仪器分析习题解答(武汉大学教材)(3)

2019-04-14 12:32

答:激发波长:吸收曲线的最高点所对应的波长440 nm左右。

发射波长:荧光曲线的最高点所对应的波长530 nm左右。

7、试指出酚酞和荧光素中,哪一个有较大的荧光量子效率?为什么?

OOHOOOH

酚酞 荧光素

答:荧光素有较大的荧光量子效率。因为荧光素有一个氧桥把两个苯环连成了一个平面结构,刚性比苯酚增加了,在具有刚性结构和平面结构的∏电子共轭体系的分子中,随着∏电子共轭度和分子平面度的增大,其荧光效率增大,荧光光谱向长波方向移动。

8、试指出萘在下述哪一种溶剂中有最大的荧光:1-氯丙烷;1-溴丙烷;1-碘丙烷。

答:在1-氯丙烷中有最大的荧光。因为重原子效应,后两者含有重原子溴和碘,使荧光减弱。

9、下述化合物中,何者的磷光最强?

ClBrI

答:Ⅲ的磷光最强。因为重原子效应,加强了系间窜越,使得荧光减弱,相应的磷光增强。

红外光谱分析习题解答

1、解:影响红外吸收峰强度的主要因素:红外吸收的强度主要由振动能级的跃迁概率和振动过程中偶极矩的变化决定。从基态向第一激发态跃迁的概率大,因此基频吸收带一般较强。另外,基频振动过程中偶极矩的变化越大,则其对应的红外吸收越强。因此,如果化学键两端连接原子的电负性差异越大,或分子的对称性越差,则伸缩振动时化学键的偶极矩变化越大,其红外吸收也越强,这就是?C=O的强度大于?C=C的原因。一般来说,反对称伸缩振动的强度大于对称收缩振动的强度,伸缩振动的强度大于变形振动的强度。

2、解:由量子力学可知,简单双原子分子的吸收频率可用下式表示:

??12?ck? (1) M1M2??(M1?M2)NA (2)

(1) 式中:

?为波数(cm-1),c为光在真空中的速度(3?10-10cm?S-1),k为化学键力常数(N?cm-1)

(2) 式中:

M1和M2分别为两种原子的摩尔质量,NA为阿伏加德罗常数(6.02?1023mol-1) 将(2)式代入(1)得

??12?ck??NA2?ck(M1?M2)M1M2?1307k(M1?M2)M1M2

【教材P153公式(10-6)系数为1370有误】 H-Cl键的键力常数 M1M2???k????1307?M1?M22235.453?1.0079?2993?????35.3453?1.0079?1307??5.1N?cm

3、解:依照上题的计算公式

?1??12?ck??NA2?ck(M1?M2)M1M2?1307k(M1?M2)M1M2

将k=9 N?cm-1,MH=1.0079,MF=18.998代入可计算得到HF的振动吸收峰频率为4023cm-1。 4、解:2-戊酮的最强吸收带是羰基的伸缩振动(?C=O),分别在极性溶剂95%乙醇和非极性溶剂正己烷中,其吸收带出现的频率在正己烷中位于较高处。原因是乙醇中的醇羟基可以与戊酮的羰基形成分子间氢键,导致羰基的伸缩振动频率向低波数方向移动。而正己烷不能与戊酮形成分子间氢键。

5、解:

HCCHHHCC? HHCHC H

H?

?

HHH? (a)C?H 伸缩 (b)C?H 伸缩 (c)CH2扭? H曲 HHCHCHCHCCHCHHHHH?

(d)C=C 伸缩 (e)C?H 剪式 (f)C?H摇摆

判断法则为:若振动前后引起偶极矩的变化的,是具有红外活性的,否则为非红外活性的。因此具有红外活性是:(b)(c)(e),非红外活性 (a)(d)(f)。

6、解:线性分子CS2,理论上计算其基本振动数为:3N-5=4。其具体振动形式如下:

SCSSCS(a)对称伸缩振动 (b)反对称伸缩振动

SCSSCS

(c)面内弯曲振动 (d)面外弯曲振动

具有红外活性的有:(b)(c)(d),其中(c)(d)振动吸收的频率一样。

7、解:根据分子式计算该化合物的不饱和度:

其红外吸收峰分别说明: 3020 cm-1

??n4?1??5?1?n3?n12?20?82?=C

-H

不饱和化合物,含有双键

2900cm-1 ?C-H 饱和烷基

1690cm ?C=O 共轭的羰基,占有一个不饱和度

-1

1620cm-1 ?C=C 共轭双键,占有一个不饱和度

从紫外吸收?max=10说明,此跃迁是由???产生的。因此可能有如下结构:

4

?

H2COO

CHCCH2H3CH3CCHCCHCH3或者

(1) (2)

用Woodward规则计算:

(1):母体基数 215nm (2): 母体基数 215nm ?-烷基取代?0 0nm ?-烷基取代?1 12nm 计算值 215nm 计算值 227nm 因此该化合物为 (2)

OH3CCHCHCCH38、解:在影响基团频率的因素中,由于取代基具有不同的电负性,通过静电诱导效应I,引起分子中电子分布的变化,改变了键的力常数,使得键或基团的特征频率发生位移。当有电负性较强的元素与羰基上的碳原子相连时,由于诱导效应,就会发生从氧上的电子转移:

OCORC

Cl 导致C=O键的力常数变大,因而使的吸收向高波数方向移动。元素的电负性越强,诱导效应越强。吸收峰向高波数移动的程度越显著。 因此, 五个中C=O伸缩振动频率最高的是: F

COFR1R2HRClRFRFFCOCOCOCOCO 9、解:在酸、醛、酯、酰卤和酰胺类化合物中,都有与C=O相连的含孤对电子基团,它们对?C=O的影响主要是通过诱导和中介这两个相对的效应实现的。

当有电负性较强的元素与羰基上的碳原子相连时,由于静电诱导效应I,使C=O中氧原子上的电子向碳原子转移,导致C=O键的力常数变大,从而使C=O吸收向高波数方向移动,并且元素的电负性越强,诱导效应越强,C=O吸收峰向高波数移动的程度越显著。

中介效应M源于含孤对电子基团上的孤对电子与C=O上?电子发生重叠,使它们的电子云密度平均化,造成C=O键力常数下降,使C=O的吸收频率向低波数移动。

对同一基团来说,若诱导效应I和中介效应M同时存在,则振动频率最后位移的方向和程度,取决于这两种效应的净结果。因此,不考虑其它因素条件影响,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为:酰卤?酸?酯?醛?酰胺。 10、解:

ONCNH2CHCH2OHCCH2

HNCHNH

(Ⅰ) (Ⅱ)

比较结构(Ⅰ) 和(Ⅱ)可知,3330cm-1和1600 cm-1处的锐陡带应分别源于结构(Ⅱ)中的?N-H和?C=O。这也可以从该材料在2300 cm-1和3600 cm-1处无吸收看出,因为2300 cm-1和3600 cm-1处的吸收分别对应-C≡N和-OH。因此结构(Ⅱ)更可能为该材料的结构组成。

11、解:芳环C-H面外弯曲振动位于900-650cm-1范围。出现1?2条强吸收带。谱带位置及数目与苯环的取代情况有关,如下表所示,利用此范围的吸收带可判断苯环上取代基的相对位置。

芳烃的C-H面外弯曲振动(cm-1)

类型

5个氢取代(单取代) 4个邻接的氢(邻二取代) 3个邻接的氢(间二取代) 2个邻接的氢(对二取代)

上表中s代表单峰。

因此:化合物A 吸收带在767 cm-1和629 cm-1处 间位 化合物B 吸收带在792 cm处 对位 化合物C 吸收带在724 cm-1处 邻位

12、解:根据苯环中C-H面外弯曲振动吸收峰在900?600 cm-1区域内的特征,C7H7Br在801 cm-1有一单吸收带,说明苯环为对位取代,则该化合物为对溴甲苯。

13、解:根据苯环中C-H面外弯曲振动吸收峰在900?600 cm-1区域内的特征,该氯苯在900cm-1和690 cm-1间无吸收带,说明苯环上所有的氢都被氯取代了,因此该化合物为六氯苯。 14、解:

ONH2?C-H

?750(s),?700(s) 770?735(s)

810?750(s),710?690(s)

860?800(s)

-1

CCH2CH3NH3C CH3 3500 cm-1 3400 cm-1 3030 cm-1 -NH2 ?as?s 叔胺无此带 =C-H氢伸缩振动 2960 cm-1,2870 cm-1 -CH3饱和碳氢?as?s


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