第十章 红外光谱法习题解答

第十章 红外光谱法习题解答

第十章 红外光谱法习题解答1. 产生红外吸收的条件是什么?是否所有的分子振动都会产生红外吸收光谱?为什 么? 解:条件:激发能与分子的振动能级差相匹配,同时有偶极矩的变化. 并非所有的分子振动都会产生红外吸收光谱,具有红外吸收活性,只有发生偶极 矩的变化时才会产生红外光谱. 2.以亚甲基为例说明分子的基本振动模式. 解:( 1) 对称与反对称伸缩振动:H H H H

C as

C s

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(2) 面内弯曲振动:

H

H

H

H

C (剪 式 ,

C (摇 摆 ,

(3)面外弯曲振动:H H H H

C (摇 摆 ,

C (扭 曲 , )

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3. 何谓基团频率? 它有什么重要用途?

解:与一定结构单元相联系的振动频率称为基团频率,基团频率大多集中在4000-1350 cm-1,称为基团频率区，基团频率可用于鉴定官能团.

4.红外光谱定性分析的基本依据是什么？简要叙述红外定性分析的过程.

解：基本依据：红外对有机化合物的定性具有鲜明的特征性，因为每一化合物都 有特征的红外光谱，光谱带的数目、位置、形状、强度均随化合物及其聚集态的 不同而不同。定性分析的过程如下： (1) 试样的分离和精制；(2)了解试样有关的资料；(3)谱图解析；(4)与标准谱图对 照;(5)联机检索

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5.影响基团频率的因素有哪些? 解:有内因和外因两个方面.内因: (1)电效应,包括诱导、共扼、偶极场效应；(2)氢键；(3)振动耦合；(4) 费米共振；(5)立体障碍；(6)环张力。 外因：试样状态，测试条件，溶剂效应，制样方法等。

6. 何谓指纹区？它有什么特点和用途？

解：在IR光谱中，频率位于1350-650cm-1的低频区称为指纹区.指纹区的主要 价值在于表示整个分子的特征，因而适用于与标准谱图或已知物谱图的对照， 以得出未知物与已知物是否相同的准确结论，任何两个化合物的指纹区特征都 是不相同的.

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7. 将800nm换算为(1)波数；(2)mm单位.解:

/ cm

1

10

7

/ nm3

10 / 800 125007

/ m m 800 / 10 0 . 8

8.根据下列力常数k数据，计算各化学键的振动频率(cm-1). (1)乙烷C-H键，k=5.1N.cm-1;(2)乙炔C-H键，k=5.9N.cm-1; (3)乙烷C-C键，k=4.5N.cm-1; (4)苯C-C键，k=7.6N.cm-1; (5)CH3CN中的C≡N键， k=17.5N.cm-1

(6)甲醛 C-O键，k=12.3N.cm-1; 由所得计算值，你认为可以说明一些什么问题？

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解：(1)ethane C-H bond: M N1/ 2 A

k M ,N1/ 2 A

2 c

M 1M 2 M1 M 2

/ 2 c 4 . 1223 10

6 . 023 10

5 . 1 10 0 . 9237

5

2 3 . 14159 2 . 998 10

3061 cm

1

(2) Acetylene C-H bond 同上，M=12x1/(12+1)=0.9237, =3292cm-1. (3)Ethane C-C bond.

M=6, =1128cm-1(4)Benzene C-C bond =1466cm-1

(5) CH3CN, C≡N, = 2144cm-1

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(6) Formaldehyde C-O bond, = 1

745 cm-1 从以上数据可以看出，由于H的相对分子质量较小，所以C-H键均出现在高频区， 而由同类原子组成的化学键，力常数越大，频率越高，同一类化合键振动频率相 近，但在不同化合物中会有所区别.

9.氯仿(CHCl3)的红外光谱说明C-H伸缩振动频率为3100cm-1,对于氘代氯仿 (C2HCl3),其C-2H振动频率是否会改变？如果变化的话，是向高波数还是低波数位 移？为什么？

解：由于1H,2H的相对原子质量不同，所以其伸缩振动频率会发生变化. CHCl3中，M=12x1/(12+1)=0.9237 C2HCl3中.M=12x2/(12+2)=1.714,

由于 与M平方根成反比，故氘代氯仿中，C-2H键振动频率会向低波数位移.

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OH

O

10.

和

是同分异构体，如何应用红外光谱检测它们？

解：后者分子中存在-C=O,在1600cm-1会有一强吸收带，而前者则无此特征 峰.

11.某化合物在3640-1740cm-1区间，IR光谱如下图所示.该化合物应是氯苯(I),苯 (II), 或4-叔丁基甲苯中的哪一个？说明理由.

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解：应为III, 因为IR中在1740-2000cm-1之间存在一个双峰，强度较弱，为对位双 取代苯的特征谱带，而在2500-3640cm-1之间的两个中强峰，则为CH3-对称与不 对称伸缩振动的特征谱带.