有机试剂 5,荧光试剂..

两类取代基共同作用
• 推电子基和吸电子基共存时，推电子基结合在对于吸 电子基共振电子密度减小的原子上，构成荧光性 • 7-羟基香豆素（ФF =0.37） • 6-和8-羟基取代香豆素无荧光 • 4-甲基-7-羟基香豆素则因甲基的超共轭效应使荧光增 强（ФF =0.41）
8
7 6 5
O 1 4
O 2 3
第五章 荧光试剂
• • • • • • 荧光的发现及发展 荧光产生的理论基础 分子荧光光谱 荧光强度、荧光量子产率和荧光寿命 有机试剂结构与荧光的关系 代表性荧光试剂
荧光的发现及发展
• 十六世纪被发现，但对荧光的产生原理和条件 • 1852年Stokes考察奎宁和叶绿素荧光 发现荧光波长比照射光波长要长，认定是物质 吸收光后重新发射出的光，，提出了“荧光” • 1867 Goppetsroder 桑色素荧光检测铝 • 二十世纪初，已荧光素、稠环芳烃及曙红等 600余种化合物有荧光 • 1924年 Wawwillous测定荧光产率 • 1926年 Gavila对荧光寿命进行了测定
• 两个以上推电子基同时取代，化合物的 荧光会受到抑制 如 甲氧基苯的ФF是0.29 1，4-二甲氧基苯的ФF是0.21， 再如 甲苯的ФF是0.17 对甲酚的ФF等于0.09，
（取代基）加重效应对荧光的影响
• 加重效应减弱荧光
ФF是0.22，ФP（磷光量子产率）是0.14
O CH3 O N N CH3
影响有机化合物荧光的有机试 剂结构因素
• • • • • • 分子共轭体系 共轭大π键共平面程度及其刚性 .取代基 影响 杂原子影响 分子离子化对荧光的影响 立体结构
分子共轭体系大小对荧光的影响 • 有机荧光团 能发射出荧光的共軛π键的 基团 • （-CH=CH-）n（n>2），苯，萘，对苯 二醌，苯并杂环、吡喃酮以及占吨酮基 团 • 共轭体系越大，荧光量子强度越高
荧光产生的理论基础
• 基态和激发态 • 单重态（S)和三重态 (T)
S2 S1
ic
isc
ic isc
T2 T1
E F ic P
S0
荧光激发光谱和荧光发射光谱
• λem>λex 斯托克斯（stokes）位移
荧光强度、荧光量子产率和荧 光寿命
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ荧光强度 F= 2.3ФFIoεbc
F—荧光强度；ФF—荧光量子产率，Io—照射到被测物 质上的光强度；ε—该物质的摩尔吸光系数；b—检测
CH3 N N
S CH3 N N CH3
CH3 N N
ФF等于10-5，ФP变为0.43
O
芳香环中杂原子的影响
• 增强或减弱荧光，看杂原子化合物结构 • 吡咯、噻吩及呋喃荧光量子产率很小 ， 苯并后的吲哚、硫茚及苯并呋喃荧光大 大增强 • n——π*跃迁变为 π——π*跃迁
问题：从分子结构和光谱特性讨 论有机显色剂和荧光试剂的联系 与区别。
O
ФF约1.0
NH
ФF 0.86
N
ФF 0.90
.分子离子化对荧光的影响 • 分子离子化对荧光影响很大
• 取代基种类的影响 取代基有推电子取 代基和吸电子取代基 • 推电子取代基：-NH2、-NHR、-NR2、OH、-OR（R=-CH3、-C2H5等 • 吸电子取代基：C=O、-NO2，-COOH，CHO、-COR（R=-CH3，-C2H5等）、N=N-、卤素（-F，Cl，Br，I）等 • 推电子取代基增强荧光
共轭大π键共平面及其刚性的影响
• 有机分子具有共軛平面结构才显示出荧 光特性 • 分子的共轭体系必须具备共平面性 • 共軛体系的平面结构还要有一定程度的 刚性
(C H ) N
2 5 2
O C COOH
+ N(C 2H )
5 2
(C H ) N
2 5 2
+ N(C 2H ) C
5 2
取代基的影响
池厚度；c—物质浓度
荧光量子产率
荧光量子产率与荧光强度的区别
• • • • 荧光量子产率是荧光物质的固有属性 其与物质浓度无关 荧光强度与物质浓度有密切关系 同浓度下，荧光量子产率高的荧光越强 （排出外界条件影响）
荧光寿命
• 荧光寿命（τ） • lnFo-lnFτ=-t/τ Fo和Fτ分别代表t=0和t=τ时的荧光强度，通过实 验测量不同时间的Ft值，确定lnFt—t的关系曲 线，应为直线 • 直线斜率就是荧光寿命 • 用式子τ=10-5/εmax估计荧光寿命，εmax为最大吸 收波长下的摩尔吸光系数，如S0-S1跃迁的ε值 一般为103，估计荧光寿命是10-8s.
• 对于稠环芳烃，具有相同芳香环数的化 合物，芳环的连接和排列顺序不同，化 合物的有关荧光性能也不同 • 芳环直线性排列的化合物的荧光发射波 长比非线性排列的波长要长 • 芳香环数越多，共轭体系越大，荧光越 强 • 芳香环或共轭体系增加到一定程度，只 是荧光发射波长向长波红移，ФF不再增 加，还可能降低
• 类取代基中的n电子跃迁到π*属于禁阻跃 迁 ，激发态分子数较少 • S1－T1的体系间跨越占优势，激发态分 子放出光子的数大为减少，使荧光减弱 • －CN氰基（-C≡N）是不饱和取代基，它 应使取代的化合物荧光减弱，但实际结 果是表现出推电子的效果—荧光增强 • －F虽是吸电子取代基，但增强荧光
• 磺酸基含有不饱和键，表现出吸电子性 能，应减弱荧光 • 但它易离解出H带负电荷，又体现出推电 子的行为，使荧光增加 • 增减相低，磺酸根的引入一般无显著荧 光变化，最明显的是试剂水溶性的增加
取代基数量及其所处位置的影响 • 对于不同的发光母体，同类取代基所处 位置不同所表达的荧光强弱变化规律也 不相同 • 小体积取代基所贡献的共轭效应小只是 体现出其电荷影响 • 大的取代基如苯或乙炔基苯，其共轭效 应大，取代后扩大共轭体系，荧光增强 的效应大于其吸电子使荧光减弱的效应 结果是取代后的荧光强度不是减弱而 是大大增强
推电子取代基增强荧光 • 取代基中O或N上的孤对电子参与有机荧 光分子的共轭大π键，扩大共轭体系 • 波长红移，荧光强度明显增加 • 极性溶剂中易形成氢键，强酸中易质子 化，碱性介质中可离解出H • 质子化试剂分子带正电，使荧光减弱 • 离解出H试剂分子带负电荷，荧光增强
吸电子取代基 减弱荧光