波谱学与结构测试试题(2017)及答案

波谱学与结构测试试题（2014）

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一液体NMR

1．对1H和13C而言TMS 是常用的参考物质，它溶于大部分有机溶剂，惰性，易挥发，并有12 个等性的1H核和 4 个等性的13C核。

2．在实验中要想把碳谱中的CH3、CH2、CH区分开来需要做哪2个谱图？要想得到分子间空间相互靠近的信号，应该做哪种二维谱图可以得到？

3．下图为某化合物的1H NMR谱和13C NMR谱，请确定该化合物名称。

二电子自旋共振ESR

1. ESR的研究对象是什么? 什么是ESR现象?

答：(1)在化学领域中，ESR的研究对象主要有以下几类：

a.自由基

自由基是指在分子中含有一个未成对电子的物质。

b.双基（briadical）或多基（polyradical）

在一个分子中含有两个或两个以上的未成对电子化合物，并且这些未成对电子相距较远，彼此间相互作用很弱，所以其性质就像两个或多个仅有微弱相互作用的自由基。

c.三重态分子（triplet molecule）

这种化合物在分子轨道中含有两个未成对电子，但与双基不同的是，这两个电子相距很近，彼此间有很强的相互作用。三重态分子有两类：

①分子本身就是三重态分子，例如氧分子

②在光和热的激发下由原来的逆磁性分子变成顺磁性的三重态分子。

d.过渡金属离子和稀土离子

过渡金属离子：未充满的3d, 4d, 5d 电子壳层稀土离子：未充满的4f,5f 电子壳层

e.固体中的晶格缺陷

一个或多个电子（或空穴）陷落在缺陷中或其附近，形成一个具有单电子的物质。例如，F心，V心。

f.其他体系

含有奇数电子的原子，以及含有单电子的分子等。

(2)电子自旋共振现象，也称为电子顺磁共振

2.电子自旋共振的条件是什么?

答：顺磁性物质分子中未成对电子在直流磁场作用下产生能级分裂，如果在垂直于磁场的方向上施加频率为υ的电磁波，当满足下面的条件：

hυ＝gβH

一部分能级低的电子吸收电磁波能量跃迁到高能级中。

3. 在什么情况下ESR谱出现超精细结构?

答：未成对电子与磁性核之间有磁相互作用，称为超精细相互作用。由此产生许多谱线，称为超精细结构(hfs)。核的自旋运动可以用核自旋量子数I表征，即：μn=+g nβn I

其中，μn：核磁矩 g n：核的g因子βn：核磁子，βn＝βe /1836

4. 什么是g因子？如何在ESR谱中使用绝对测量方法计算g因子，请写出计算公式，以及公式中各个常量的数值及单位。

答：g因子在本质上反映了分子内部局部磁场的特征,它是提供分子结构信息的一个重要参数.通过g因子的测量，有助于了解信号来源和磁性粒子的性质。

由共振条件

hυ＝gβH，可知：

g=hυ/βH

对于自由电子，只具有自旋角动量而无轨道角动量，ge＝2.0023。

根绝对测量方法：据共振条件hυ= g βH 可知， g=hυ/βH 其中，υ微波频率9.78 x109Hz，h=6.626 x 10-27尔.秒，β=9.274 x 10-21尔/高斯，H谱

线位置的磁场强度

5. g 因子的大小与自旋体系相对于外磁场的方向是否有关？请举例

g 因子的大小与自旋体系相对于外磁场的方向有关，由gxx ， gyy ， gzz 表示

(1) 对称结构

①如在八面体,立方体等高度对称的体系中,则gxx = gyy = gzz

②如顺磁性物质在低黏滞性的溶液中，分子快速翻滚，g 的各向异性

被平均掉，即g 因子表现为各向同性，则g 平均 = 1/3 (gxx + gyy +

gzz )

(2) 轴对称结构

如果分子含有一个n 重对称轴，此时，对称轴为z ，而x 与y 相同，

即g xx = g yy ≠g zz 通常，用g ∥ 代表平行与对称轴z 的g 因子，即，g

∥＝ g zz 用g ⊥ 代表垂直于此轴的g 因子此轴的g 因子，

即，g ⊥＝ g xx = g yy

(3) 非轴对称结构

对于更低的对称体系, 不含三重或多重对称轴,g 因子在X,Y,Z 方向的

主值都不相同.即g xx ≠g yy ≠g zz

6. 未成对电子和磁性核之间的超精细相互作用有几种？分别是什么？

答：未成对电子和磁性核之间的超精细相互作用有两种：偶极-偶极相互作用、费米接触超精细相互作用

7.请画出含有一个未成对电子和一个磁性核的体系的能级图？写出每个能级

的能量算式。并根据ESR选择定则，计算出可发生跃迁能级的能级差。答：①含有一个未成对电子和一个I=1/2核的体系体系中自旋算符的本征值Ms=±1/2，的本征值MI=±1/2。所以，体系有4个自旋态：

（1/2,1/2)(1/2,-1/2)(-1/2,1/2)(-1/2,-1/2)

能级图：

体系的能量为：

即，

根据ESR选择定则ΔM s = ±1 ΔM I = 0

符合这一选择定则的只有E1 ↔E 4E 2 ↔E3

能级差:ΔE1,4 = E1 –E4

=½βH +a/4 –(-½βH -a/4)

= g βH + a/2

ΔE2,3 = E2 –E3

= ½βH -a/4 –(-½βH +a/4)

= g βH -a/2

根据这一选律，只能产生两条谱线，即

令

仅为单位变换，的单位为尔格，的单位为高斯，所以也是各向同性超精细偶合常数。则：

整理上式:

H0{ H0 = H1+ a / 2H0 = H2-a / 2 }

两条hfs的磁场位置:

H1 = H0-a / 2

H2 = H0+ a / 2

a的绝对值:

|a | = | H1–H2|

②含有一个未成对电子和一个I=1核的体系

体系中自旋算符的本征值Ms=±1/2，的本征值MI=0,±1。所以，体系有6

个自旋态：

(1/2,1)(1/2,0)(1/2,-1)(-1/2,-1)(-1/2,0)(-1/2,1)

相应的能量为：

画能级图: