201X923第三章红外答案.docx
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201X923第三章红外答案
第三章红外光谱
一、名词解释
基频峰、倍频峰、费米共振、特征频率区、指纹区
基频峰:
当分子吸收一定频率的红外线后,振动能级从基态(V0)跃迁到第一激发态(Vi)时所产生的吸收峰,称为基频峰。
倍频峰:
如果振动能级从从基态(V0)跃迁到第二激发态(V2)、第三激发态(V3)……所产生的吸收峰称为倍频峰。
费米共振:
当一振动的倍频(或组频)与另一振动的基频吸收峰接近时,由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分,这种倍频(或组频)与基频峰之间的振动偶合称费米共振。
特征频率区:
特征谱带区有机化合物的分子中一些主要官能团的特征吸收多发
生在红外区域的4000〜1500cm-2。
该区域吸收峰比较稀疏,容易辨认,故通常把该区域叫特征谱带区。
红外光谱指纹区:
红外吸收光谱上1500〜40Ocm-1的低频区,通常称为,在核指纹区。
该区域中出现的谱带主要是C-X(X=C,NsO)单键的伸缩振动以及各种弯曲振动对和确认有机化合物时用处很大。
二、填空
1.红外光谱的产生是由于。
化学键的振动与转动跃迁。
2.红外光谱产生的条件是、
红外光谱产生的条件是辐射的能量满足跃迁所需能量,辐射引起偶极矩的变化。
3.红外光谱中影响基团频率位移的因素有外部因素和内部因素,内部因素主要
有、、等。
此外,振动耦合、费米共振
等也会使振动频率位移。
外部因素(样品的状态等)、电子效应(诱导效应、共轭效应和偶极场效应)、空间效应、氢键
4.在红外光谱中,将基团在振动过程中有偶极矩变化的称为,相反则
称为。
红外活性,非红外活性。
5.基团-OH和-NH,-C三N和-C三CH-C=C-和-C=N-的伸缩振动频率范围分别是_
-1-1-1
cm,cm,cm。
4000—2500(3000)、2500—2000、
2000—1500
6.C=O和C=C键的伸缩振动谱带,强度大的是。
C=O
7.在中红外区(4000〜400cm)中,人们经常把4000〜1500cm区域称为
而把1500〜400cm1区域称为。
官能团区(或特征谱带区)、指纹区
8.氢键效应使OH伸缩振动频率向数方向移动(低或高或不移动)。
低
9.随着环张力增大,使环外双键的伸缩振动频率增加,而使环内
双键的伸缩振动频率—减小。
10.红外光谱以波长或波数为横坐标,以表示吸收峰的位置。
以透射率为
纵坐标,表示吸收强度,吸收带为吸收峰在光谱上的波带位置
11.
仅考虑C=O所受到的电子效应,请按高低排出下列物质中吒之(伸缩振动)
12.仅考虑C=O受到的电子效应,在酸、醛、酯、酰卤和酰胺类化合物中,出现
C=O伸缩振动频率的大小顺序应是怎样?
答案:
酰卤>酸>醛>酯>酰胺。
13.分别在95%乙醇和正已烷中测定2—戊酮的红外光谱,试预测C=O的伸缩振动吸收峰在哪种溶剂中出现的区较高?
为什么?
答案:
在正已烷,较高(极性溶剂的效应)
14.
从以下红外特征数据鉴别特定的苯取代衍生物C8Hiq:
2
化合物B:
吸收带在约795cm1处
④化合物D:
吸收带在约750cm1处
3.
下列官能团在红外光谱中吸收峰频率最高的是
4.下面四种气体,不吸收红外光的是:
A.H2OB.CO2C.HClD.N2
5.某种化合物,其红外光谱上3000-2800CR11,1460cm-1,1375cm-1和720cm-1等
处有主要吸收带,该化合物可能是O
A烷烃;B.烯烃;C.炔烃;D.芳烃;E.羟基化合物。
6.分子不具有红外活性的者,必须是:
()
A:
分子的偶极矩为零E:
分子没有振动C:
非极性分子
D:
分子振动时没有偶极矩变化
7.有一含氧化合物,如用红外光谱判断是否为羰基化合物,重要依据的谱带范围
为o
A.3500-3200cmi1;B.1500-1300cm1;C.1000-650cm1;D.1950-1650cm1.
8.下列化合物在IR谱的1720cm1左右有强吸收峰的是()
A.丙烷B.丙烯C.丙炔D.丙酮
9.线性分子的自由度为:
A:
3N-5B:
3N-6C:
3N+5D:
3N+6
1
10.某化合物在3000-2500cm有散而宽的峰,其可能为:
A有机酸B.醛C.醇D.醚
13.
偕三甲基(特丁基)
A10~20cm-1
14.
在红外吸收光谱图中,2000-1650cm1和900-650cm-1两谱带是什么化合物的特征谱带:
15.下列化学键的伸缩振动所产生的吸收峰波数最大的是:
A.C=OB.C-HC.C=CD.O-H
16.在醇类化合物中,O-H伸缩振动频率随溶液浓度增加而向低波数移动,原因是
A.溶液极性变大;B.分子间氢键增强;
C.诱导效应变大;D.易产生振动耦合。
17.某化合物在紫外光区未见吸收,在红外光谱的官能团区有如下吸收峰:
3000cm1左右,1650cm。
该化合物可能是:
A.芳香族化合物B.烯烃C.醇D.酮
18.乙酰乙酸乙酯有酮式和烯醇式两种互变异构体,与烯醇式结构相对应的一组
特征红外吸收峰是
C.3000cm-1,1738cm1D.1717cm-1,1650cm1
19.某化合物在1500~2800cm无吸收,该化合物可能是:
A.烷烃B.烯烃C.芳烃D.炔烃
20.芳香酮类化合物C=O伸缩振动频率向低波数位移的原因为:
A共轭效应;B.氢键效应;C.诱导效应;D.空间效应。
21.
下列化合物uC=O频率最大的是(D)
振动频率低的原因为;
A.共轭效应和形成分子间氢键;B.中介效应和形成分子间氢键;
C.诱导效应和形成分子内氢键;D.中介效应和形成分子内氢键。
23.酯类化合物的两个特征谱带是(A)。
A.1760~1700cm-1和1300~1000c吊B.1760~1700cm-1和900~650cnri
C.3300~2500cm-1和1760~1700c吊D.3000~2700cm-1和1760~1700cnri
24.确定烯烃类型的两个特征谱带是(B)。
A.1680~1630cm和1300~1000cmB.1680~1630cm和1000~700cm
C.2300~2100cm-1和1000~700c吊D.3000~2700cm-1和1680~1630cn-i
25.在CO的四种振动自由度中,属于红外非活性振动而非拉曼活性振动的是:
A.不对称伸缩振动B.对称伸缩振动C.面内变形振动D.面外变形振动
F列四种羰基化合物,C=O伸缩振动频率最低的是哪一种?
-S-RR^C-NHRII
一「;D.0
27.下列两种化学键的伸缩振动,所产生的红外吸收峰,吸收频率较大的是哪一种?
吸收强度较大的是哪一种?
(1)F-H键;
(2)C-H键。
A.两者都是
(1);B.两者都是⑵;C.
(1)的吸收频率大,
(2)的吸收强度大;
D.
(1)的吸收强度大,
(2)的吸收频率大;
1
28.某一含氧化合物的红外吸收光谱中,在3300〜2500cm处有一个宽、强的吸收峰,下列
物质中最可能的是哪一种?
ch3ch2cooh.CCH5CH3CHO.
;C.;
29.下列四种红外光谱数据(单位cm1),哪一组数据与CH3CH2CHO相符合?
A.3000-2700,2400-2100,1000-650;B.3300-3010,1675-1500,1475-1300;
C.3300-3010,1900-1650,1000-650;D.3000-2700,1900-1650,1475-1300。
30.某有机化合物的化学式为-一」」,其IR谱有如下特征吸收峰:
1
(1)在3000cm上下有一大组中等强度吸收峰;
⑵〜2820及2720cm1有两个中等强度峰;
1
⑶〜1450及1370cm有两个弱强度峰;
⑷〜1720cm1有一个很强峰;
⑸〜1600及1500cm1有两组中弱强度峰;
(6)〜850cm1有一个中强峰。
从以上光谱数据,判断该化合物最可能是以下的哪一种?
31.
c.
某化合物的化学式为C8HoO,它的IR谱如下图所示。
该化合物最可能是下列的哪一种?
广沁厂CH2CH2OH
ch3
C.
O
:
—"化合物中只有一个羰基,却在1773cm1和1736cm1处出现两个吸收峰,
这是因为
A.诱导效应B.共轭效应C.费米共振D.空间位阻
四、是非判断(对者打V,错者打X)
1.在IR光谱法中,CDC3(氘代氯仿)中C-D的伸缩振动频率比CHC3(氯仿)中
C-H的伸缩振动频率高。
(X)
2.当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时,分子就要释放能
量,从原来的基态振动能级跃迁到能量较高的振动能级。
(X)
3.红外光谱不仅包括振动能级的跃迁,也包括转动能级的跃迁,故又称为振转光谱。
(T)
4.同核双原子分子N^NCl-Cl、H-H等无红外活性。
(T)
5.由于振动能级受分子中其他振动的影响,因此红外光谱中出现振动耦合谱带。
(
T)
6.对称结构分子,如H20分子,没有红外活性,水分子的H-O-H对称伸缩振动不产生吸收峰。
(F)
7.不考虑其他因素的影响,下列羰基化合物uc=o伸缩频率的大小顺序为:
酰卤>
酰胺>酸>醛>酯。
(F)
8.红外吸收峰的数目一般比理论振动数目少,原因之一是有些振动是非红外活性的。
(T)
9.Fermi共振是一个基频振动与倍频(泛频)或组频之间产生耦合作用。
(T)
五、回答问题
1.解释实际上红外吸收谱带(吸收峰)数目与理论计算的振动数目少的原因。
1、实际上红外吸收谱带(吸收峰)数目与理论计算的振动数目少的原因:
(1)没有偶极矩变化的振动,不产生红外吸收;
(2)相同频率的振动吸收重叠,即简并;
(3)仪器不能区别那些频率十分接近的振动,或吸收带很弱,仪器检测不出;
2.影响红外光谱吸收强度的因素有哪些?
2、答振动中偶极矩的变化幅度越大,吸收强度越大;
极性大的基团,吸收强度大
使基团极性降低的诱导效应使吸收强度减小,使基团极性增大的诱导效应使吸收强度增加。
共轭效应使n电子离域程度增大,极化程度增大,吸收强度增加。
振动耦合使吸收增大,费米振动使倍频或组频的吸收强度显著增加。
氢键使参与形成氢键的化学键伸缩振动吸收显著增加。
4、影响红外光谱中基团频率的主要因素有哪些?
举例说明。
(5分)
(1)外部因素:
样品状态、制样方法;(1分)
(2)内部因素:
诱导效应(1分)、共轭效应(1分)、氢键(1分)、共振效应(1分)
2.如何用红外光谱区别下列各对化合物?
aP-CH-Ph-COOH和Ph-COOCH
b苯酚和环己醇
2、答案:
a、在红外谱图中P-CHs-Ph-COOH有如下特征峰:
voh以3000cm1为中心有
一宽而散的峰。
而Ph-COOG没有。
b、苯酚有苯环的特征峰:
即苯环的骨架振动在1625~1450cm-1之间,有几
个吸收峰,而环己醇没有。
3.一个化合物的结构不是A就是B,其部分光谱图如下,试确定其结构
(A)
3、答案:
化合物的结构为:
(A)
HO
由图可得,在2300cm1左右的峰为AN产生的。
而图在1700cm-1
左右也没有羰基的振动峰。
故可排除(B)而为(A)。
4.下图是分子式为GI40化合物的红外光谱图,bp=202C,试推测其结构
4、答案:
5•请根据下面的红外光谱图试推测化合物C7HNO(mp106C)的结构式
5、答案:
6.分子式为C8H6的未知物,其红外光谱如图,试推测结构
6、答案:
25.下列两个化合物,C=0的伸缩振动吸收带出现在较高的波数区的是哪个?
为什么?
26.下图为不同条件下,丁二烯(1,3)均聚物的红外光谱图,试指出它们的键结构。
试用红外光谱区别下列异构体:
11
某化合物IR谱中,1700cm有一强吸收,3020cm处有一中强吸收峰,由此可推断该化合物是下列化合物中的哪一种?
如何通过红外来鉴别下面两个化合物:
2.某化合物在4000〜1300cm-1区间的红外吸收光谱如下图所示,问此化合物的结构是(A)
还是(B)?
答:
以下是A的谱图
IF,F(
17110ni)o
★已知某化合物,分子式C3H6Q其IR谱中有下列吸收峰,试推测其结构。
IRn(cm-1):
2960,2840,2760,1720,1380。
答案:
W=3+1-6/2=1,1720cm1——nc=o,含羰基。
相关峰:
2840,2760cm1——no=c-h,为醛。
1380cm1d-cH3,含-CH结构。
-1
2960cm———n饱和c-h。
结构为:
CHCHCHO丙醛
★分子式为GHioO
IR:
2950cm-1(2000cm-1以上仅此吸收带)
1H-NMF为:
3H1.55(d,6H)3.1(s,3H)4.1(h,1H)ppm推测化合物的结构。
答案.
(CH3)2CH—OCH3
解析:
,4000
3500
3000
2500
20001800J600140012001000
SU0迦
1
波!
答案:
W=9+1-12/2=4
”CH3
结构为:
凶、CH3异丙苯
9
★推测其结构。
★无色液体,分子量89.09,沸点131C,含CH和N。
红外光谱特征吸收为(cm-1):
2950
(中八1550(强八1460(中八1438(中)、1380(强八1230(中)、1130(弱八896(弱八
872(强),
(纯液体涂层),试推断未知物为何物?
答案:
CHCHCHNQ
★一个化合物分子式为GHO,已知含一个酯羰基和一个乙烯基。
用溶液法制作该化合物的
红外光谱有如下特征谱带:
3090cm-1(强),1765cm-1(强),1649cm-1(强),1225cm-1(强)。
请指出这些吸收带的归属,并写出可能的结构式。
答案:
CHCOOCH=CH
1、某一化合物分子式为GI40,其红外光谱图如下,沸点202C,试通过解
析光谱,判断其结构。
1、解:
①U=(2+2*8-8)/2=5(可能含有苯环)
在3500cm-1〜3300cm-1区间内无任何吸收(3400cm-1附近吸收为水干扰峰),证明分子中无一OH在2830cm-1与2730cm-1没有明显的吸收峰,可否认醛的存在。
CO1680cm1
说明是酮,且发生共轭。
2特征区第一强峰为1685cm1,为羰基峰,需仔细研究是何种羰基化合物。
先否定,在3000cm以上无宽峰可否定羧酸;分子式中不含氮、氯可否定酰胺、酰氯;在〜2800cm1处无醛氢峰,可否定醛。
否定后,肯定该化合物为酮根据不饱和度大于4,可能为芳酮。
3苯环的特征吸收有:
芳氢伸缩振动3000cm1左右有吸收峰;苯环骨架振动1600cni1、1580cm-1及1450cm-1有吸收峰,加上不饱和度大于4,可以确定有苯环存在。
根据760cm-1、690cm1两强峰,结合分子式可确定苯为单取代。
4在1430cm1、1360cm1有甲基的峰。
综上所述,化合物结构是苯乙酮,结构式为:
2、某未知物的分子式为G2H4,测得其红外光谱图如图,试推测其结构式
2、解
(1)计算不饱和度
W=1+12+(0-24)/2=1
说明该化合物分子具有一个双键或一个环。
(2)图谱解析3075cm-1处有吸收峰,说明存在与不饱和碳相连的氢,因此,该化合物肯定为烯。
在1640cm-1还有C=C伸缩振动吸收,更进一步证实了烯基的存在。
3000〜2800cm-1的吸收峰组说明有大量饱和碳的存在。
在2920、2850cm-1的强吸收说明CH2的数目远大于CH3的数目,由此可推测该化合物为一长链烃。
715cm-1处C-H变形振动吸收也进一步说明长碳链的存在。
980、915cm-1的C—H变形振动吸收,说明该化合物有端乙烯基。
综上所述,该未知物结构可能为
其余的峰可指认为:
1460cm-1处的吸收峰归属于CH2(其中也有CH3的贡献),2960、2870、1375等属于CH3。
例1由C、H组成的液体化合物,相对分子量为84.2,沸点为63.4C。
其红外吸收
光谱见图2-10,试通过红外光谱解析,判断该化合物的结构。
图2-10C、H化合物的红外吸收光谱
解:
1.由化合物的分子量84.2、又只有C、H组成,可推断分子式为CHi2,不饱和度为:
(26212).21。
2.特征区的第一强峰1642cm-1,经粗查(表2-2红外吸收光谱的九个重要区段)为烯烃的cc特征吸收,可确定是烯烃类化合物。
用于鉴定烯烃类化合物的吸收峰有ch
CC和CH。
细找(附录八主要基团的红外特征吸收峰):
(1)CH3080cm1强度较弱。
11]-,
(2)Cc非共轭发生在1642cm,强度中等。
(3)CH出现在910cm范围内,强度较强,为同碳双取代结构,该化合物为端基烯。
特征区的第二强峰1459cm-1,粗查为饱和烃
的CH,用于鉴定烷烃类化合物的吸收峰有ch、CH。
细找:
(1)ch2967cm1、2933
cm1、2878cm-1、2865cm-1强度较强,
(2)CH1459cm-1,CH1379cm-1,有端甲基,
此峰未发生分裂,证明端基只有一个甲基。
cH2740cm1,该化合物中有直链一(CH2)n—结
构。
所以化合物结构为:
CH=CH(CH)3CH
峰归属:
CH3080cm1,CH2967cm1、2933cm1、2878cm-1、2865cm1,CC1642
-1as-1s-1-1c,c-1-1
cm,CH1459cm,CH1379cm,CH993cm、910cm,CH2740cm。
经标准图谱核对,并对照沸点等数据,证明结论正确。
四、结构确定
1.下面为化合物AB的红外光谱图,可根据哪些振动吸收峰推断化合物A、B中分别存
在哪些官能团?
A:
B:
1600,1575,1500,1450cm-1为苯环的骨架振动,表明有苯环。
B:
约1650cm1为双键的振动吸收峰,表明有双键。
3.下面为化合物AB的红外光谱图,可根据哪些振动吸收峰推断化合物A、B中分别存
在哪些官能团?
解:
A:
约1750cm1为酯羰基(或羰基)的伸缩振动,表明有酯羰基(或羰基);
约1600,1500,1450cm-1为苯环的骨架振动,表明有苯环。
B:
约1700cm1为醛羰基(或羰基)的振动吸收峰,表明有醛羰基(或羰基)约1640cm1为双键的振动吸收峰,表明有双键。
4.下面为化合物AB的红外光谱图,可根据哪些振动吸收峰推断化合物A、B中分别存在哪些官能团?
40003S0032Q02800£40d3000\1SDQ1&DQ140012001QQDBOO
解:
A:
约1600,1450cm-为苯环的骨架振动,表明有苯环B:
约3400cm-1为羟基的振动吸收峰,表明有羟基。
1.已知某化合物分子式为GHO,而却结构中含有一个酯羰基(1760cm1)和一个端乙烯基(一CH=CH
(1649cm-1),试推断其结构。
解:
、首先计算其饱和度:
f=1+4+1/2(0-6)=2,说明分子中除了酯羰基和乙烯基没有其他不饱和基团对于分子式GHsQ的化合物,且符合不饱和度,又符合含有一个酯羰基和一个端乙烯基只能写出两种结构:
(a)丙烯酸甲酯和(b)醋酸乙烯酯。
在(a)结构中酯羰基伸缩振动出现在1710cm-1(羰基和乙
烯共轭)附近;(b)结构中酯羰基伸缩振动出现在176cm-1(烯酯和芳酯)附近.所以该化合物的结构应
2.试推断化合物C7H9N勺结构
是醋酸乙烯酯。
解:
不饱和度的计算:
U=(7X2+2-9+1)/2=4
不饱和度为4,可能分子中有多个双键,或者含有一个苯环。
3520和3430cm-1:
两个中等强度的吸收峰表明为-NH2的反对称和对称伸缩振动吸收(3500和3400cm-1)。
1622,1588,1494,1471cm-1:
苯环的骨架振动(1600、1585、1500及1450cm-1)。
证明苯环的存在。
748cm1:
苯环取代为邻位(770-735cm-1)。
1442和1380cm1:
甲基的弯曲振动(1460和1380cm-1)。
1268cm1:
伯芳胺的C-N伸缩振动(1340-1250cm-1)。
由以上信息可知该化合物为邻-甲苯胺。
2、某化合物分子式为C2HNQ红外光谱如下图所示,试推测其结构。
1.答:
Q=1
1681cm-1|气vC=O且发生共轭有羰基存在
3348、3173cm-1,vNHNH2存在
2819cm-11——vCH
1398、1460cm-1=SCH(PH3存在
故化合物结构为:
3064、3030cm-1':
:
v①-H
1602、1585、1498、1454cm-1一:
■-vC=C
751、701cm-1—>丫①-H
苯环存在且为单取代
1724cm-1——
2826、2728cm-1
vC=O
2950、2900cm-1'__:
1388cm-1i—:
-CH
2-存在
醛基存在
13
41
32
14
11S1
0
Dj
ZQLS
兀
Cl
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€1
-sai
4
374
ED
44
tlLtl
U
13V8
21
5试说明苯酚和环己醇的红外光谱有何不同?
苯酚在1600-1400cm-1有苯环的骨架伸缩振动,770-730,715-685cm-1
有苯环单取代C-H面外弯曲振动
环己醇在2800-3000有