红外拉曼光谱复习题

1红外、拉曼光谱习题三．问答题1.分子的每一个振动自由度是否都能产生一个红外吸收？为什么？答：（1）产生条件: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）产生红外吸收的条件：1)红外辐射的能量应与振动能级差相匹配。即vEE光；2)分子在振动过程中偶极矩的变化必须不等于零。故只有那些可以产生瞬间偶极距变化的振动才能产生红外吸收。2.如何用红外光谱区别下列各对化合物？aP-CH3-Ph-COOH和Ph-COOCH3b苯酚和环己醇答：a、在红外谱图中P-CH3-Ph-COOH有如下特征峰：vOH以3000cm-1为中心有一宽而散的峰。而Ph-COOCH3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.下列振动中哪些不会产生红外吸收峰？（1）CO的对称伸缩（2）CH3CN中C—C键的对称伸缩（3）乙烯中的下列四种振动（A）（B）（C）（D）HHHHC=CHHHHC=CH+H-C=CH+H-H+H-C=CH-H+2答：（1）0，有红外吸收峰（2）0，有红外吸收峰（3）只有D无偶极矩变化，无红外吸收峰4、下列化合物在红外光谱中哪一段有吸收？各由什么类型振动引起？HO——CH=OCH3—CO2CH2C≡CH（A）（B）答：（A）HO——C-H：vOH3700~3200cm-1δOH1300~1165cm-1vCH(O)2820~2720cm-1双峰vC=O1740~1720cm-1苯骨架振动：1650~1450cm-1苯对位取代：860~800cm-1v=CH3100~3000cm-1（B）CH3—COCH2C≡CH：vC=O1750~1735cm-1vC—O—C1300~1000cm-1vC≡C2300~2100cm-1v≡CH3300~3200cm-1vasC—H2962±10cm-1、2926±5cm-1vsC—H2872±10cm-1、2853±10cm-1δasC—H1450±20cm-1、1465±20cm-1δsC—H1380~1370cm-15、红外光谱（图10-28）表示分子式为C8H9O2N的一种化合物，其结构与下列结构式哪一个符合？O3（A）（B）（C）（D）（E）答：（A）结构含—OH，而图中无vOH峰，排除（C）结构中含—CNH2，伯酰胺，而图中无1650、1640cm-1的肩峰，排除。（D）与（E）结构中有-COOH，而图中无3000cm-1大坡峰，排除。（B）图中3600cm-1，3300cm-1为vAr—N1680cm-1，为vC=O1600~1400cm-1为苯骨架振动1300~1000cm-1表示有C-O-C所以应为（B）。6、芳香化合物C7H8O，红外吸收峰为3380、3040、2940、1460、1010、690和740cm-1，试推导结构并确定各峰归属。解：Ω=7+1–8/2=43380cm-1表明有-OH3040cm-1表明为不饱和HNHCOCH3OHNH2CO2CH3COCH2OCH3NHCH3CO2HCH2NH2CO2HO4690与740cm-1表明苯单取代得3380cm-1为vOH；2940cm-1为CH2的vC-H；3040cm-1为v=C-H；1460cm-1为苯骨架振动；1010cm-1，为vC-O；690与740cm-1为苯单取代δC-H7、化合物C4H5N，红外吸收峰：3080,2960,2260,1647,990和935cm-1，其中1865为弱带，推导结构。解：Ω=4+1+)251(=3CH2=CHCH2C≡N3080cm-1为v=C-H；2960cm-1、2260cm-1为vC-H；1647cm-1为vC≡N；1418cm-1为δC-H；990cm-1和935cm-1为烯烃—取代δ=C-H7.一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)(B)CH2OH5答：由图可得，在2300cm-1左右的峰为C≡N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)8.下图是分子式为C8H8O化合物的红外光谱图,bp=202℃,试推测其结构。答：其结构为9.请根据下面的红外光谱图试推测化合物C7H5NO3（mp106℃）的结构式。6答：其结构为10.分子式为C8H16的未知物，其红外光谱如图，试推测结构。答：其结构为11.红外光区的划分？答：红外光按波长不同划分为三个区域：近红外区域（1-2.5微米）、中红外区域（2.5-25微米）、远红外区（25-1000微米）。12．振动光谱有哪两种类型？多原子分子的价键或基团的振动有哪些类型？同一种基团哪种振动的频率较高？哪种振动的频率较低?答：（1）振动光谱有红外吸收光谱和激光拉曼光谱两种类型。（2）价键或基团的振动有伸缩振动和弯曲振动。其中伸缩振动分为对称伸缩振动和非对称伸缩振动；弯曲振动则分为面内弯曲振动（剪式振动、面内摇摆振动）和面外弯曲振动（扭曲振动、面外摇摆振动）。1）伸缩振动：指键合原子沿键轴方向振动，这是键的长度因原子的伸缩运动发生变化。2）弯曲振动：指原子离开键轴振动，而产生键角大小的变化。（3）伸缩振动频率较高，弯曲振动频率较低。（键长的改变比键角的改变需要更大的能量）非对称伸缩振动的频率高于对称伸缩振动。713.说明红外光谱产生的机理与条件？答：（1）产生机理：当用红外光波长范围的光源照射物质时，物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，若振动频率恰与红外光波段的某一频率相等时就引起共振吸收，使光的透射强度减弱，使通过试样的红外光在一些波长范围内变弱，在另一些范围内则较强，用光波波长（或波数）对光的透过率作图，便可得到红外光谱（2）产生条件：1）辐射应具有能满足物质产生振动-转动跃迁所需的能量，即振动的频率与红外光谱谱段的某频率相等。2）辐射与物质间有相互偶合作用，即振动中要有偶极矩变化14．红外光谱图的表示法？答：红外吸收光谱图：不同频率IR光辐射于物质上，导致不同透射比，以纵座标为透过率，横座标为频率，形成该物质透过率随频率的变化曲线，即红外吸收光谱图。横坐标：波数cm-1或者波长μm，纵坐标：透过率%或者吸光度。15.红外光谱图的四大特征(定性参数)是什么？如何进行基团的定性分析？如何进行物相的定性分析？答：（1）红外光谱图的四大特征(定性参数)是：谱带的数目、谱带的位置、谱带的强度、谱带的形状。（2）进行基团的定性分析时，首先，观察特征频率区，根据基团的伸缩振动来判断官能团。（3）进行物相的定性分析：1）对于已知物：a、观察特征频率区，判断官能团，以确定所属化合物的类型b、观察指纹频率区，进一步确定基团的结合方式c、对照标准谱图进行比对，若被测物质的与已知物的谱图峰位置和相对强度完全一致，可确认为一种物质。2）对于未知物：8A、做好准备工作。了解试样的来源，纯度、熔点、沸点点各种信息，如果是混合物，尽量用各种化学、物理的方法分离B、按照鉴定已知化合物的方法进行16.何谓拉曼效应？说明拉曼光谱产生的机理与条件？答：（1）光子与试样分子发生非弹性碰撞，也就是说在光子与分子相互作用中有能量的交换，产生了频率的变化，且方向改变叫拉曼效应。（2）产生的机理：由于光子与试样分子发生非弹性碰撞，使得分子的极化率发生变化，最终使散射光频率和入射光频率有差异。17.请叙述CS2的拉曼和红外活性的振动模式？答：CS2对称伸缩振动时只有拉曼活性，反对称伸缩振动和弯曲振动时只有红外活性。18．比较拉曼光谱与红外光谱。答：（1）相同点：两光谱都属于分子振动光谱（2）不同点：1）两光谱的光源不同：拉曼光谱用单色光很强的激光辐射，频率在可见光范围；红外光谱用的是红外光辐射源，波长大于1000nm的多色光2）产生机理不同：拉曼光谱是分子对激光的散射，强度由分子极化率决定，其适用于研究同原子的非极性键振动，红外光谱是分子对红外光的吸收，强度由分子偶极矩决定，其适用于研究不同原子的极性键的振动。3）光谱范围不同：红外光谱的范围是4000-400cm-1,拉曼光谱的范围是4000-40cm-1.拉曼光谱的范围较红外光谱范围宽。4）制样、操作的不同：a、在拉曼光谱分析中水可以作溶剂，但是红外光谱分析中水不能作为溶剂。b、拉曼光谱分析中样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器中直接测定，但红外光谱分析中不能用玻璃容器测定。c、拉曼光谱分析中固体样品可直接测定，但红外光谱分析中固体样品需要研磨制成KBr压片。919．红外与拉曼活性判断规律？指出下列分子的振动方式哪些具有红外活性、哪些具有拉曼活性。为什么？（1）O2、H2（2）H2O的对称伸缩振动、反对称伸缩振动和弯曲振动。答：（一）红外与拉曼活性判断规律：产生偶极矩变化有红外活性，反之没有。分子极化率变化有拉曼活性，反之没有，凡有对称中心的分子，其分子振动仅对红外和拉曼之一有活性；凡无对称中心的分子，大多数分子振动对红外和拉曼都是有活性的；少数分子的振动即红外非活性又拉曼非活性。（二）（1）O2、H2都有两个原子，且为线性分子，所以其振动形式有3n-5=3*2-5=1中，即对称伸缩振动，它们分子的振动是拉曼活性，红外非活性，因为它们是对称分子，其振动中并没有偶极矩的变化，有极化率的变化。（2）H2O分子中有3个原子，且为非线性分子，所以其振动形式有3n-6=3*3-6=3种，即对称伸缩振动、反对称伸缩振动和弯曲振动三种振动都对红外和拉曼都具有活性，因为水分子为无对称中心的分子，其振动同时使偶极矩和极化率产生变化。20、比较红外与拉曼光谱分析的特点。什么样的分子的振动具有红外或拉曼活性？答：拉曼光谱是分子对激光的散射，强度由分子极化率决定，其适用于研究同原子的非极性键振动，与红外光谱分析相比，拉曼光谱的特点：1）光谱范围较红外光谱宽，为40-4000cm-1；2）水可以作溶剂；3）样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器中直接测定；4）固体样品可直接测定；5）激光方向性强，光束发散小（1-2μ）可测定一定深度的微区样品；如测包裹体中的物质；6)合频、倍频谐波少甚至无；图谱简单。1021、何为有机基团的IR特征吸收峰？影响红外吸收峰发生移动的因素有哪些？答:（1）总结大量红外光谱资料后，发现具有同一类型化学键或官能团的不同化合物，其红外吸收频率总是出现在一定的波数范围内，我们把这种能代表某基团，并有较高强度的吸收峰，称为该基团的特征吸收峰。（2）影响红外吸收峰发生移动的因素可分为两类：一是内部结构因素，二是外部因素。1）内部因素：①电子效应:A.成键轨道类型;B.诱导效应;C.诱导效应;②空间效应:A.场效应;B.空间障碍;C.跨环效应;D.环张力;③氢键效应;④互变异构;⑤振动偶合效应;⑥样品的物理状态的影响.2）外部因素：①溶剂影响:极性基团的伸缩频率常常随溶剂的极性增大而降低;②仪器的色散元件：A.棱镜：分辨率低;B:光栅：分辨率高。22、请叙述碳纳米管拉曼光谱中三个不同拉曼位移的物理意义。0.00.51.01.52.02.53.0Intensity(cnt/sec)500100015002000RamanShift(cm-1)碳纳米管研究12311答：特征峰1是碳纳米管的直径，特征峰2是D带——缺陷信息，特征峰3是切向伸缩模式——电子特性。23、解释名词：（1）拉曼散射与瑞利散射（2）Stokes线与anti-Stokes线（3）拉曼位移（4）拉曼光谱的表面增强效应（SERS）答：（1）单色光照射透光的样品，大部分的光被透过，小部分被散射。散射分两类：1）拉曼散射（RamanScattering）：光子与样品分子发生非弹性碰撞，不仅光子方向改变且有能量交换；2）瑞利散射（RayleighScattering）：光子与样品分子发生弹性碰撞，无能量交换，仅改变方向；（2）STOKES线：光子将部分能量给样品分子，散射光的能量减少，在低频处测得的散射光线；ANTI-STOKE