红外光谱法习题解答

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第十章红外光谱法习题解答

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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 :C

H H

C

H H

σas σs


(2) 面内弯曲振动 :

C

H H

C

H H

(¼ôÊ½, δ) (Ò¡°Ú,ρ)

(3) 面外弯曲振动 :

C

H H

C

H H

(Ò¡°Ú,ω) (Å¤Çú,τ)


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


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．


7. 　将 800nm 换算为（１）波数；（２） mm单位．

解 :

8010800

125008001010

3

77

1

.//

//

/

==

===−

m

nmcm

µλλ

σ

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？


解：（１） ethane C-H bond:

15

10

23

21

21

21

21

306192370

1015

1099821415932

100236

1242

2

−=××××

×=

=+

=

=

cm

cNMM

MMM

M

k

c

N

A

A

.

.

..

.

./, /

/

σ

π

πσ

(2) Acetylene C-H bond

同上， M=12x1/(12+1)=0.9237, σ=3292cm-1.

(3)Ethane C-C bond.

M=6, σ=1128cm-1

(4)Benzene C-C bond

σ =1466cm-1

(5) CH3CN, C≡N, σ = 2144cm-1


(6) Formaldehyde C-O bond, σ = 1745 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,

由于由与 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．


10. 　　　和　　　　　是同分异构体，如何应用红外光谱检测它们？

OOH

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．


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．

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