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物 理 化 學 實 驗 報 告 實 驗 三 Vibrational spectra 組 別：第 三 組 系 別：進 化 三 組 員： 吳 宗 修、蕭 峻 淯、丁 昱 惠 楊 睿 勳、許 耀 升 指 導 老 師：陳 榮 輝 老 師 日 期：93、12、16 壹、目的： 一、產生IR振動的向量虛線，而我們主要是要看C=C、–C≡C、–C=O的振動模式 二、利用(Hyperchem 7 Evaluation)這套軟體，得到C=C 、–C≡C–、C=O 的Frequency(頻率) Intensity(強度) 貳、原理： 一個分子的紅外線光譜，發生在分子受激發振動時，輻射線的吸收。在有機化學中，對映在C－C鍵伸展和彎曲及C－H鍵伸展和彎曲的波峰上有一堆的混亂；因此，需要相當可辨識的波峰，才能顯示出官能基。在這個練習中，我們將對一些碳數少的環狀系統中，測試其雙鍵的伸展。在第一組的分子化合物中，所測的雙鍵伸展是環狀上的C＝C；在第二組的分子化合物中，所測的雙鍵伸展是突出環狀的C＝O。在第一組分子系列中，我們將包含乙炔，以代表兩個碳的環狀烯類之虛構、非真實的模型。 一個理論的紅外線光譜是由最佳化的立體分子結構，使用觀察部分分子軌道的計算方式而得；在最佳化的情形下，是保證沒有原子受到作用力。因此第二個衍生的能量是計算每一個原子在x、y和z方向上的動量。作用力的矩陣為對角矩陣(度c) 沸點(度c) 性質 環己烯 -103.7℃ 83.0℃ 分子量82.14,用於有機合成，也用作溶劑和試劑。 環戊烯 -93.3℃ 44.24℃ 無色液體.不溶於水,能溶於乙醇,苯和乙醚,由石油製得,環烯類 環丙烯 乙炔 -169.15 -103.75 結構最簡單的不飽和酯肪族,工業製法,將石油裂解而得,有烯類的臭味,有加成反應,氧化反應,聚合反應,可用作各種石油化學製品 環己酮 -45 155 比重0.9421,分子量98,無色具有薄荷味,可榮於各種有機溶劑 環戊酮 -58.2 131 比重0.493,可溶已醇,乙醚,可做醫藥,殺蟲劑支中間體 環丁酮 環丙酮 -29 30 為無色物質,在熔點下可保持樹星期穩定,但在室溫下則利於聚合,有各種衍生物,以連本類的最穩定 參、實驗步驟： 首先要從Build(Default Element 中選取所需要的元素，點擊兩下，然後利用圖形（Draw）畫出所要測量的元素（在此我們是要測雙鍵的振動模式）。若要畫雙鍵則利用滑鼠左鍵再點一次即可（而滑鼠右鍵可取消,似橡皮擦）。 由於我們所畫的圖形並非為真正的結構，因此，我們需校正我們的結構，故需要到Build(Add H Model Bulid，並且可利用來嘗試讓結構轉動。 接著到Setup(Semi-empirical(選擇計算方法PM3)(進階到Options中，並在Configuration Interaction中選擇None(防止先前紀錄殘存)(確定後即可按OK關掉 之後為了”幾何結構最佳化”到Compute(Geometry Optimization(在其中的Algorithm中選取Steepest Descent；Options中RMS gradient of之空格中寫入0.2 kcal/A mol)(之後可按OK關掉。 PS： 結構轉換中不要按cancel，並且完成後不可再到setup中更改任何條件，而對於其他的數值，目前不需加以更改。 到Compute中(Vibrations（分子振動行為，左下角會有計算完成的%）(接著到Display(選取Rendering(中Sticks選取IR vectors)(產生IR振動的向量虛線，而我們主要是要看C=C的振動模式，因此還沒完哦 ~ !! 最後到Compute中(Vibrational Spectrum，即可得到振動光譜。 Intensity(強度) Frequency(頻率) 要選取C=C的訊號，在左圖白色箭頭附近，點擊此箭頭所指的綠線，即變為紫色線，即可得到我們所要求的：Frequency Intensity。 肆、實驗結果 環己烯 環戊烯 環丁烯 環丙烯 乙炔 環己酮 環戊酮 環丁酮 環丙酮 伍、數據處理 實驗數據 化合物 Frequency Intensity 環己烯 1875.59 0.091 環戊烯 1829.50 0.020 環丁烯 1772.21 0.003 環丙烯 1924.68 0.299 乙炔 2138.69 0.000 環己酮 1979.74 98.360 環戊酮 2005.12 106.129 環丁酮 2073.48 129.603 環丙酮 2195.97 159.420