再结合官能团的特征反应进行化学性质实验，或者通过分析仪器、分析谱图进行官能团的鉴定，确定官能团的种类、数目以及在分子骨架中的位置，最终确定有机分子结构。
饱和链烃可以看作在两个氢原子之间插入碳原子，每加多一个饱和碳原子，同时要引入两个氢原子。所以，饱和链烃中氢原子数等于两倍碳原子数加(2)。以饱和有机物为基础，每缺少两个氢原子，就产生一个不饱和度。仅含碳、氢、氧元素的有机物分子的不饱和度等于（两倍碳原子数 + (2) - 氢原子数）÷ (2) 。
如右图所示，分子的不饱和度与分子结构间存在一定的关系：若不饱和度等于(0)，分子是饱和链状结构；若不饱和度等于(1)，分子中有一个双键或一个环；若不饱和度等于(2)，分子中有两个双键或一个三键或一个双键和一个环或两个环，以此类推；若不饱和度过大于等于(4)，说明分子中很可能有苯环。
按公式计算出绿原酸分子的不饱和度为(8)，可能有苯环等不饱和结构。通过提供的官能团特征反应信息和实验资料数据，请同学们按下暂停键思考，如何确定绿原酸分子中有几个羧基和几个羟基数。
从原理方程看，(1)摩尔羧基能得到(1)摩尔二氧化碳。资料数据显示，(1)摩尔绿原酸与足量的碳酸氢钠溶液反应恰好得到(1)摩尔二氧化碳，说明绿原酸中只有一个羧基。(1)摩尔羧基或羟基与金属钠反应可以得到半摩尔氢气，资料数据显示(1)摩尔绿原酸可以得到(3)摩尔氢气，所以(1)摩尔绿原酸中羧基和羟基数总共有(6)摩尔，即分子中有(5)个羟基数。
绿原酸分子的饱和度为(8)，很可能有苯环结构。显色反应信息提示，我们可以设计简单的试管实验，通过颜色变化来判断绿原酸的分子是否存在苯环以及苯环上邻位的羟基。配置好绿原酸和氯化铁、硫酸铜溶液，取溶液于试管中，向氯化铁溶液中滴加一滴绿原酸溶液，试管中的溶液立即由黄色转化为深绿色；向硫酸铜溶液中滴加几滴氢氧化钠溶液，试管中的溶液立即由蓝色转化为亮绿色，说明绿原酸分子中有苯环，苯环上有处于邻位的羟基。
向绿原酸溶液中加入少量溴水，振荡反应后加入四氯化碳振荡萃取，四氯化碳层显无色。同学们可以按下暂停键，结合官能团的特征反应信息思考：这一现象能否说明绿原酸中有碳碳双键或碳碳三键？
四氯化碳层显无色，说明溴分子被耗尽。从这个流程图我们可以清晰地看出，有两种可能的原因，无法判断是由哪种原因造成的。因此，我们无法判断绿原酸分子中是否有碳碳双键或者碳碳三键。结合前面的实验部分，不饱和度可以归属于苯环(4)个，羧基(1)个，还有(3)个不饱和度无法确定，需要借助仪器分析方法来确定。
我们在物质结构的学习中已经掌握了一些仪器分析方法。首先，我们来回顾已经学习过的红外光谱法的基本原理：有机化合物受到红外光照射的时候，能吸收与它某些化学键或官能团的振动频率相等的红外线，通过红外光谱仪进入到谱图上呈现吸收峰，形成该有机化合物的红外光谱图。不同的化学键或官能团的吸收频率不同，因此，分析有机化合物的红外光谱图可以获得分子中所含有化学键或官能团的信息。
下面我们将通过例题带领大家用红外光谱图初步推测未知有机物(A)的结构。
大家先看题。先计算出(A)的不饱和度为(0)，说明(A)中无双键，只有单键，是饱和结构。符合题中所给分子式的结构有乙醇或二甲醚两种可能。乙醇中含有碳氢键、碳碳单键、碳氧键和羟基；二甲醚中含有碳氢键和碳氧键。从谱图上标出的化学键或官能团信息可知(A)中一定含有羟基，所以(A)应该为乙醇。
接下来我们用练习来巩固和检验一下用红外光谱确定有机结构这一技能。
首先计算不饱和度为(0)，可以确定可能结构中只有单键。看红外光谱图上标注的信息，含有醚键而没有羟基，排除(B)；谱图上标出存在甲基和亚甲基，排除(D)；(A)和(C)结构均能满足谱图上标出的基团或官能团，所以答案为(AC)。这也说明仅靠红外光谱有些时候不能准确确定有机物分子结构，需要采用更多的仪器分析方法。
接下来我们学习一种全新的仪器分析方法——核磁共振氢谱法。其原理是基于氢原子具有磁性。如果用电磁波照射含氢元素的化合物，其中的氢核会吸收特定频率电磁波的能量而产生核磁共振现象。处于不同化学环境的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图中出现的位置不同，具有不同的化学位移。有几组吸收峰说明有机物分子中有几种不同类型的氢原子，各组吸收峰的面积与氢原子数成正比。
下面我们将通过例题向大家演示如何用核磁共振氢谱帮助确定有机物分子结构。
大家先看题，从原理上我们也可以看出核磁共振氢谱读谱有两个技巧：第一，看峰数目，有几组峰就说明有机分子中有几类氢原子；第二，看各组峰面积之比，它等于不同环境的氢原子个数比。
先看左图，有三组峰，表明有三种等效氢原子，峰面积之比(3 : 2 : 1)，推出氢原子个数比是(3 : 2 : 1)，因此它对应乙醇。再看右图，只有一组核磁共振信号峰，说明该分子只有一种等效氢原子，它对应二甲醚。所以有机物(A)为乙醇，有机物(B)为二甲醚。
有机分子中化学环境位置等同的氢原子，我们把它叫等效氢。显然，有多少种等效氢，核磁共振氢谱中就有多少组峰。如果已知有机物分子结构，可以通过三条简单的原则去判断等效氢的种类，从而预测核磁共振氢谱中谱峰的种类：一是同一碳原子上氢原子等效；二是同一碳原子上所连甲基上的氢原子等效；三是处于对称位置上的氢原子等效。掌握等效氢的判断可以帮助我们从理论上预测和实际谱峰对比，缩小可能的分子结构的范围，为综合判断提供支持。
下面我们通过一些练习来判断有机物等效氢原子的种类和数目。