Metody badania struktury związków chemicznych, część "spektro". 3

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

Zadanie 1

W widmie IR chlorowodoru ¹H³⁵C1, zmierzonym w temp. 300K, występują m.in. pasma absorpcji dla 2885,9 cm^-1 (silne), 5668,0 cm^-1 (słabe) i 8347,0 cm^-1 (słabe). Zakładając przybliżenie energii drgań modelem oscylatora anharmonicznego zidentyfikować pasma, przedstawić przejścia energetyczne na odpowiednim diagramie i wyznaczyć względne obsadzenie poziomów energetycznych dla przejścia podstawowego.

Zadanie 2

W widmie rotacyjnym tlenku węgla ¹²C¹⁶O wystąpiły m.in. sąsiednie pasma o liczbach falowych: 11,51 cm^-1 i 15,35 cm^-1. Obliczyć:

- moment bezwładności cząsteczki

- długość wiązania w tej cząsteczce

- liczby kwantowe rotacji (j) odpowiadające poziomom, między którymi nastąpiły przejścia.

Zadanie 3

Rozważyć fragmentację p-metylowalerianianu metylu CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-COO-CH₃ (M=130) w badaniach MS. Które fragmenty powstające w wyniku rozpadów i przegrupowań pokażą się w odpowiednim widmie MS? Narysować to widmo. Jakie pasma (podać wartości m/z) wystąpią w tym widmie. Przedstawić przykład tworzenia piku metastabilnego w widmie tego estru.

Zadanie 4

Funkcje falowe stanów dla energii elektronowej, oscylacyjnej i rotacyjnej, przybliżonych odpowiednio modelami: cząstki w pudle, oscylatora harmonicznego i rotatora sztywnego, Ψ_n(x), Ψ_v(q), Y_j,m(ϑ,φ) są funkcjami własnymi odpowiednich hamiltonianów: H(x), H(q) i H(ϑ,φ). Podać postacie wyrażeń wyjściowych, pozwalających obliczyć lub sprawdzić:

- średnią wartość pędu elektronu w drugim stanie wzbudzonym,

- średnią wartość energii elektronu w stanie podstawowym,

- dokładną wartość energii rotatora w stanie podstawowym,

- czy dozwolone są przejścia energetyczne: oscylacyjne 1→2, oscylacyjne 7→8, rotacyjne 1→4,

- czy funkcja Y_j,m(ϑ,φ) jest funkcją własną H(ϑ,φ).

Zadanie 5

W widmie ¹H NMR aminy C₄H₁₀NCl zaobserwowano następujące sygnały δ¹H: 5,32 (s, 2H), 3,56 (q, 2H), 3,02 (s, 3H), 1,86 (t, 3H). Określić strukturę związku. Zinterpretować sygnały w widmie.

Zadanie 6

Przeanalizować możliwe ułożenia przestrzenne wektora spinu jądra ¹⁷O (1=5/2) przyjmując, że wektor ten zachowuje reguły kwantowania momentu pędu.

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 cykloheksanu-d₁₁ rozpuszczonego w chlorku metylenu omówić wpływ efektów dynamicznych na widmo NMR. Narysować odpowiednie widma. Wykazać przydatność spektroskopii ¹H NMR w badaniach inwersji pierścienia.