《波谱分析》期末cc.docx

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《波谱分析》期末cc

《波谱分析》期末考试题B

一、判断题正确填‘R’,错误的填‘F’（每小题2分，共12分）

1.紫外吸收光谱、红外吸收光谱、核磁共振波谱和质谱是有机结构分析的四种主要的有机光谱分析方法，合称四大谱。

（）

2.电磁辐射的波长越长，能量越大。

（）

3.根据N规律，由C，H，O，N组成的有机化合物，N为奇数，M一定是奇数；N为偶数，M也为偶数。

（）

4.核磁共振波谱法与红外光谱法一样，都是基于吸收电磁辐射的分析法。

（）

5.当分子受到红外激发，其振动能级发生跃迁时，化学键越强吸收的光子数目越多。

（）

6.（CH3）4Si分子中1H核共振频率处于高场，比所有有机化合物中的1H核都高。

（）

二、选择题（每小题2分，共30分）.

1.光或电磁辐射的二象性是指（）

A电磁辐射是由电矢量和磁矢量组成。

B电磁辐射具有波动性和电磁性

C电磁辐射具有微粒性和光电效应D电磁辐射具有波动性和微粒性

2.光量子的能量与电磁辐射的的哪一个物理量成正比（）

A频率B波长C周期D强度

3.可见光区、紫外光区、红外光区和无线电波四个电磁波区域中，能量最大和最小的区域分别为（）

A紫外光区和无线电波B紫外光区和红外光区

C可见光区和无线电波D可见光区和红外光区

4.在质谱图中，CH2Cl2中M：

（M+2）：

（M+4）的比值约为：

（）

A1：

2：

1B1：

3：

1C9：

6：

1D1：

1：

1

5.下列化合物中，分子离子峰的质核比为偶数的是（）

AC8H10N2OBC8H12N3CC9H12NODC4H4N

6.CI-MS表示（）

A电子轰击质谱B化学电离质谱C电喷雾质谱D激光解析质谱

7.红外光可引起物质的能级跃迁是（）

A分子的电子能级的跃迁，振动能级的跃迁，转动能级的跃迁

B分子内层电子能级的跃迁

C分子振动能级及转动能级的跃迁

D分子转动能级的跃迁

8.红外光谱解析分子结构的主要参数是（）

A质核比B波数C偶合常数D保留值

9.某化合物在1500~2800cm-1无吸收，该化合物可能是（）

A烷烃B烯烃C芳烃D炔烃

10.在偏共振去偶谱中，RCHO的偏共振多重性为（）

A四重峰B三重峰C二重峰D单峰

11.化合物CH3-CH=CH-CH=O的紫外光谱中，λmax=320nm（εmax=30）的一个吸收带是（）

AK带BR带CB带DE2带

12.质谱图中强度最大的峰，规定其相对强度为100%，称为（）

A分子离子峰B基峰C亚稳离子峰D准分子离子峰

13.化合物CH3CH2CH3的1HNMR中CH2的质子信号受CH3偶合裂分为（）

A四重峰B五重峰C六重峰D七重峰

14.分子式为C5H10O的化合物，其NMR谱上只出现两个单峰，最有可能的结构式为（）

A（CH3）2CHCOCH3B（CH3）3C-CHO

CCH3CH2CH2COCH3DCH3CH2COCH2CH3

15.在偏共振去偶谱中，R-CN的偏共振多重性为（）

AqBtCdDs

三、简答题（每小题4分，共16分）

1.什么是氮规则？

能否根据氮规则判断分子离子峰？

2.试述核磁共振产生的条件是什么？

3.红外光谱分为哪几个区及各区提供哪些结构信息？

4.什么是K带？

什么是R带？

四、分子式为C4H6O2，红外光谱如下，试推其结构,并说明依据。

（14分）

五、化合物F[CH3SCH2CH（OH）CH3]的质谱如下，解释其主要碎片离子。

（14分）

六、化合物C8H8O2,根据如下的NMR谱图确定结构，并说明依据。

（14分）

《波谱分析》期末考试题答案B

一、判断题

1R2F3R4R5F6F

二、选择题

1D2A3A4C5A6B7C8B9A10C11B12B13D14B15D

三、问答题

1什么是氮规则？

能否根据氮规则判断分子离子峰？

答：

（1）在有机化合物中，不含氮或含偶数氮的化合物，分子量一定为偶数（单电荷分子离子的质核比为偶数）；含奇数氮的化合物分子量一定为奇数。

反过来，质核比为偶数的单电荷分子离子峰，不含氮或含偶数个氮。

（2）可以根据氮规则判断分子离子峰。

化合物若不含氮，假定的分子离子峰质核比为奇数，或化合物只含有奇数个氮，假定的分子离子峰的质核比为偶数，则均不是分子离子峰。

2试述核磁共振产生的条件是什么？

答

（1）自旋量子数I≠0的原子核，都具有自旋现象，或质量数A或核电荷数二者其一为奇数的原子核，具有自旋现象。

（2）自旋量子数I=1/2的原子核是电荷在核表面均匀分布的旋转球体，核磁共振谱线较窄，最适宜于核磁共振检测，是NMR研究的主要对象。

3红外光谱分为哪几个区及各区提供哪些结构信息？

答：

红外光谱分四个区：

（1）第一峰区（3700-2500cm-1）：

此峰区为X-H伸缩振动吸收范围。

X代表O,N,C对应于醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯烃、芳烃及饱和烃类的O-H,N-H,C-H伸缩振动。

（2）第二峰区（2500-1900cm-1）：

三键，累积双键及B-H,P-H,I-H,Si-H等键的伸缩振动吸收谱带位于此峰区。

谱带为中等强度吸收或弱吸收。

（3）第三峰区（1900-1500cm-1）：

双键（包括C=O,C=C,C=N,N=O等）的伸缩振动谱带位于此峰区，对于判断双键的存在及双键的类型极为有用。

另外，N-H弯曲振动也位于此峰区。

（4）第四峰区（1500-400cm-1）：

此峰区又称指纹区，X-C键的伸缩振动及各类弯曲振动位于此峰区。

不同结构的同类化合物的红外光谱的差异，在此峰区会显示出来。

4什么是K带吸收？

什么是R带？

答

（1）共轭非封闭体系烯烃的π→π*跃迁均为强吸收带，ε≧104，称为K带吸收。

（2）n→π*跃迁λmax270-300nm,ε﹤100,为禁阻跃迁，吸收带弱，称R带。

四、（14分）

答：

（1）UN=2，可能含有烯基和羰基。

（2）3095cm-1（w）可能为=C-H的伸缩振动，结合1649cm-1（S）认为有烯基存在，该谱带强度大，说明该基团与极性基团相连，为与氧相连。

（3）1762cm-1（s）为C=O伸缩振动,结合1217cm-1（s，b）的C-O-C反对称振动和1138cm-1（s）的C-O-C的对称伸缩振动，认为分子中有酯基存在.

（4）1372cm-1（s）为CH3的弯曲振动；977cm-1（s）为反式烯烃的面外弯曲振动；877cm-1（m）的为同碳烯烃的面外弯曲振动。

结构式为：

五（14分）

六、（14分）

答：

（1）不饱和度UN=5，可能含有苯环

（2）δ=12.9，积分1H，单峰，推测可能含有-COOH

（3）δ=7～8，积分为4H,裂分为四重峰且峰型对称，推测可能含有苯环且是对位取代,

（4）δ=2.1积分为3H，单峰，推测为甲基-CH3

（5）组合后，可能的结构式为

结构验证：

其与不饱和度相符，与标准谱图对照结构正确

名词解析

发色团（chromophoricgroups）：

分子结构中含有π电子的基团称为发色团，它们能产生π→π*和n→π*跃迁从而你呢个在紫外可见光范围内吸收。

助色团（auxochrome）：

含有非成键n电子的杂原子饱和基团本身不吸收辐射，但当它们与生色团或饱和烃相连时能使该生色团的吸收峰向长波长移动并增强其强度的基团，如羟基、胺基和卤素等。

红移（redshift）：

由于化合物结构发生改变，如发生共轭作用引入助色团及溶剂改变等，使吸收峰向长波方向移动。

蓝移（blueshift）：

化合物结构改变时，或受溶剂的影响使吸收峰向短波方向移动。

增色效应（hyperchromiceffect）：

使吸收强度增加的作用。

减色效应（hypochromiceffect）：

使吸收强度减弱的作用。

吸收带：

跃迁类型相同的吸收峰。

指纹区（fingerprintregion）：

红外光谱上的低频区通常称指纹区。

当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征，反映化合物结构上的细微结构差异。

这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。

指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。

但该区中各种官能团的特征频率不具有鲜明的特征性。

共轭效应（conjugatedeffect）：

又称离域效应，是指由于共轭π键的形成而引起分子性质的改变的效应。

诱导效应（InductiveEffects）：

一些极性共价键，随着取代基电负性不同，电子云密度发生变化，引起键的振动谱带位移，称为诱导效应。

核磁共振：

原子核的磁共振现象，只有当把原子核置于外加磁场中并满足一定外在条件时才能产生。

化学位移：

将待测氢核共振峰所在位置与某基准物氢核共振峰所在位置进行比较，其相对距离称为化学位移。

弛豫:

通过无辐射的释放能量的途径核由高能态向低能态的过程。

分子离子：

有机质谱分析中，化合物分子失去一个电子形成的离子。

基峰：

　质谱图中表现为最高丰度离子的峰。

自旋偶合：

是磁性核与邻近磁性核之间的相互作用。

是成键电子间接传递的，不影响磁性核的化学位移。

麦氏重排（McLaffertyrearrangement）：

具有不饱和官能团C=X（X为O、S、N、C等）及其γ-H原子结构的化合物，γ-H原子可以通过六元环空间排列的过渡态，向缺电子（C=X+）的部位转移，发生γ-H的断裂，同时伴随C=X的β键断裂，这种断裂称为麦氏重排。

自旋偶合：

是磁性核与邻近磁性核之间的相互作用。

是成键电子间接传递的，不影响磁性核的化学位移。

自旋裂分：

因自旋偶合而引起的谱线增多现象称为自旋裂分。

5.紫外光谱的应用

（1）.主要用于判断结构中的共轭系统、结构骨架（如香豆素、黄酮等）

（2）.确定未知化合物是否含有与某一已知化合物相同的共轭体系。

（3）.可以确定未知结构中的共轭结构单元。

（4）.确定构型或构象

（5）.测定互变异构现象

6.分析紫外光谱的几个经验规律

（1）.在200~800nm区间无吸收峰，结构无共轭双键。

（2）.220~250nm，强吸收（max在104~2104之间），有共轭不饱和键（共轭二烯，,-不饱和醛、酮）

（3）.250~290nm，中等强度吸收（max1000~10000），通常有芳香结构。

（4）.250~350nm，中低强度吸收（10~100），且200nm以上无其他吸收，则含有带孤对电子的未共轭的发色团。

（羰基或共轭羰基）

（5）.有多个吸收峰，有的在可见区，则结构中可能有长链共轭体系或稠环芳香发色团。

如有颜色，则至少有4~5个共轭的发色团。

（6）.利用溶剂效应、pH影响：

增加溶剂极性：

K带红移、R带紫移，max变化大时，有互变异构体存在。

pH变化：

碱化后谱带红移，酸化后又恢复，则有酚羟基、烯醇存在；酸化后谱带紫移，有芳胺存在。

（2）.红外光谱原理

分子中键的振动频率：

分子的固有性质，它随着化学键力常数（K）的增大而增加，同时也随着原子折合质量（μ）的增加而降低

6.红外光谱在结构解析中的应用

（1）.确定官能团

（2）.确定立体化学结构的构型

（3）.区分构象异构体

（4）.区分互变异构体与同分异构体

5.红外光谱的重要吸收区段

波长（μm）

波数（cm–1）

键的振动类型

①2.7～3.3

3750～3000

OH,NH

②3.0～3.3

3300～3000

C—H,=CH，≡CH，Ar—H）（极少数可到2900cm–1）

③3.3～3.7

3000～2700

CH（—CH3,—CH2—，-CHO）

④4.2～4.9

2400～2100

C≡C,C≡N,—C≡C—C≡C—

⑤5.3～6.1

1900～1650

C═O（酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐）

⑥6.0～6.7

1680～1500

C═C（脂肪族及芳香族）,C═N

⑦6.8～7.7

1475～1300

δC—H（面内）,X—Y

⑧10.0～15.4

1000～650

δC═C—H,Ar—H（面外）

2.1H-NMR（氢核磁共振）

（1）.化学位移的定义

（2）.常见结构类型的质子化学位移

Ar-HC=CH≡CHRHCHCH2CH3

7.285.282.88～11.551.200.87

-COOH-CHOArOHROH（RNH2）

10～129～104～80.5～5

3.核磁共振（NMRspectroscopy）—碳谱（13C-NMR）

（1）.为结构解析提供的信息

化学位移（1～250）；分辨率高，谱线简单，可观察到不含质子基团；驰豫时间对碳谱是重要参数，可识别季碳，可给出化合物骨架信息。

缺点：

测定需要样品量多，测定时间长，而吸收强度一般不代表碳原子个数，与种类有关。

（2）.常见一些基团的化学位移值

①.脂肪C:

<50

②.连杂原子C:

C-O,C-N,C-S:

50-100

③.C-OCH3:

55;

④.糖端基C:

95-105

⑤.芳香碳,烯碳:

98-160

⑥.连氧芳碳:

140-165

⑦.C=O:

168-220

（3）.影响化学位移因素

①.碳的杂化方式：

sp3

②.碳核的电子云密度：

电子云密度，高场位移

③.取代基的诱导效应和数目：

取代基数目,影响，，诱导效应随相隔键的数目增加而减弱;随取代基电负性，

④.效应（γ-旁式,γ-gauch）效应：

较大基团对γ-位碳上的氢通过空间有一种挤压作用，使电子云偏向碳原子，使碳化学位移向高场移动，这种效应称为γ-效应。

其中γ-顺效应更强。

⑤.共轭效应：

与双键共轭,原双键端基C2，内侧C1，与羰基共轭,C=O的

⑥.分子内部作用：

分子内氢键使C=O的

1.质谱在有机化合物结构测定中的应用

（1）.测定正确的分子量

（2）.推断分子式

（3）.已知化合物的结构鉴定

（4）.未知化合物的结构鉴定

第五章综合解析（第1-3节）

（2）.综合解析中常用的谱学方法

①.13C-NMR

a.判定碳原子个数及其杂化方式

b.根据DEPT谱判定碳原子的类型

c.根据化学位移值判定羰基的存在与否及其种类

d.根据化学位移值判定芳香族或烯烃取代基的数目并推测取代基的种类

②.1H-NMR

a.根据积分曲线的数值推算结构中质子个数

b.根据化学位移值判定结构中是否存在羧酸、醛、芳香族、烯烃和炔烃质子

c.根据化学位移值判定结构中与杂原子、不饱和键相连的甲基、亚甲基和次甲基的存在与否

d.根据自旋-自旋偶合裂分判定集团的连接情况

e.根据峰形判定结构中活泼质子的存在与否

③.IR

a.判定结构中含氧官能团的存在与否

b.判定结构中含氮官能团的存在与否

c.判定结构中芳香环的存在与否

d.判定结构中烯烃、炔烃的存在与否和双键的类型

④.MS

a.根据准分子离子峰判定分子量

b.判定结构中氯、溴原子的存在与否

c.判定结构中氮原子的存在与否

d.简单的碎片离子可与其他图谱所获得的结构片段进行比较

2.结构解析的过程

（1）.分子式的推断

①.碳原子个数的推断

②.质子个数的推断

③.氧原子个数的推断

④.氮原子个数的推断

⑤.卤素存在与否的判定

⑥.硫、磷存在与否的判定

⑦.不饱和度的计算

2试述核磁共振产生的条件是什么？

答

（1）自旋量子数I≠0的原子核，都具有自旋现象，或质量数A或核电荷数二者其一为奇数的原子核，具有自旋现象。

（2）自旋量子数I=1/2的原子核是电荷在核表面均匀分布的旋转球体，核磁共振谱线较窄，最适宜于核磁共振检测，是NMR研究的主要对象。

4什么是K带吸收？

什么是R带？

答

（1）共轭非封闭体系烯烃的π→π*跃迁均为强吸收带，ε≧104，称为K带吸收。

（2）n→π*跃迁λmax270-300nm,ε﹤100,为禁阻跃迁，吸收带弱，称R带。

1什么是氮规则？

能否根据氮规则判断分子离子峰？

答：

（1）在有机化合物中，不含氮或含偶数氮的化合物，分子量一定为偶数（单电荷分子离子的质核比为偶数）；含奇数氮的化合物分子量一定为奇数。

反过来，质核比为偶数的单电荷分子离子峰，不含氮或含偶数个氮。

（2）可以根据氮规则判断分子离子峰。

化合物若不含氮，假定的分子离子峰质核比为奇数，或化合物只含有奇数个氮，假定的分子离子峰的质核比为偶数，则均不是分子离子峰。

3红外光谱分为哪几个区及各区提供哪些结构信息？

答：

红外光谱分四个区：

（1）第一峰区（3700-2500cm-1）：

此峰区为X-H伸缩振动吸收范围。

X代表O,N,C对应于醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯烃、芳烃及饱和烃类的O-H,N-H,C-H伸缩振动。

（2）第二峰区（2500-1900cm-1）：

三键，累积双键及B-H,P-H,I-H,Si-H等键的伸缩振动吸收谱带位于此峰区。

谱带为中等强度吸收或弱吸收。

（3）第三峰区（1900-1500cm-1）：

双键（包括C=O,C=C,C=N,N=O等）的伸缩振动谱带位于此峰区，对于判断双键的存在及双键的类型极为有用。

另外，N-H弯曲振动也位于此峰区。

（4）第四峰区（1500-400cm-1）：

此峰区又称指纹区，X-C键的伸缩振动及各类弯曲振动位于此峰区。

不同结构的同类化合物的红外光谱的差异，在此峰区会显示出来。

4．何谓化学位移?

它有什么重要性?

在1H－NMR中影响化学位移的因素有哪些？

答：

由于氢核在不同化合物中所处的环境不同，所受到的屏蔽作用也不同，由于屏蔽作用所引起的共振时磁场强度的移动现象称为化学位移．由于化学位移的大小与氢核所处的化学环境密切相关，因此有可能根据化学位移的大小来考虑氢核所处的化学环境，亦即有机物的分子结构特征．

由于化学位移是由核外电子云密度决定的，因此影响电子云密度的各种因素都会影响化学位移，如与质子相邻近的元素或基团的电负性，各项异性效应，溶剂效应，氢键等。

4试说明有机化合物的紫外吸收光谱的电子跃迁有哪几种类型及吸收带类型。

答：

跃迁的类型有：

*,n*,*,n*。

（1）σ→σ*跃迁：

σ→σ*跃迁需要的能量高，对应波长小于150nm，近紫外光谱观测不到。

（2）n→σ*跃迁：

含杂原子O,N,S,X饱和烃的衍生物，其杂原子未成键电子向σ*跃迁，其对应波长位于170-180nm，近紫外光谱观测不到。

（3）π→π*跃迁：

π电子较易激发。

非共轭跃迁，对应波长为160-190nm；共轭跃迁，π→π*能量降低，对应波长增大，红移到近紫外区或可见光区，强度大，称为K带。

（4）n→π*跃迁：

发生在碳原子或其他原子与带有未成键的杂原子形成的化合物中，如C=O,C=S,N=O等，跃迁波长位于270-290nm,但该跃迁为禁阻跃迁，出现弱吸收带，称为R带。

红外光谱，紫外光谱，核磁共振，质谱；1H-NMR，13C-NMR，2D-NMR；EI-MS，FAB-MS，ESI-MS。

答：

红外光谱：

以波长或波数为横坐标，以强度或其他随波长的性质为纵坐标所得到的反映红外射线与物质相互作用的谱图。

紫外光谱：

紫外光谱是分子中某些价电子吸收了一定波长的电磁波，由低能级跃近到高能级而产生的一种光谱，也称之为电子光谱。

核磁共振：

全旬是核磁共振成像又称自旋成像也称磁共振成像，是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。

质谱：

是一种测量离子荷质比的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。

各波谱技术名称和特点：

⑴红外光谱：

主要用于检查功能基；⑵紫外光谱：

主要用于检查共轭体系或不饱和体系大小；⑶核磁共振光谱：

主要用来提供分子中有关氢及碳原子的类型、数目、互相连接方式、周围化学环境，以及构型、构象的结构信息等；⑷质谱：

主要

波谱分析试题（A）

一、选择题：

每题1分，共20分

1、波长为670.7nm的辐射，其频率（MHz）数值为            （ ）

A、4.47×108                 B、4.47×107  

C、1.49×106                D、1.49×1010 

2、紫外光谱的产生是由电子能级跃迁所致，能级差的大小决定了（ ）

A、吸收峰的强度             B、吸收峰的数目

C、吸收峰的位置             D、吸收峰的形状

3、紫外光谱是带状光谱的原因是由于                        （ ）

A、紫外光能量大       

B、波长短

C、电子能级跃迁的同时伴随有振动及转动能级跃迁的原因

D、电子能级差大

4、化合物中，下面哪一种跃迁所需的能量最高？

               （ ）

A、σ→σ﹡                                     B、π→π﹡  

C、n→σ﹡                                       D、n→π﹡

5、n→π﹡跃迁的吸收峰在下列哪种溶剂中测量，其最大吸收波长最大（ ）

A、水                                               B、甲醇         

C、乙醇                                           D、正已烷

6、CH3-CH3的哪种振动形式是非红外活性的                   （ ）

A、νC-C                      B、νC-H    

C、δasCH                      D、δsCH

7、

化合物中只有一个羰基，却在1773cm-1和1736cm-1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

8、一种能作为色散型红外光谱仪的色散元件材料为：

            （ ）

A、玻璃                        B、石英  

C、红宝石                      D、卤化物结体

9、预测H2S分子的基频峰数为：

                            （ ）

A、4                           B、3    

C、2                           D、1

10、若外加磁场的强度H0逐渐加大时，则使原子核自旋能级的低能态跃迁到高能态所需的能量是如何变化的？

                     （ ）

A、不变