Metody badania struktury związków chemicznych, część "spektro". 1

Imię i nazwisko: ................................................................................................ Warszawa, 16.01.2004 r.

Zadanie 1

W widmie UV butadienu, zmierzonym w temp. 300K, występuje pasmo absorpcji dla λ = 114,2 nm. Zakładając przybliżenie energii elektronów π modelem cząstki w pudle potecjału wyznaczyć względne obsadzenie poziomów energetycznych, pomiędzy którymi nastąpiło przejście. Wykazać, że przejście to jest dozwolone.

Zadanie 2

W widmie Ramana cząsteczki ⁷⁹Br₂ składowa Rayleigha występuje przy v_o=22938 cm^-1. W obszarze pasm stokesowskich znaleziono pasmo przy V₁=22617 cm^-1. Zakładając przybliżenie oscylatorem harmonicznym wyznaczyć położenie składowej antystokesowskiej v₂ oraz obliczyć stałą siłową w cząsteczce ⁷⁹Br₂. Naszkicować widmo. Przedstawić problem na odpowiednim diagramie poziomów energetycznych. Wyznaczyć położenie pasm stokesowskiego i antystokesowskiego w widmie Ramana bromu ⁸¹Br₂ naświetlanego tym samym promieniowaniem.

Zadanie 3

Na przykładzie kwasu α-metylowalerianowego CH₃-CH₂-CH₂-CH(CH₃)-COOH (M=116) omówić rozpad α oraz przegrupowanie McLafferty'ego w alifatycznych kwasach karboksylowych (badania MS), Narysować widmo. Jakie pasma (podać wartości m/z) wystąpią w tym widmie. Przedstawić przykład tworzenia piku metastabilnego w widmie tego kwasu.

Zadanie 4

Funkcje falowe stanów dla energii elektronowej, oscylacyjnej i rotacyjnej, przybliżonych odpowiednio modelami: cząstki w pudle, oscylatora harmonicznego i rotatora sztywnego,
są funkcjami własnymi odpowiednich hamiltonianów: H(x), H(q) i H(ϑ,φ).

Podać postacie wyrażeń wyjściowych, pozwalających obliczyć lub sprawdzić:

- średnią wartość pędu oscylatora harmonicznego w drugim stanie wzbudzonym,

- średnią wartość położenia oscylatora harmonicznego w stanie podstawowym,

- średnią wartość energii całkowitej rotatora sztywnego w pierwszym stanie wzbudzonym,

- czy dozwolone są przejścia energetyczne: elektronowe l→3, oscylacyjne l→2, rotacyjne 4→7,

- czy funkcja Ψ_n(x) jest funkcją własną H(x).

Zadanie 5

W widmie ^lH NMR związku C₈H₈O₂ zaobserwowano następujące sygnały δ^lH: 9,81 (s, 1H), 7,62 (d, 2H), 7,11 (d, 2H), 4,51 (s, 3H). Dublety wykazują tę samą stałą sprzężenia. Określić strukturę związku. Zinterpretować sygnały w widmie.

Zadanie 6

Wiedząc, że operator kwadratu długości wektora momentu pędu komutuje z operatorami swoich składowych i z operatorem Hamiltona dla rotatora sztywnego podać postacie wyrażeń wyjściowych pozwalających obliczyć wartości długości tego wektora i jego składowej zetowej. Usytuować w przestrzeni wektor dla j = 2. Funkcją własną hamiltonianu jest funkcja Y_j,m

Zadanie 7

Narysować przewidywane widmo ¹H NMR związku o strukturze:

Określić orientacyjne położenia sygnałów w widmie. Podać intensywności poszczególnych sygnałów, również w multipletach. Przypisać sygnały odpowiednim grupom protonów. Narysować diagram poziomów energetycznych uzasadniający rozszczepienie sygnałów. Narysować możliwe ułożenia przestrzenne spinu protonu wchodzącego w rezonans. Obliczyć wartości długości wektora spinu i jego składowej zetowej.

Zadanie 8

Na przykładzie roztworu N,N-dimetyloformamidu w ksylenie omówić wpływ efektów dynamicznych na widmo NMR. Narysować odpowiednie widma. Wykazać przydatność spektroskopii ^lH NMR w badaniach wewnętrznej rotacji.