紫外光谱

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越向长波方向移动。
超共轭效应
烷基取代双键碳上的氢以后,通Baidu Nhomakorabea烷基的C-H键和
键电子云重叠引起的共轭作用,使π→π*跃迁红移 ,但影响较小。
4.3 空间效应
包括位阻、构象和跨环效应
4.3.1 位阻效应:
位阻影响分子中双键的共平面性,从而影响共轭效率,最终影响紫外吸
收的位置和强度。
CH3 NO2 CH3
t-C4H9 NO2 t-C4H9
NO2
NO2 CH3
K 带 εmax
8900
6070
5300
640
位阻增大,吸收强度减小
4.3.2 构象影响
4.3.3 跨环效应: 两个非共轭生色团处于一定的空间位置,表面未共轭而发生相互作用 现象叫做跨环效应(transannular conjugation effect)。跨环效应产 生的光谱,既非两个生色团的加和,亦不同于二者共轭的光谱。 使得 *和 n*跃迁的吸收带发生红移, 并且 也增大。
E带又分为E1和E2两个吸收带:
E1带是由苯环烯键π电子π→π*跃迁产生, λ为184nm,log > 4 ( 约为
60000 ) ; E2带是由苯环共轭烯键π电子π→π*跃迁产生, 吸收峰出现在204nm, log 4
( 约为7900 ).
影响UV吸收峰强度的因素
1、跃迁几率:电子从基态跃迁到激发态的几率 n *: 轨道与n轨道在空间伸展方向不同,故该跃迁几率小 浓度大-峰高
170 nm
290 nm (weak)
共轭后形成新的 体 系, C=C-C=O 的分子轨道如下: *4
*
*3
320nm 165nm
290nm
n
n
218 nm
2
170 nm
C=C
1
C=O
其中,218 nm, 18000;320 nm, 50-100.
电子跃迁类型不同,实际跃迁需要的能量不同:
紫外光谱及其在药物化学中的应用
中国医学科学院药物研究所
1. 紫外光谱简介
紫外光谱一般称之为紫外-可见吸收光谱,也称为电子光谱。
分子吸收紫外-可见光区200~800nm纳米的电磁波而产生的分子吸
收光谱,简称紫外光谱。 这种分子吸收光谱对应于分子价电子的能级跃迁,广泛用于有机 和无机物质的定性和定量测定。
测定。
缺点:只提供分子中共轭体系和一些基团的结构信息,不能推知分子结构。
紫外光谱分区
分为三个区域: 远紫外区 近紫外区 可见区 10-190 nm (真空紫外区) 190-400 nm 400-800 nm
一般紫外仪包括近紫外区和可见区两部分(200-800 nm)
2. 紫外光谱表示法
溶液对单色光的吸收程度遵守Lambert-Beer 定律。 A = log ( Io / I ) = Kc l A为吸光度(光密度), K为吸光系数, l为吸收池厚度, c为溶液的浓度。
248
287 红移
增色
292 nm
蓝移 A 波长 减色
红移
吸收光谱的描述术语:
吸收峰:曲线上吸收最大的地方,对应的波长称最大吸收波长(max)。
吸收谷:峰与峰之间吸收最小的部位叫谷,该波长称最小吸收波长(min) 。
肩峰:当吸收曲线在下降或上升处有停顿或吸收稍有增加的现象。这种现象是 主峰内藏有其它吸收峰造成的。
n
体系
2、激发态的极性 电子从基态 激发态,偶极矩变大,峰强
4. 影响紫外吸收的因素
内部因素:
共轭效应:共轭体系的形成使吸收红移
超共轭效应 :烷基与共轭体系相连时,可以使波长产 生少量红移
空间效应:包括空间位阻,构象,跨环效应。
外部因素 : 溶剂:
温度:
pH值: 浓度:控制吸光度为0.7-1.2范围;
紫外光谱的特点
(1)对应的电磁波长较短,能量大,它反映了分子中价电子能级跃迁情况。
主要应用于共轭体 系(共轭烯烃和不饱和羰基化合物)及芳香族化合物的 分析。 (2)吸收谱带少,吸收谱带宽。由于电子能级改变的同时,往往伴随有振动 能级的跃迁,所以电子光谱图比较简单,但峰形较宽。一般来说,利用紫 外吸收光谱进行定性分析信号较少。 (3)紫外吸收光谱常用于共轭体系的定量分析,灵敏度高,检出限低。 优点:快速,灵敏度高,应用广泛,对全部金属及大部分有机化合物进行
最大 = 850000, t-Bu-(CC)10-Bu-t, log =5. 929 吸光度,表示光束通过溶液时被吸收的程度,通常以A表示:
A = log ( Io / I ) Io:入射光强度。 I:透过光强度。
透射比,也称透光率,指透过光占入射光的比例,通常以T表示:
T = I / Io A = -log T
溶剂影响紫外吸收的位置和强度。
改变溶剂的极性,能使最大吸收位置( max)发生改变。
极性溶剂使n *吸收带(R带)紫移,*吸收带红移。
如异丙叉丙酮CH3COCH=C(CH3)2的溶剂效应:
溶剂极性增大
O
跃迁 * n *
Max (正己烷) 230 329
Max (CHCl3) 238 315
对电子的原子或原子团 。如-OH , -NH2,-Cl等。
红移和蓝移:由于取代基或溶剂的影响使吸收峰向长波或短波方向移动。 红移:向长波移动
蓝移(紫移):向短波移动
增色效应:使吸收带的吸收强度增加的效应 减色效应:使吸收带的吸收强度降低的效应
NO2 OH
NO2 OCH3
NO2
NO2
OH
OCH3
271 蓝移
C=O
a. > 280 nm , 15 – 50
b. max与溶剂有关, 溶剂极性大吸收峰蓝移。 c. 给电子基团峰吸收峰蓝移。
H2C=O CH3CHO CH3COCH3
304 nm 289 nm 274 nm
3.2.1.3 电子: *, 基态能高, E 小,跃迁容易
a. C=C
=aM 3) 对于分子质量未知的物质,c常采用质量百分比浓度,相应的吸收系数称为百分
吸收系数,以A1cm表示。A1cm与a和 的关系是: A1cm=a /10 = / 10M
三种K值的表示方法中,以摩尔吸收系数 用得最普遍。
一般在紫外光谱中,根据 值的大小可区分吸收峰的强弱:
> 5000为强吸收。 = 200-5000 为中等强度吸收。 < 200为弱吸收。
末端吸收:在图谱短波端只呈现强吸收而不成峰形的部分称为末端吸收。
强带和弱带:紫外吸收光谱中,凡值大于104的吸收峰称为强带, 值小于 103的吸收峰称为弱带。
吸收带:吸收峰在紫外区域中的位置;
吸收带出现的波长范围和吸收强度与化合物的结构有关。 通常根据跃迁类型不同,将吸收带分为四种:
R 带(基团型)
<190 nm
b. C=C-C=C
特点是 > 10000。
~ 215 nm, 30000
c. 苯环 * , 180-255 nm
极性溶剂红移, 由于降低 *反键, 溶剂化有利, E 小.
d. C=C-C=O 孤立 C=C *, 165 nm
C=O * ,
n * ,
吸光系数K的表示方法:
1) c 以mol L-1为单位时,K称为摩尔吸收系数,以 表示,单位为: L •mol-1 • cm-1 。 A = log ( Io / I ) = c l
2) 浓度以g • L-1为单位时,K称为质量吸收系数,以a 表示,单位为L • g-1 • cm-1。a 和 的关系是:
4.3.5 氢键效应
溶剂与羰基形成氢键,则n *吸收蓝移。 羰基基态极性强,与极性溶剂氢键作用强,基态能量下降多,发生 电子跃迁的能量高,吸收峰蓝移。 图列出水,乙醇,己烷三种不同溶剂对丙酮的紫外光谱 max的影响。
图. 溶剂对丙酮紫外光谱的影响
4.3.6 温度的影响
若温度改变太大,可使 光谱产生显著变化;低 温可增加精细结构,室 温则减少精细结构。 温度降低,减小了振动 和转动对吸收带的影响 ,呈现电子跃迁的精细 结构
4.1 共轭效应
共轭双键越多,跃迁所需要的能量越小,吸收谱带红移越多
π *
E
E
π
共轭系统的能级示意图及共轭多烯的紫外吸收
4.2 p-共轭效应
具有孤对电子(n电子)的基团,如-OH, -NH2,当它们 被引入双键的一端时,将产生p-共轭效应,使max向长 波方向移动,同时max亦增加。
p-共轭体系越大,助色基团的助色效应越强,吸收带
max <180nm, 能量较高
跃迁不易发生

* *
3.2.1.2 n 电子:
CH3 H3C N CH3
n
C=O C--O

n电子有两种跃迁形式:n * , n *, E 小, 跃迁容易。
n * , 如 R-O-R R-O*-R
< 180 nm ( 500)
n * ,
max 205 214 220 230(肩峰) max 2100 214 870 200
197 7600
二环庚二烯两个非共轭双键,与含有孤立双键的二环庚烯的紫外光谱有
明显区别,200-230nm内,有一个弱并具有精细结构的吸收带。由于分
子中两个双键相互平行,空间位置利于相互作用。
羰基虽不与助色团SR相连,但由于空间结构有利于电子云和S原子
σ→σ* n→σ* π→π* n→π*
吸收能量的次序为:
~150nm ~200nm ~200nm ~300nm
σ→σ*>n→σ*≥π→π*>n→π*
3.2.2 紫外光谱的谱带类型
(1)R 带(基团型): 含杂原子的不饱和基团n*跃迁产生,特征是吸收峰在较长 波长范围(250-500nm) ,吸收强度弱 ε< 100 (log <2);如C=O, -N=O, -NO2等发 色团。 (2)K 带(共轭型):共轭双键的*跃迁产生,特征是吸收峰出现区域为210250nm, 吸收强度大,ε>104(log > 4)。 (3)B 带(苯型):苯环的*跃迁产生,是芳香族化合物的特征吸收。特征是吸收 峰出现在230-270 nm,形成多重峰;重心在256左右,吸收强度弱(220 ); 非极性溶剂中有精细结构,极性溶剂中精细结构消失。 (4)E 带(乙烯型): 苯环双键电子* 跃迁产生,可看成苯环中π电子相互作用 而导致激发态能量裂分的结果。E带也是芳香族化合物的特征吸收。当共轭系统 有极性基团取代时, E带与K带重叠,吸收强度大,log > 4
有的还同时报道最低吸收谷的波长及相应的摩尔吸光系数或lg,这 是因为最低谷的位置和强度等亦有参考价值,可识别化合物或检查化合 物纯度。
常见的光谱术语
生色团(发色团):分子中产生紫外吸收带的主要官能团 ,主要是具有π电 子的不饱和基团,如C=C, C=O等; 助色团:本身是饱和基团(常含杂原子),当连接一个生色团后,则使生 色团的吸收波长变长或吸收强度增加(或同时两者兼有),一般为带有孤
上未成键的3p电子发生交盖,出现孤立羰基反常的紫外光谱。
C=O的紫外吸收:
* , max 185 nm, ~900;
n * max 280 nm, ~15
O
H2C
O S
O
O
max 305 nm ~292
280 150
214 1500
238 2535
4.3.4 溶剂对紫外吸收光谱的影响:
紫外吸收光谱的表示法:
1) 图示法:
波长(nm)为横坐标,吸光度(或吸收系数或log)为纵坐标绘制的曲线
横坐标:波长(nm),波数或频率。 纵坐标:吸光度A, 吸收系数或log, 或透光率T%。
2) 数据表示法: 在文献中,除少数给出吸收曲线外,一般报道最大吸收波长及相应的 摩尔吸光系数或lg。
Max (CH3OH) 237 309
Max (H2O) 243 305
溶剂效应
π π
*
n π*
Δ En Δ Ep
Δ En Δ Ep
非极性溶剂
非极性溶剂
极性溶剂
极性溶剂
极性增大使π—π*跃迁红移,n—π*跃迁蓝移,精细结构消失
溶剂效应使精细结构消失
平衡体系的紫外光谱:
一些极性化合物,在极性不同的溶剂中光谱有较大的变化,如 互变异构平衡:
K 带(共轭型)
B 带(苯型) E 带(乙烯型)
3. 紫外光谱的基本原理:
3.1 紫外光谱的形成:
分子在入射光作用下发生价电子能级跃迁,吸收特定波长的光波形成。
有机分子的电子跃迁类型
分子轨道的能级和电子跃迁
3.2. 电子跃迁的类型及谱带特征
3.2.1 有机分子中电子种类及跃迁
3.2.1.1 电子: *, C-C, C-O, C-N *
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