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[组图]有机化合物紫外吸收光谱的溶剂效应         ★★★
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有机化合物紫外吸收光谱的溶剂效应
作者:佚名 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2007-2-4 16:47:47

 

 

 

 

 

 

 

 

紫外吸收光谱、可见吸收光谱都属于电子光谱,它们都是由于价电子的跃迁而产生的。在有机化合物分子中有形成单键的σ电子、有形成双键的л电子、有未成键的孤对n电子。当分子吸收一定能量的辐射能时,这些电子就会跃迁到较高的能级,此时电子所占的轨道称为反键轨道,而这种电子跃迁同内部的结构有密切的关系。

  在紫外吸收光谱中,电子的跃迁有σ→σ*、n→σ*、π→π和n→π*四种类型,如右图所示

 

 

各种跃迁类型所需要的能量依下列次序减小: σ→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*

电子跃迁类型与吸收峰的关系表

跃迁类型
吸收带
λmax/nm
特征
典型基团
εmax
σ→σ*
远紫外区
150
远紫外区测定
C-C、C-H(在紫外光区观测不到)
n→σ*
端吸收
150 ~ 230
紫外区短波长端至远紫外区的强吸收
-OH、-NH 2 、-X、-S
π→π*
E1 带
< 190
芳香环的双键吸收
(-C=C-C=C-)n
>200
K(E2) 带
< 217
共轭多烯、-C=C-C=O-等的吸收
>10,000
B 带
~250
芳香环、芳香杂环化合物的芳香环吸收。有的具有精细结构
>100
n→π*
R 带
200~400
含CO,NO 2 等n电子基团的吸收
C=O、C=S、-N=O、-N=N-、C=N
<100

由于一般紫外可见分光光度计只能提供190-850nm范围的单色光,因此,我们只能测量n→σ*的跃迁,n→π*跃迁和部分π→π*跃迁的吸收,而对只能产生200nm以下吸收的σ→σ*的跃迁则无法测量。

紫外吸收光谱是带状光谱,分子中在些吸收带已被确认,其中有K带R带B带E1h E2带等。

K带 是二个或二个以上比键共轭时,π电子向π * 反键轨道跃迁的结果,可简单表示为π→π * 。

R带是与双键相连接的杂原子(例如C=O、C=N、S=O等)上未成键电子的孤对电子向π * 反键轨道跃迁的结果,可简单表示为 n→π * 。

E 1 带和E 2 带是苯环上三个双键共轭体系中的π电子向π * 反键轨道跃迁的结果,可简单表示为 π→π * 。

B带也是苯环上三个双键共轭体系中的π→π * 跃迁和苯环的振动相重叠引起的,但相对来说,该吸收带强度较弱。

以上各吸收带相对的波长位置大小为:R >B>K、E 1 、E 2 ,但一般K和E带常合并成一个吸收带。

与可见光吸收光谱一样,在紫外吸收光谱分析中,在选定的波长下,吸光度与物质浓度的关系,也可用光的吸收定律即朗伯—比尔定律来描述:

A= lg (I 0 /I) = εl c

其中A为溶液吸光度,ε为该溶液摩尔吸光系数, l为溶液厚度,c为溶液浓度。

各种因素对吸收谱带的影响表现为谱带位移、谱带强度的变化、谱带精细结构的出现或消失等。

谱带位移包括蓝移(或紫移,hypsochromic shift or blue shift))和红移(bathochromic shift or red shift)。蓝移(或紫移)指吸收峰向短波长移动,红移指吸收峰向长波长移动。吸收峰强度变化包括增色效应(hyperchromic effect)和减色效应(hypochromic effect)。前者指吸收强度增加,后者指吸收强度减小。各种因素对吸收谱带的影响结果总结于右图中。

影响有机化合物紫外吸收光谱的因素有内因(分子内的共轭效应、位阻效应、助色效应等)和外因(溶剂的极性、酸碱性等溶剂效应)。由于受到溶剂极性和酸碱性等的影响,将使这些溶质的吸收峰的波长、强度以及形状发生不同程度的变化。这是因为溶剂分子和溶质分子间可能形成氢键,或极性溶剂分子的偶极使溶质分子的极性增强,因而在极性溶剂中π→π * 跃迁所需能量减小,吸收波长红移(向长波长方向移动);而在极性溶剂中, n→π * 跃迁所需能量增大,吸收波长兰移(向短波长方向移动),溶剂效应示意图见右图。

极性溶剂不仅影响溶质吸收波长的位移,而且还影响吸收峰吸收强度和它的形状,如苯酚的B吸收带,在不同极性溶剂中,其强度和形状均受到影响、在非极性溶剂正庚烷中,可清晰看到苯酚B吸收带的精细结构,但在极性溶剂乙醇中,苯酚B吸收带的精细结构消失,仅存在一个宽的吸收峰,而且其吸收强度也明显减弱。在许多芳香烃化合物中均有此现象,由于有机化合物在极性溶剂中存在溶剂效应,所以在记录紫外吸收光谱时,应注明所用的溶剂。

另外,由于溶剂本身在紫外光谱区也有其吸收波长范围,故在选用溶剂时,必须考虑它们的干扰。
   
   
 
电子能级和跃迁
溶剂对紫外光谱的影响
有机物的紫外光谱

紫外吸收光谱、可见吸收光谱都属于电子光谱,它们都是由于价电子的跃迁而产生的。在有机化合物分子中有形成单键的σ电子、有形成双键的л电子、有未成键的孤对n电子。当分子吸收一定能量的辐射能时,这些电子就会跃迁到较高的能级,此时电子所占的轨道称为反键轨道,而这种电子跃迁同内部的结构有密切的关系。

  在紫外吸收光谱中,电子的跃迁有σ→σ*、n→σ*、π→π和n→π*四种类型,如右图所示

 

 

各种跃迁类型所需要的能量依下列次序减小: σ→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*

电子跃迁类型与吸收峰的关系表

跃迁类型
吸收带
λmax/nm
特征
典型基团
εmax
σ→σ*
远紫外区
150
远紫外区测定
C-C、C-H(在紫外光区观测不到)
n→σ*
端吸收
150 ~ 230
紫外区短波长端至远紫外区的强吸收
-OH、-NH 2 、-X、-S
π→π*
E1 带
< 190
芳香环的双键吸收
(-C=C-C=C-)n
>200
K(E2) 带
< 217
共轭多烯、-C=C-C=O-等的吸收
>10,000
B 带
~250
芳香环、芳香杂环化合物的芳香环吸收。有的具有精细结构
>100
n→π*
R 带
200~400
含CO,NO 2 等n电子基团的吸收
C=O、C=S、-N=O、-N=N-、C=N
<100

由于一般紫外可见分光光度计只能提供190-850nm范围的单色光,因此,我们只能测量n→σ*的跃迁,n→π*跃迁和部分π→π*跃迁的吸收,而对只能产生200nm以下吸收的σ→σ*的跃迁则无法测量。

紫外吸收光谱是带状光谱,分子中在些吸收带已被确认,其中有K带R带B带E1h E2带等。

K带 是二个或二个以上比键共轭时,π电子向π * 反键轨道跃迁的结果,可简单表示为π→π * 。

R带是与双键相连接的杂原子(例如C=O、C=N、S=O等)上未成键电子的孤对电子向π * 反键轨道跃迁的结果,可简单表示为 n→π * 。

E 1 带和E 2 带是苯环上三个双键共轭体系中的π电子向π * 反键轨道跃迁的结果,可简单表示为 π→π * 。

B带也是苯环上三个双键共轭体系中的π→π * 跃迁和苯环的振动相重叠引起的,但相对来说,该吸收带强度较弱。

以上各吸收带相对的波长位置大小为:R >B>K、E 1 、E 2 ,但一般K和E带常合并成一个吸收带。

与可见光吸收光谱一样,在紫外吸收光谱分析中,在选定的波长下,吸光度与物质浓度的关系,也可用光的吸收定律即朗伯—比尔定律来描述:

A= lg (I 0 /I) = εl c

其中A为溶液吸光度,ε为该溶液摩尔吸光系数, l为溶液厚度,c为溶液浓度。
   
   
 


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