现代物理实验方法的应用PPT课件

1、1. 指出下列化合物能量最低的电子跃迁的类型。指出下列化合物能量最低的电子跃迁的类型。 CH3CH2CHCH2CH3CH2CHCH3OHCH3CH2CCH3OCH3CH2OCH2CH3CH2CHCHO答: (1) * (2)n* (3)n* (4)n* (5) *第1页/共29页2. 按紫外吸收波长长短的顺序，排列下列各组化按紫外吸收波长长短的顺序，排列下列各组化合物：合物： OOOCH3CH2CHCHCH2CH2CH2CH3CHCHCHCH2(1) 紫外光吸收波长由长到短的顺序为OCH3OO(共轭体系越大，共轭体系上的助色基团越多，紫外吸收波长越长)(2)CH3CHCHCHCH2CH2CHC

2、HCH2CH2CH2 第2页/共29页(3) CH3ICH3BrCH3Cl (电子跃迁方式为电子跃迁方式为n*，其，其中碘的能量最低，氯的能量最高中碘的能量最低，氯的能量最高) (4) (吸电子基为助色基，硝基吸电子性强于氯吸电子基为助色基，硝基吸电子性强于氯) (5) 反反-1,2-二苯基乙烯二苯基乙烯顺顺-1,2-二苯基乙烯二苯基乙烯(前者分子前者分子共平面性强于后者，共轭程度高共平面性强于后者，共轭程度高) 顺顺-1,2-二苯乙烯和反二苯乙烯和反-1,2-二苯乙烯二苯乙烯CH3ClCH3ICH3BrClNO2第3页/共29页3. 指出哪些化合物可在近紫外区产生吸收指出哪些化合物可在近紫外

3、区产生吸收带：带： CH3CH2CHCH3CH3CH3CH2OCH(CH3)2CH3CH2CCHCH3CCH2CH3OCH2COCH2CHCHCHCH3 答：只有孤立双键或叁键的n*跃迁以及共轭体系的*跃迁才能在近紫外区(波长200nm)产生吸收带。由于化合物(1)、(2)、(3)中都没有这些跃迁，所以可以预测，可在近紫外区产生吸收带的是(4)、(5)和(6)。 第4页/共29页4. 图图8-34和图和图8-35（课本（课本223面）分别是乙酸乙面）分别是乙酸乙酯和酯和1-己烯的红外光图，试识别各图的主要吸收己烯的红外光图，试识别各图的主要吸收峰。峰。 答：(1)乙酸乙酯的红外谱图中： 298

4、0cm-1：甲基、亚甲基的伸缩振动产生的吸收峰； 1742cm-1：CO伸缩振动产生的吸收峰； 1374cm-1：弯曲振动产生的吸收峰； 1240cm-1：羰基O的伸缩振动产生的吸收峰； 1047cm-1：烷基O的伸缩振动产生的吸收峰； 第5页/共29页 (2) 1-己烯的红外谱图中： 3070cm-1:CH的伸缩振动产生的吸收峰； 2960cm-1:甲基CH的不对称伸缩振动吸收峰； 2926cm-1：亚甲基CH的不对称伸缩振动吸收峰； 2866cm-1：CH的对称伸缩振动吸收峰； 1641cm-1：CC的伸缩振动吸收峰； 1460cm-1：CH2的面内弯曲振动吸收峰； 1379cm-1：CH

5、3的面内弯曲振动吸收峰； 910 cm-1：RCH=CH2式烯烃CH的面外弯曲振动吸收峰； 第6页/共29页5. 指出如何应用红外光谱来区分下列各对异构指出如何应用红外光谱来区分下列各对异构体：体： CH3CHCHCOHCH3CCCH2OH和和HCH5C6CC6H5HH5C6CHCC6H5H答： (1) 2-丁烯在16001700cm-1附近有羰基和C=C的吸收峰；2-丁烯醇在3500cm-1附近有O-H吸收峰，在2100cm-1附近有CC吸收峰； (2) 反-1,2-二苯基乙烯在980cm-1附近有强吸收峰，而顺-1,2-二苯基乙烯只在730650cm-1附近有弱的吸收峰； 第7页/共29页

6、(3) 前者有共轭结构，羰基峰红移到前者有共轭结构，羰基峰红移到1700cm-1附近，而后附近，而后者无共轭结构，羰基峰在者无共轭结构，羰基峰在1720 cm-1附近。附近。(4) 前者在前者在1950cm-1附近有丙二烯的特征吸收，后者的附近有丙二烯的特征吸收，后者的C=C吸收峰在吸收峰在1640cm-1附近。附近。(5) 前者由于共轭的影响，在前者由于共轭的影响，在1930cm-1附近有丙二烯的附近有丙二烯的特征吸收，而后者在特征吸收，而后者在2000cm-1以上无吸收。以上无吸收。 COCH3COCH3和和和CCH2CH5C6H5C6CCCNCH3CH5C6CNCHCH2H5C6第8页/

7、共29页6. 化合物化合物E，分子式为，分子式为C8H6，可使，可使Br2-CCl4溶液溶液褪色，用硝酸银氨溶液处理，有白色沉淀生成，褪色，用硝酸银氨溶液处理，有白色沉淀生成，E的红外光谱如图的红外光谱如图8-36所示（课本所示（课本224面）。面）。E的结的结构是什么？构是什么？ 答：不饱和度U810.5(06)64，因此化合物结构中可能有苯环，根据实验事实推断，高化合物可能的结构为： 其红外谱图中在：3300cm-1为CH伸缩振动吸收峰，3080cm-1为苯环氢的伸缩振动吸收峰，2110cm-1为CC吸收峰，1600cm-1和1500 cm-1为苯环骨架振动吸收峰，756 cm-1和691

8、cm-1的吸收峰说明苯环为单取代，所以可以肯定化合物的判定结构。 第9页/共29页7. 试解释下列现象：乙醇以及乙二醇四氯化碳浓溶液的红外试解释下列现象：乙醇以及乙二醇四氯化碳浓溶液的红外光谱在光谱在3350 cm-1处都有一个宽的处都有一个宽的O-H吸收带。当用四氯化吸收带。当用四氯化碳稀释这两种醇溶液时，乙二醇的光谱的这个吸收带不变，碳稀释这两种醇溶液时，乙二醇的光谱的这个吸收带不变，而乙醇光谱的这个带被在而乙醇光谱的这个带被在3600 cm-1 一个尖峰所代替。一个尖峰所代替。 答：在浓溶液中，乙醇分子间距离较小，形成了分子间氢键，而乙二醇分子中则存在分子内氢键，所以二者出现缔合氢键吸收

9、峰；而在稀溶液中，乙醇分子中的氢键被减弱，所以在3600cm-1附近出现吸收峰，而乙二醇分子中氢键依然存在，所以吸收峰位置不变。 第10页/共29页8. 预计下列每个化合物将有几个核磁共振信预计下列每个化合物将有几个核磁共振信号？号？ CH3CH2CH2CH3CH3CHCH2OCH3CHCH2OH3CHcHaHbdCCH3CHcHaHbd答：答：(1) 存在两种质子CH2和CH3，故有两组1HNMR吸收信号。 (2) 四组1HNMR吸收信号： Ha: 二重峰，Hb: 二重峰，Hc: 复杂峰，Hd: 二重峰; (3) 四组1HNMR吸收信号： 甲基为二重峰，其他裂分为复杂峰；第11页/共29页(

10、4) 两组两组1HNMR吸收信号：吸收信号： 甲基为二重峰，烯烃氢为四重峰甲基为二重峰，烯烃氢为四重峰.(5) 四组四组1HNMR吸收信号：化合物中吸收信号：化合物中C2为手性碳，为手性碳， 使使Ha和和Hb磁性不等同。甲基为二重峰，磁性不等同。甲基为二重峰，Hc为复杂峰，为复杂峰， Ha和和Hb与测定时的温度有关。与测定时的温度有关。(6) 一个一个1HNMR吸收信号。吸收信号。(7) 三组三组1HNMR吸收信号：吸收信号： Ha为单峰，为单峰， Hb为七重峰，为七重峰，Hc为双峰。为双峰。(8) 四组四组1HNMR吸收信号：吸收信号： 反反-2-丁烯丁烯 1,2-二溴丙烷二溴丙烷 CH2B

11、rCl (8)(8) 2-氯丁烷氯丁烷 COOCH(CH3)2CH3CCH3CCH3HHBrCHaHbCHCH3BrcdCH3CCH(CH3)2OabcCH3CHCH2ClCH3abcd答：答：第12页/共29页9. 写出具有下列分子式但仅有一个核磁共振信号的化合物结写出具有下列分子式但仅有一个核磁共振信号的化合物结构式：构式： C5H12 C3H6 C2H6O C3H4 C2H4Br2 C4H6 C8H18 C3H6Br2答：(1) C(CH3)4 (2)不饱和度为1，所有氢原子等同，所以该化合物为环丙烷 (3)CH3OCH3 (4)不饱和度为2，所有氢原子等同，所以该化合物为丙二烯 (5)

12、BrCH2CH2Br (6)不饱和度为2，所有氢原子等同，所以该化合物为2-丁炔 (7)(CH3)3CC(CH3)3 (8)CH3CBr2CH3第13页/共29页10. 二甲基环丙烷有三个异构体，分别给出二甲基环丙烷有三个异构体，分别给出2，3和和4个核磁共振信号，试画出这三个异构体的构型个核磁共振信号，试画出这三个异构体的构型式。式。 答：给出两组信号的是： 给出三组信号的是： 给出四组信号的是：CH3CH3H3CCH3HHH3CCH3HHHH第14页/共29页11. 按化学位移按化学位移值的大小，将下列每个化合物的核磁值的大小，将下列每个化合物的核磁共振信号排列成序。共振信号排列成序。 C

13、H3CH2CH2CH3CH3CHCHCH3CH3CH2OCH2CH3C6H5CH2CH2CH3Cl2CHCH2ClClCH2CH2CH2BrCH3CHOCH3COOCH2CH3答： (1) CH2 CH3 (2) =C-H CH3 (3) CH2 CH3 (4) C6H5 ArCH2 CH2 CH3 (5) CHCl2 CH2Cl (6) CH2Cl CH2Br CH2 (7) CHO CH3 (8) OCH2 CH3CO CH3第15页/共29页12. 在室温下，环己烷的核磁共振谱只有一个信号，但在在室温下，环己烷的核磁共振谱只有一个信号，但在-100时分裂成两个峰。试解释环己烷在这两种不同

14、温度时分裂成两个峰。试解释环己烷在这两种不同温度下的下的NMR图图。 答：环己烷在常温，主要按照椅实构象存在。构象中存在六个 a 键和六个e 键：常温下，通过转环作用，这六种氢原子可以快速是互相转化而达到平衡，所以只有一组信号；但当温度降低时，转环作用大大减慢，两种键达到不平衡，所以会产生两组信号。HHHHHHHHHHHH第16页/共29页13. 化合物化合物A，分子式为，分子式为C9H12，图，图8-37和图和图8-38(课本课本225面面)分别是它的核磁共振谱和红外光谱，写出分别是它的核磁共振谱和红外光谱，写出A的机的机构。构。答：不饱和度U=910.5(012)4，所以有苯环存在； IR

15、中，3030cm-1、1602cm-1和1602cm-1处的吸收峰也证明了苯环的存在； 1HNMR中，7.0处有四个质子吸收信号，说明该化合物为二取代苯； IR中，在指纹区698cm-1和780cm-1处的吸收峰说明该化合物为间二取代苯； 1HNMR中，有一个四重峰和一个三重峰以及一个含三个氢原子的单峰，说明分子内有一个甲基和一个乙基； 综合上述分析，该化合物结构为：H3CCH2CH3第17页/共29页14. 推测具有下列分子式及核磁共振谱推测具有下列分子式及核磁共振谱(课本课本225和和226面面)的化合物的构造式，并标出各组峰的相的化合物的构造式，并标出各组峰的相对面积。对面积。答：(a)

16、化合物具有一组七重峰和一组二重峰，说明具有异丙基结构，所以化合物结构为(CH3)2CHI。两组峰相对面积之比为1:6； (b)化合物在5.9附近出现四重峰，在2.2附近出现二重峰，说明化合物中具有CH3CH结构，根据分子式可以判断化合物为CH3CHBr2。两组峰相对面积之比为1:3； (c)化合物在5.9附近出现三重峰，在2.0附近出现五重峰，结合所给分子式可以判断化合物结构为ClCH2CH2CH2Cl，两组峰相对面积之比为1:2；第18页/共29页15. 从以下数据推测化合物的结构：实验式：从以下数据推测化合物的结构：实验式：C3H6O ；NMR：1.2 (6H)单峰单峰 ，2.2(3H)单

17、峰，单峰，2.6(2H)单峰，单峰，4.0(1H)单峰；单峰；IR:在在1700 cm-1 及及3400 cm-1 处有吸收带。处有吸收带。 答：根据1HNMR数据可以算出，化合物具有12个氢原子，所以化合物分子式为C6H12O2； 不饱和度U610.5(012)1，说明化合物中具有一个双键； 1700cm-1处和3400cm-1处的吸收说明分子中具有羟基和羰基； 1HNMR数据可以看出，化合物中具有两个化学位移相同的甲基 (1.2)和一个2.2处的甲基，以及一个2.6处的亚甲基，4.1处的H为羟基H，因此该化合物的结构为： CH3COCH2CCH3CH3OH第19页/共29页16. 用用1m

18、ol CH3CH2CH3和和2mol Cl2进行自由基氯化反应，生成进行自由基氯化反应，生成氯化混合物，小心分馏得到四种二氯丙烷氯化混合物，小心分馏得到四种二氯丙烷A、B、C、D的结构。的结构。化合物化合物A：（：（bp 69）值值2.4(6H)单峰单峰化合物化合物B：（：（bp 88）值值1.2(3H)三重峰，三重峰，1.9(2H)多重峰，多重峰，5.8(1H)三重峰三重峰化合物化合物C：（：（bp 96）值值1.4(3H)二重峰，二重峰，3.8(2H)二重峰，二重峰，4.3(1H)多重峰多重峰化合物化合物D：（：（bp 120）值值2.2(2H)五重峰，五重峰，3.7(4H)三重峰三重峰答

19、：(1) 化合物A只有一个6H的单峰，说明具有两个甲基，所以化合物A的结构为CH3CCl2CH3； (2) 化合物B具有三组三重峰，说明化合物中具有亚甲基。所以该化合的结构为CH3CH2CHCl2； (3) 化合物C含两组两重峰，说明中间碳原子只有一个氢原子，所以该化合物为：CH3CHClCH2Cl； (4) 化合物D出现一组五重峰和一组三重峰，说明化合物中具有CH2CH2CH2结构，所以该化合物的结构为：ClCH2CH2CH2Cl； 第20页/共29页17. 化合物A，分子式C5H8，催化氢化后，生成顺-1,2-二甲基环丙烷。写出A的可能结构。已知A在890 cm-1 处没有红外吸收，A的可

20、能结构又是什么？ A的NMR图在值2.2和值1.4处有共振信号，强度比为3:1，A的结构如何？在A的质谱中，发现基峰是m/z 67，这个峰是由什么离子造成的？如何解释它的丰度？ H3CCH3H2CCH3HH3CCH3Hiiiiii答：答：(1)由化合物的分子式及催化氢化产物可以计算出，该化合物由化合物的分子式及催化氢化产物可以计算出，该化合物 的不的不饱和度饱和度U510.5(08)2，说明化合物中具有一个双键和一，说明化合物中具有一个双键和一个环；催化氢化后得到个环；催化氢化后得到1,2-二甲基环丙烷，所以该化合物可能的结构为：二甲基环丙烷，所以该化合物可能的结构为：第21页/共29页H3C

21、CH3HH-eH3CCH3+-HHH3CCH3(2)890cm-1处没有吸收，说明化合物没有环外双键结，所以可以排除化合物(ii)的存在；(3)1HNMR数据中，A只有两组吸收峰，且强度比为3:1，所以可以判断化合物A的结构为(i)；(4)A的分子量为68，而基峰为m/z=67, 即M-1峰，所以该基峰的形成过程为： 由于环丙基正离子具有芳香性，较稳定，所以丰度较高。第22页/共29页18.均三甲苯的均三甲苯的NMR图图值值2.35(9H)单峰；单峰；值值6.70(3H)单峰。在单峰。在 液态液态SO2中，用中，用HF和和SbF5处理均三甲苯，在处理均三甲苯，在NMR图上看到的都是单峰，图上看

22、到的都是单峰，值值2.8(6H)，值值2.9(3H)，值值4.6(2H)，值值7.7(2H)。这个谱是由什么化合物产生。这个谱是由什么化合物产生的？标明它们的吸收峰。的？标明它们的吸收峰。答：均三甲苯在液态SO2中用HF和SbF5处理时，发生质子对苯环的亲电进攻，形成-络合物：CH3CH3H3CHHH(2.35)(6.70)+ HF-SbF5SO2 (l)-SbF6-CH3CH3H3CHHHH+aabcddc2.8 6Ha: 2.9 3Hb: 4.6 2Hc: 7.7 2Hd: 第23页/共29页19. 1,2,3,4，-四甲基-3,4-二氯环丁烯（I）的NMR图在值1.5和值2.6各有一个单

23、峰,当把(I)溶解在SbF5和二氧化硫的混合物中时,溶液的NMR图开始呈现三个单峰， 值2.05(3H)，值2.20(3H)，值2.65(6H)，但几分钟以后,出现一个新的谱,只在值3.68处有一单峰。推测中间产物和最终产物的结构，并用反应式表示以述变化。答：反应过程如下所示：ClClCH3CH3CH3CH3SbF5SO2CH3CH3ClCH3H3C+CH3CH3H3CH3C2+aabbccabaaaaa: 2.6b: 1.5a: 2.20b: 2.05c: 2.65a: 3.68第24页/共29页20. 某化合物的分子式为C7H8O其13C1H谱中各峰的值分别为140.8、128.2、127

24、.2、126.8和64.5，而这些峰在偏共振去偶谱中分别表现为单峰、二重峰、二重峰、二重峰和三重峰。其1H NMR谱有三个单峰，值分别为7.3(5H)、4.6(2H)和2.4(1H)。试推出该化合物的结构式。 答：不饱和度U710.5(0-8)4，结合13C NMR和1H NMR数据可以推断，该化合物为单取代苯。从1HNMR数据和质子数目比，可以推断该化合物结构为： NMR数据的归属如下：13C NMR：C1: 140.8; C2: 128.2; C3: 127.2; C4: 126.8; C5: 64.5;1H NMR：芳氢：7.3 (5H); 亚甲基氢：4.6 (2H); 羟基氢：2.4

25、(1H);CH2OH12345第25页/共29页21.一化合物的分子式为一化合物的分子式为C5H10O，其红外光谱在，其红外光谱在1700 cm-1处有强吸收，处有强吸收，1H NMR谱在谱在值值910处无吸收峰。处无吸收峰。从质谱知，其基峰从质谱知，其基峰m/z为为57，但无，但无m/z在在43和和71的峰，试的峰，试确定该化合物的结构式。确定该化合物的结构式。答：不饱和度U510.5(010)1，说明分子中具有一个双键；IR中在1700cm-1处有强吸收，说明分子中具有羰基；1HNMR在910处没有吸收，说明无醛的结构存在；因此该化合物可能的结构有：i: CH3CH2CH2COCH3；ii

26、: CH3CH2COCH2CH3；iii: (CH3)2CHCOCH3根据MS，化合物i和iii在m/z为43和71处都会有吸收峰，按题意，该化合物为ii，即3-戊酮。第26页/共29页22. 戊酮有三个异构体戊酮有三个异构体,A的分子离子峰的的分子离子峰的m/z为为86，并在，并在m/z为为71和和43处各有一个强峰，但在处各有一个强峰，但在m/z为为58处没有峰；处没有峰；B在在m/z为为86、57处各处各有一个强峰，但没有有一个强峰，但没有m/z为为43、71的强峰；的强峰；C有一个有一个m/z为为58的强峰。的强峰。试推出这三个戊酮的构造式。试推出这三个戊酮的构造式。答：戊酮的三种异构体分别为： i: CH3CH2CH2COCH3 ii: CH3CH2COCH2CH3 iii: (CH3)2CHCOCH3 结构iii在MS中主要发生-断裂，将形成m/z为43(对应于离子CH3CO+)和71(对应于离子(CH3)2CHCO+)吸收峰，所以A的结构为(CH3)2CHCOCH3； 结构ii在MS中形成的m/z为57的吸收峰对应于碎片离子CH3C