04第四章 红外分光光光度法-习题

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• 4 解：间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯
主要吸收峰来源：
单核芳烃的C=C伸缩振动出现在1600cm-1和1500cm-1，有24个峰，是芳环的骨架振动，用于确认有无芒核的存在。
C-H面外和C=C面内变形振动的泛频吸收，强度很弱，其
吸收面貌表征芳核取代类型。 1700cm-1~2000cm-1
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• 8．某化合物分子式为C5H8O，有下面的红外吸收
带：3 020 ，2 900，1 690和1 620 cm-1；在紫外区，
它的吸收峰在227nm处（=104）。试提出一个结
构，并说明它是否是唯一可能的结构。
• 9. 下面两个化合物中哪一个νC=O吸收带出现在较
高频率，为什么？(左：a; 右：b)
1 5 105 (2.0 0.34) 1023 10 2 3.14 3 10 2.0 0.341046 2199 cm1
(或2225cm-1)
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• 3．指出以下振动在红外光谱中是活性的还 是非活性的 • 分 子 振 动 • （1）CH3一CH3 C―C伸缩振动 • （2）CH3一CC13 C―C伸缩振动 • （3）SO2 对称伸缩振动 • （4）CH2=CH2 C―H伸缩振动
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O
• 6 答：丙酮
CH3-C-CH3
wenku.baidu.com
若是醛，在2700cm-1与2800cm-1 处应该有两个强C-H吸收峰．
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7．下面两个化合物的红外光谱有何不同？
O
( a)
CH2－NH2
(b)
CH3－C－N(CH3)2
• 答：红外光谱不同点： (a)3300 cm-1，N-H伸缩振动（宽且强），CH2-伸缩 振动峰，苯环骨架振动峰(1600 cm-1附近)，一取 代指纹峰(770~730, 710~690cm-1) (b)1680cm-1, C=O强伸缩振动峰，甲基的伸缩振动 峰(2928 cm-1) ，1375 cm-1甲基的对称弯曲振动。
基，因此可排除它是羰基化台物的可能性．
• (3)在3400cm-1附近有一强而宽的吸收带，说明是
OH的伸缩振动带，在1050cm-1左右有一强吸收带， 证明是伯醇．
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• (4)1600, 1500及1450cm-1附近有三个尖锐的吸收带， 且1500cm-1强于1600cm-1处的带，1600cm-1附近又 分裂成两个带．以上事实不仅说明苯环的存在， 也证实苯环与π—不饱和体系共扼，这与不饱和度 为5完全吻合． • (5)在700和750cm-1处有两个吸收带，证明是一元 取代苯． • (6)1380cm-1处无吸收，说明不存在甲基． • 综上所述，此化合物的结构式是： C6H5-CH=CH-CH2-OH
第四章
红外分光光光度法
(书后习题参考答案)
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• 1．CO的红外光谱在2 170cm-1处有一振动 吸收峰．问 （1）CO键的力常数是多少？ （2）14CO的对应峰应在多少波数处发生吸 收？ 解：碳原子的质量
12 23 mC 2 . 0 10 g 23 6.022 10
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图 各种基团的吸收频率的分布
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图 各种基团的吸收频率的分布
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典型取代苯的特征吸收频率
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• 又如用拉曼光谱和红外吸收光谱法研究1,4二氧杂环己烷(下图)时，在1220cm-1处有一 较强拉曼散射信号．但没有红外吸收信 号．此信号是由C-O-C对称仲缩振动引起的， 反之，在620cm-1只有红外吸收信号，却没 引拉曼吸收，这是由C-O-C不对称伸缩振动 引起的． • 可见拉曼光谱是研究分子极化率的变化， 分子中电子云相对于骨架的移动越大，极 化率越大，拉曼散射越强．
16 23 mO 2 . 6 10 g 23 6.022 10
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氧原子的质量
• (1) 2170 cm1
mC mO k (2c ) mC mO
2
1 2c
k ( mC mO ) mC mO
(2 3.14 3 1010 2170 ) 2 2 2.6 1046 (2 2.6) 1023
或
mC mO mC mO 2 1 mC mO mC mO
14 12 14 12
2080cm
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• 2．已知C―H键的力常数为5N/cm，试计算 C―H键伸展振动的吸收峰在何波数？若将 氘（D）置换H，C―D键的振动吸收峰为多 少波数． • 解：C-H键：k=5N· cm-1=5.0×105dyn· cm-1 碳原子的质量：mC=2.0×10-23g, 氢原子的质量： 氘原子的质量：
（Rayleigh）散射光，另外在其两侧对称分布有 强度较弱的频率不同于入射光的散射光，称之为 拉曼（Raman）光。这种现象称为拉曼散射．其 中频率较低的称为斯托克斯（Stokes）线，频率
较高的称为反斯托克斯线 (anti-Stokes)。
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• 14. 下述分子的振动各具有什么活性（红外、
CHO
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(CH3)2N －
CHO
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O
• 8 答： CH3-C-CH=CH-CH3
• 9 答：
否
(a)化合物的羰基吸收带出现在较高频率．
N原子提供孤对电子，与苯环、C=O 形成大π键，中介效应．
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• 10. 举例说明分子的基本振动形式。 • 答：
CO2和H2O的振动模式
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• 拉曼光谱与红外吸收光谱的比较
拉曼光谱与红外吸收光谱产生的机理有本质 的差别．拉曼光谱是由于分子对入射光的散射引 起的，而红外吸收光谱则是分子对红外光的吸收 而产生的．但两者都属于分子光谱，都用来研究 分子的振动．红外吸收光谱法用来研究会引起偶 极矩变化的极性基团和非对称性振动；拉曼光谱 法则用来研究会引起分子极化率变化的非极性基 团和对称性振动．极化率大小表示改变分子中电 子云分布的难易程度．
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1 23 mH 0.17 10 g 23 6.022 10
2 23 mD 0 . 34 10 g 23 6.022 10
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由
1 k (m1 m2 ) 2c m1 m2
得
1 5 105 (2.0 0.17) 1023 10 2 3.14 3 10 2.0 0.17 1046 2996 cm1 (或3032cm-1)
=18.6×105 dyn· cm-1(g· s-2)=18.6N· cm-1 采用米千克秒单位制，结果为1860N· m-1
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14 23 mC 2.3 10 g 23 6.022 10
1 18.6 105 (2.3 2.6) 1023 10 2 3.14 3 10 2.3 2.6 1046 2071 cm1
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• 一个光子所具有的电场不足以引起电子跃 迁，但却能使分子的电子云发生形变．因 此拉曼光谱最适合于研究由相同原子组成 的分子的非极性键，如C—C、N—N、S— S等的振动，以及对称分子，如CS2的骨架 振动． • 下图说明了拉曼光谱与分子光谱极化率的 关系．
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H C C H
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H H
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• （5）CH2=CH2
C―H伸缩振动
H C C H H H
• （6）CH2=CH2
H C C H
CH2摆动
H H
• （7）CH2=CH2
H C C H
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CH2扭曲振动
H H
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• 3 解：非红外活性：(1), (5), (7)
红外活性：(2), (3), (4), (6) 依振动时有无偶极矩变化判断
征红外吸收的频率范围和吸收峰，称这些能
用于鉴定原子基团存在并有较高强度的吸收
峰为特征峰，其相应的频率称为特征频率或
基团频率。
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• “指纹区”：在1300 cm-1～600 cm-1 （7.7m~16.7m）范围的光谱区，分子构型和结 构的微小差别，都可引起吸收峰分布的明显改变。 这一区域内的光谱对于分子来说就好像“指纹” 对人一样，具有各自独特的特征。 • 基团频率：有一定的范围，吸收峰较强，用于鉴 定原子基团的存在．
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• 4．下面三个图形（图4-20）分别为二 甲苯的三种异构体的红外光谱图。请
说明各个图形分别属于何种异构体
（邻、间、对位）？并指明图中主要
吸收峰的来源。
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图
4-20
二 甲 苯 红 外 谱 图
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苯的衍生物在2000~1650cm-1和 900~600cm-1的红外吸收谱
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• CS2分子的对称伸缩振动显然属非红外活性， 但是电子云形状在振动平衡位置前后起了 很大变化．即极化率改变很大，因此对称 伸缩振动方式显示拉曼活性． • 相反，对于CS2分子的不对称伸缩振动和弯 曲振动，虽然都引起偶极矩的变化，显示 红外活性，但是它们的电子云分布，在振 动平衡位置前后的形状完全相同，极化率 不变，所以不显示拉曼活性．
拉曼、或两者均有）
（1）O2的对称伸缩振动； （2）CO2的不对称伸缩振动； （3）H2O的弯曲振动； （4）C2H4的弯曲振动。
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• 答： (1)O2的对称伸缩振动
红外活性 拉曼活性 非 是 是 是 非 是 非
(2)CO2的不对称伸缩振动 (3)H2O的弯曲振动
(4)C2H4的扭曲(或弯曲)振动 非
C-H面外弯曲振动，650~900cm-1
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• 5. 有一种苯的氯化物在900~660cm-1区域
没有吸收峰，它的可能结构是什么？
• 答：C6Cl6
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6．图4-21是由组成为C3H6O的纯液体获得的 红外谱图，试推断这种化合物的结构。
图4-21 C3H6O红外谱图
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• 11. 试说明产生红外吸收的条件是什么? 答：(1)必要条件：振动或转动时会引起偶
极矩净变化的分子．
(2)辐射的频率与分子的固有振动频率相 匹配．
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12. 试说明什么是基团频率和“指纹 区”？各有什么特点和作用？
• 答：组成分子的各种原子基团都有自己的特
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例1 某化合物的化学式为C9H10O，它 的红外光谱如下图所示．试推断其结构式．
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• 解 (1)不饱和度计算如下
Ω＝1+n4+(n3-n1)/2=5
说明分子中可能存在苯环
•
(2)在1700cm-1附近无强吸收带，说明不存在羰
• 指纹区：分子构型和结构的微小差别，会引起吸 收峰分布的明显改变，可用于区分化合物的精细 结构．
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13. 什么是拉曼散射，Stokes线和反Stokes线。 • 答：一束单色光作用于透明介质时，在透射和反 射方向以外出现的光称为散射光。当散射的粒子
为分子大小时，发生与入射光频率相同的瑞利