第四章 红外分光光光度法(书后习题参考答案)

第四章 红外分光光光度法(书后习题参考答案)

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2323100.210022.612--⨯=⨯=

C m g

氧原子的质量2323106.210022.616--⨯=⨯=O m g (1) σ =2071cm -1

O C O C m m m m k c ⋅+=

)(21πσ 2346

210210)6.22(106.22)217010314.32()2(--⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=O C O C m m m m c k σπ =18.6×105 dyn·cm -1=18.6N·cm -1(厘米克秒制)

(2)14CO 2323103.210022.614-⨯=⨯=C m g

2071106.23.210)6.23.2(106.1810314.3214623

510≈⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=--σcm -1

或O C O C O C O C m m m m m m m m +⋅⨯⋅+=1212141412σσ σ =2080cm -1

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：m C =2.0×10-23g, 氢原子的质量：23

231017.010022.61--⨯=⨯=

H m g

氘原子的质量： 23231034.010022.62--⨯=⨯=D m g 依2121)(21m m m m k c ⋅+=

πσ得

29961017.00.210)17.00.2(10510314.3214623

510≈⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=--σcm -1

21991034.00.210)34.00.2(10510314.3214623

510≈⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=--σcm -1

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）CH 3一CH 3 C―C 伸缩振动

（2）CH 3一CC13 C―C 伸缩振动

（3）SO 2 对称伸缩振动

（4）CH 2=CH 2 C―H 伸缩振动

C C

H H

（5）CH 2=CH 2 C―H 伸缩振动

C C

H H

（6）CH 2=CH 2 CH 2

摆动 C C

H

H H

（7）CH 2=CH 2 CH 2扭曲振动

C C

H

H H H

解：非红外活性：(1), (5), (7)

红外活性：(2), (4), (6), (8)

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。

解：分别为间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯

主要吸收峰来源：苯环骨架振动，1700cm -1~2000cm -1

C-H 面外弯曲振动，650~900cm -1

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：C 6Cl 6 (六六六)

6．图4-21是由组成为C 3H 6O 的纯液体获得的红外谱图，试推断这种化合物的结构。 答：丙酮 O

CH 3-C-CH 3

7．下面两个化合物的红外光谱有何不同？

（a ）CH 2－NH 2 (b) CH 3－－N(CH 3)2O

答：红外光谱不同点：

(a)3300cm -1，N-H 伸缩振动（宽且强），CH 2-伸缩振动峰，

苯环骨架振动峰(1600cm -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(2928cm -1)

8．某化合物分子式为C 5H 8O ，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。

答：O

CH 3-C-CH=CH-CH 3，否．

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？

(a)

CHO (b) CHO －(CH 3)2N 答：(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．

10. 举例说明分子的基本振动形式。

答：

CO2和H2O的振动模式

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．

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。

“指纹区”：在1300 cm-1～600 cm-1（7.7μm~16.7μm）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．

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．

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（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)。

14. 下述分子的振动各具有什么活性（红外、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。

答：红外活性拉曼活性备注

(1)O2的对称伸缩振动非是

(2)CO2的不对称伸缩振动是非

(3)H2O的弯曲振动是是

(4)C2H4的扭曲(或弯曲)振动非非