高中化学竞赛题--有机光谱分析

1、中学综合学科网第 1 页 共 14 页http:/中学化学竞赛试题资源库中学化学竞赛试题资源库有机光谱分析有机光谱分析A 组组 1核磁共振（NMR）技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领 域。已知只有质子数或中子数为奇数的原子核有 NMR 现象。试判断下列哪组原子均可产 生 NMR 现象 A 18O 31P 119SnB 27Al 19F 12CC 元素周期表中A 族所有元素的原子 D 元素周期表中第三周期所有元素的原子 2核磁共振谱是测定有机分子结构最有用的工具之一。在有机物分子中，不同种类 的氢原子在质子核磁共振中给出的峰值（信号）也不同，根据峰值（信号）可以确定有 机物分子中氢原子的种类和数目。下列有机物分子中，在质子核磁共振谱中可能给出六 个信号峰的是 A CH3CHCH2 B CH3CH2COOH C CH3CHCHCl D CH3COOCH3 32002 年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特维特里希 发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法” 。在化学上经常使用 的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振

2、谱中给出的信号不同 来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在氢核磁共振谱中只给出一种信 号的是 A HCHO B CH3OH C HCOOH D CH3COOCH3 42002 年诺贝尔化学奖表彰了两项成果，其中一项是瑞士科学家库尔特维特里希 发明了“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法” 。在化学上经常使用 的是氢核磁共振谱，它是根据不同化学环境的氢原子在氢核磁共振谱中给出的信号不同 来确定有机物分子中的不同的氢原子。下列有机物分子在氢核磁共振谱中只给出 2 种信 号，且强度（个数比）是 13 的是 A 1，2，3三甲基苯 B 金刚烷（C10H16） C 异丙醇 D 醋酸叔丁 酯 52002 年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机物分子进行结构分析的质 谱法。其方法是让极少量的（109g）化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子 化，少量分子碎裂成更小的离子。如 C2H6离子化后 可得到 C2H6、C2H5、C2H4，然后测定其质 荷比。设 H的质荷比为 ，某有机物样品的质荷比 如右图所示（假设离子均带一个单位正电荷，信号强 度与该离子的多少有关）

3、，则该有机物可能是 A 甲醇 B 甲烷 C 丙烷 D 乙烯 62002 年诺贝尔化学奖的一半奖金授予瑞士科学家库尔特维特里希，以表彰他 “发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法。 ”质子核磁共振谱 （简称为 PMR）谱线是研究有机化合物分子结构的重要手段和依据。有机化合物分子结中学综合学科网第 2 页 共 14 页http:/构中的等性氢原子在 PMR 谱线上都有相应的峰（即谱线中的位置） 。峰的强度与结构中 的该氢原子的个数成正比。因此 PMR 谱可同时定性和定量地分析结构中的等性氢原子。 如乙醛的结构式为 CH3CHO，其 PMR 谱线有两个峰，强度之比为 31。 （1）分子式为 C3H6O2的二元混合物，如果在 PMR 谱上观察到氢原子给出的峰有两 种情况。第一种情况峰给出的强度为 11；第二种情况峰给出的强度为 321。由此 推断混合物的组成可能是（写结构简式） 。（2）在测得化合物的 PMR 谱上可观察到 3 种峰，而测定化合物CH3CHCHCl 时，观察到 6 种峰，从原子在空间的排列方式不同，写出化合物 CH3CHCHCl 分子的空间异构体。B 组组 7

4、下列哪一个红外图谱是苯甲醛的？A B C D E 中学综合学科网第 3 页 共 14 页http:/8在空气中对某一样品进行红外分析，对样品的红外光谱有干扰的气是 。 9在高真空下，用高能电子束轰击一种气态分子时，分子中的一个电子可以被打出 去而生成阳离子。如苯甲酸：C6H5COOHC6H5COOHe 它的质量与电荷比可以测出为 122（即 122/1） 。与此同时，这样的离子还会被打碎成 碎片离子，各有它们的质量与电荷比。苯甲酸产生的碎片离子按所测出的质量与电荷比 （都只带一个正电荷）为：m/e离子反应105C6H5COC6H5COOHC6H5COO H77C6H5C6H5COC6H5CO51C4H3C6H5C4H3C2H2现有碳、氢、氧组成的一无色透明液体（A） ，不溶于水及冷的酸、碱。加热时能逐 渐溶于稀氢氧化钠溶液或盐酸，冷却后不再析出原有液体。如上用高能电子轰击气态 A 时，在 70eV 下得质量与电荷比为 88、73、61、45、43、29 及 27 等的离子，它们都带一 个电荷。请确定该化合物是什么，并画出产生这些碎片的过程。 10质谱分析法是化学领域中非常重要的一种分析

5、法，它是通过测定分子质量和相 应的离子电荷来实现对分子的分析。其中重要的一步是在高真空下，用高能电子束轰击 气态分子时，分子中的一个电子可以被打出去生成阳离子自由基，如苯甲酸：C6H5COOHC6H5COOHe。它的质量与电荷比（m/z）可以测出为 122。与此同时， 这样的离子还会被打成碎片离子，苯甲酸产生的碎片离子按所测出的质荷比为m/z碎片离子有关反应105C6H5COC6H5COOHC6H5COO H77C6H5C6H5CO6H5CO51C4H3C6H5C4H3C2H2 现有由 C、H、O 组成的一种无色、透明液体 A，不溶于水及冷酸、碱，加热时能逐 渐溶于稀 NaOH 溶液，冷却后不再析出原来的液体。如用高能电子束轰击气态 A 时，在 70eV 下的质荷比为 88、73、61、45、43、29、27 等离子，它们都带有一个电荷。试确 定该化合物是什么，并表示出这些碎片产生的过程。 112000 年出现了一个特殊的网站：www.InnoC，是一家制药公司首次在 全球悬赏化合物的合成路线。截止到 2002 年 4 月 1 日，悬赏金额最高的信息摘要如下：中学综合学科网第 4 页

6、共 14 页http:/INNOCENTIVE 3097POSTED: JUN 26,2001DEADLINE: JUL 01,2002$100,000 USDAn efficient synthesis（合成） route is required for the following chemical structure. This molecule（分 子）may have been previously reported in the chemical literature（文献）but the existing known synthesis route may be lengthy, expensive and low yielding（产率）. Devise and execute the “best synthetic pathway”.阅读上述摘要，回答下列问题 （1）张贴时间是_，最后期限是_，悬赏金额是_； （2）悬赏的原因、要求是_ ； （3）与右图立体模型相比，摘要的 结构式中 Et 表示_ _； 锲形键 表示的含义是_ _； 该分子的 化学式为_ ；其中手性碳原

7、 子有_个；有机物分类中，母体先后 顺序是：酯酸醛（或酮）醇等， 则该分子所属类别是_。 （4）解决有机分子结构问题的最强有力手段是核磁共振。下图是计算机软件模拟出 的该分子氢原子的核磁共振波谱图，单位是 ppm；氢原子在分子中的化学环境（原子之 间相互作用）不同，在核磁谱图中就处于不同的位置，化学环境相同的氢原子越多，积 分面积（或高度）越大（或高） 。参考结构式和立体模型，分析谱图： 分子中共有_种化学环境不同的氢原子；谱线最高者表示有_个环境相同 氢原子，谱线最低者表示有_个环境相同氢原子。 一般来说，氢原子与非金属性强的原子相连，该氢原子谱线对应的 ppm 值较大， 但当与半径较小，有未成键电子对的原子直接相连时，可能反而较小。该分子中羟基对 应的 ppm 值可能为_ （ A 4.15 B 3.75 C 2.25 D 2.00 ） 12质子核磁共振谱（PMR）是研究有机物结构的重要方法之一。在研究的化合物 分子中：所处环境完全相同的氢原子在 PMR 谱中出现同一种信号峰：如(CH3)2CHCH2CH3在 PMR 谱中有四种信号峰。又如 CH3CHBrCHX 存在着如下的两种不同

8、 空间结构：中学综合学科网第 5 页 共 14 页http:/因此 CH3CHBrCHX 的 PMR 谱上会出现氢原子的四种不同信号峰。 请填写下列空白： （1）化学式为 C3H6O2的物质在 PMR 谱上观察到下列两种情况下氢原子给出的信号 峰：第一种情况出现两个信号峰，第二种情况出现三个信号峰，由此可推断对应于这两 种情况该有机物质结构式可能为： ； （2）测定 CH3CHCHCl 时：能得到氢原子给出的信号峰 6 种：由此可推断该有机 物一定存在 种不同的结构：其结构式为： 。 13质子核磁共振谱（NMR）是研究有机化合物结构的最有力手段之一。在所研究 化合物的分子中，每一种结构类型的等价（或称为等性）H 原子，在 NMR 谱中都给出相 应的峰（信号） 。谱中峰的强度是与分子中给定类型的 H 原子数成比例的。例如，乙醇的 NMR 谱中有三个信号，其强度比为 321。 （1）在常温下测得的某烃 C8H10的 PMR 谱上，观察到两种质子给出的信号，其强 度之比为 23，试确定该烃的结构简式。该烃在光照下生成的一氯代物在 PMR 谱中可产 生几种信号，确定强度比。 （2）1，3丁二烯

9、在 PMR 谱上可观察到 6 个信号，请解释为何能观察到这么多信 号。 14质子核磁共振谱（PMR）是研究有机化合物结构的最有力手段之一。在所研究 化合物的分子中，每一种结构类型的等价（或称为等性）H 原子，在 PMR 谱中都给出相 应的峰（信号） 。谱中峰的强度是与分子中给定类型的 H 原子数成比例的。例如，乙醇的 PMR 谱中有三个信号，其强度比为 321。 （1）在 80测得的 N，N 一二甲基甲酰胺的 PMR 谱上，观察到两种质子给出的信 号；而在70测定时却能看到三种质子给出的信号，试解释这种差异。 （2）在70和 80所测得的 N，N 一二甲基甲酰胺的 PMR 谱上，峰的强度比各 为多少？ （3）怎样解释 N 一甲基甲酰胺的 PMR 谱上，存在着来自 6 种 H 原子的信号？ 15某氯代烃 X 是一种重要的工业用溶剂， 它也是生产农药等的原料，由于储罐的泄漏在 环境中可广泛查出。用气质联用仪分析了附近 湖泊中的鱼样的 X，其总质谱图如下所示，试 推出 X 及其 m/e 为 77 的碎片的结构。 16有一种测定多肽、蛋白质、 DNA、RNA 等生物大分子的相对分子质量的新 实验技术称为 ESI/FTICRMS，精度很高。用

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