第二章 紫外吸收光谱
紫外吸收光谱法
④K带吸收是共轭分子的特征吸收带,是紫外光谱中应用最多的吸 收带
例如:CH2=CH-CH=CH2 * λmax=217nm εmax=104
CH3-CH=CH-CHO(巴豆醛)*
λmax=217.5nm εmax=1.5×104 -CH=CH2
λmax=248nmεmax=1.4×104
第二章 紫外可见吸收光谱法
紫外吸收光谱法(ultraviolet and Visble Spectroscopy,UV-Vis)
是研究物质在紫外区(10--400nm)和可见光区(400-750nm) 的分子吸收光谱法。 §2-1分子吸收光谱 一、分子吸收光谱的产生 各种能级差之间的关系: △E电子> △E振动> △E转动
m ax
21, 000 43, 000 — 121, 000 138, 000
1 ,3 ,5 ,7 -辛 四 烯 环 己 烷
1 ,3 ,5 ,7 ,9 -癸 四 烯 1 ,3 ,5 ,7 ,9 ,11 - 十 二 烷基六烯
异辛烷 异辛烷
23
3、醛和酮 醛和酮中均含有羰基(C=O)。 能实现n* 跃迁 (λmax.270-300nm附近,ε=10-20); n* 跃迁 (λmax.180nm左右); *跃迁(λmax.150nm左右) 。
12
表9-1 某些常见发色团的吸收特性
生色团 烯 溶剂 正庚烷 /nm 177
max
13000
跃迁类型
*
炔
羧基 酰胺基 羰基 偶氮基 硝基 亚硝基 硝酸酯
正庚烷
乙醇 水 正己烷 乙醇 异辛酯 乙醚
178
204 214 186 339,665 280 300,665
10000
讲稿--第二章 紫外-可见光谱分析
第二章紫外及可见吸收光谱教学内容:2.1 紫外吸收光谱及影响因素2.2 有机化合物的紫外光谱2.3 无机化合物的紫外光谱2.4 紫外-可见光度计2.5 紫外吸收光谱在结构分析中应用2.6 定量分析重点和难点:紫外光谱与有机化合物分子结构之间的关系;重要有机化合物紫外光谱,λmax 的经验计算;紫外光谱解析分子结构的方法。
教学要求:(1)理解紫外-可见吸收光谱(简称紫外光谱)的基本原理。
(2)掌握紫外光谱与有机化合物分子结构之间的关系。
(3)了解紫外-可见光度计工作原理(4)掌握紫外-可见光谱在有机化合物结构分析中的应用本章用5学时2.1 紫外吸收光谱及影响因素一、紫外光谱法的特点1 紫外吸收光谱反映了分子中价电子能级跃迁情况,主要应用于共轭体系及芳香族化合物的分析。
2 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。
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。
该光谱是由价电子或外层电子跃迁产生的,因此,紫外可见光谱也叫做电子光谱,其中近紫外及可见光区的电磁波(200nm--800nm)在鉴定有机化合物的结构上较为有用。
4nm-200 nrn区域一般称为远紫外区或真空紫外区,由于该区域内的电磁波易为空气中的水分、氧气及氮气所吸收,所以对仪器的要求很高,必须抽成高真空。
该区内的吸收大多对结构分析价值不大.二、紫外吸收曲线紫外光谱是以波长A (nm)为横坐标,以摩尔吸收系数ε或logε为纵坐标来表示的。
吸收峰最高处对应的波长为最大吸收波长,用λmax表示;峰最高处对应的纵坐标值为最大摩尔吸收系数εmax或其对数logεmax。
ε值表示物质对光能的吸收强度,是各种物质在一定波长下的特征常数。
ε的大小可反映电子跃迁的几率,当ε>104时为跃迁允许,当ε<102时为跃迁禁阻。
末端吸收:指吸收曲线随波长变短而强度增大,直至仪器测量极限(190nm),在仪器极限处测出的吸收为末端吸收。
第二章 紫外吸收光谱(共85张PPT)
max (己烷) =114+5M+nnR环内-10R环外 当苯环上有助色团时,向长波方向移至200 ~ 220nm。
-卤代酮的构象: -卤代环已酮有以下两个构象(A) (竖键)和(B)。 RCOOH及RCOOR的n → *比RCHO 的 小,即紫移*称为 *跃迁 ,实现 *跃迁需要吸收很多能量,约为185 千卡/克分子。
v=频率 用 周/秒(Cps)或赫兹(Hz) E=能量 单位为尔格,电子伏特eV或卡/摩尔
二、紫外光谱的特征
符合朗伯-比尔定律(Lambert-Beer’s Law),这是 吸收光谱的基本定律,用数学公式表示为:
A= ㏒(I0/I)=abc
式中:A:吸光度 I0:入射光强度 I:透射光强度 a:吸光系数 b:吸收池厚度(cm) c:被测物质浓度g/L I0/I:透射比,用T表示
CH3 CH3
N max =227nm( 900)
CH3
CH3Cl CH3OH
max =173nm( 200) max =183nm
3. *跃迁
电子由轨道跃迁到*轨道称→*跃迁,所吸收的能量比n → *小,峰位约在200nm附近,这种跃迁是强吸收, >104
例:CH2 CH2 max =162nm
近紫外区(200~400nm):在此波长范围内,玻璃有吸收,一般用石 英比色器,因此称近紫外区为石英紫外区,近紫外区最为有用,通常
所谓的紫外光谱就是指近紫外区的光谱。
2. 紫外光谱 以波长10~400nm的电磁波照射物质分子,即以紫外光照
射物质分子,由分子的电子能级跃迁而产生的光谱叫紫外光 谱。紫外光谱是电子光谱的一部分,可见光谱也是电子光谱 ,电子光谱是由电子跃迁而产生的吸收光谱的总称。
第二章 紫外光谱(UV)
苯环最重要的吸收带是B带,虽然强度不高但具有 精细结构很典型。
当苯环上有羟基、氨基等取代基时,吸收峰红移, 吸收强度增大,取代基不同,变化程度不同,可 由此鉴定各种取代基。 例: λmax B带 λmax E 2带
苯
甲苯
254
262
204
208
苯酚
苯甲酸
271
272
213
230
六、推测不饱和化合物λmax峰位的经验规 则
一、饱和烃
饱和烃只能产生σ→ σ* 跃迁,吸收带的位置
在150 nm左右,在远紫外区,超出仪器测定能力。
例如: 甲烷的C—H σ→ σ* 跃迁入max为125nm 乙烷的C—C σ→ σ*跃迁入max 为135nm
2、脂肪醇、胺和卤化物
当σ键与杂原子在一起时,因杂原子氧、氮、 硫、氯等具有非成键电子(n电子),所以,可发生 σ→σ*和 n → σ*两种跃迁。显然n → σ*跃迁
CH3 OH CH=CH2 E2 ´ ø £ º lmax 208nm( e 2460) E2 ´ ø £ º lmax 210nm( e 6200) K´ ø £ º lmax 244nm( e 12000)
识别上述几种吸收带,对推导有机化合物的结 构将会有很大的帮助。
五、各类有机化合物的紫外吸收
可以跃迁的电子有:电子, 电子和n电子。跃迁
的类型有: *, n *, *, n*。
各类电子跃迁的能量大小见下图:
E * > En > E
*
*
> En *
通常有机分子处于基态,电子填入成键或 非键轨道。但有机分子吸收UV后,则受激发变为
激发态,电子进入反键轨道。
紫外吸收光谱
紫外吸收光谱的基本知识 紫外吸收光谱的基本原理 影响紫外吸收光谱的因素
各类有机化合物的紫外吸收光谱
紫外吸收光谱的应用
一、紫外吸收光谱的基本知识
1.概述
紫外吸收光谱:分子价电子能级跃迁。
分子中价电子经紫外或可见光照射时,电子从低能级跃
迁到高能级,此时电子就吸收了相应波长的光,这样产 生的吸收光谱叫紫外吸收光谱。 波长范围:10-800 nm. (1) 远紫外光区: 10-200nm
C
n<p
O
C
C
p
n >p p
n
n
p p
p
n
p
p
C
O 非极性
C
极性
max(氯仿)
C
p
极性
max(水)
非极性
max(甲醇)
n → p*跃迁:兰移; ;e
max(正己烷)
p → p*跃迁:红移; ;e 237 309 243 305
pp* np*
即: E=Ee+Ev+Er ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr
能级跃迁
电子能级间跃迁 的同时,总伴随有振 动和转动能级间的跃 迁。即电子光谱中总 包含有振动能级和转 动能级间跃迁产生的
若干谱线而呈现宽谱
带。
讨论:
(1) 转动能级间的能量差Δ Ε r:0.005~0.050eV,跃 迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光 谱; (2) 振动能级的能量差Δ Ε v约为:0.05~1eV,跃迁 产生的吸收光谱位于红外区,红外光谱或分子振动光谱; (3) 电子能级的能量差Δ Ε e较大1~20eV。电子跃迁产
只能被真空紫外分光光度计检测到;
波谱分析第二章有机化合物紫外光谱解析
羰基吸收峰受取代基影响显著位移
醛酮均在270 —300nm有R吸收带,但略有差别。 酮: 270 —280nm, 醛: 280—300nm附近 酮比醛多一个烃基,由于超共轭效应π轨道能级降低, π*轨道能级升高, n→π* 跃迁需要较高的能量。
n→ * /nm n→π* /nm
到π*轨道,完成 n→π*跃迁。
→* 跃迁在120—130nm之间产生吸收 π→π* 跃迁在 —160 nm左右产生吸收
n→* 跃迁在 —180 nm左右产生吸收
孤立羰基化合物研究最多的是 n→π* 跃迁,谱带吸收在 270—300nm附近。低强度的宽谱带。 (=10~20)
R带位置的变化对溶剂很敏感
CH3Cl CH3OH CH3NH2
σ→σ* 164-154
150 173
n →σ* 174 183 213
σ*
E
n σ
波谱分析第二章有机化合物紫外光 谱解析
2.烯类化合物
单烯烃: σ→σ* 和π→π* 两种跃迁。
ΔΕπ→π*<ΔΕσ→σ* , 吸收带在200nm左右。
λmax/nm εmax CH2=CH2 π→π* 162 ~104 CH3CH=CHCH3 π→π* 178 ~104 环己烯 π→π* 176 ~104
λmax =114+5×10+11×(48.0-1.7×11)-16.5×2=453.3nm εmax =1.74 × 104× 11=19.1× 104
波谱分析第二章有机化合物紫外光 谱解析
3.羰基化合物
(1)饱和羰基化合物: →* 、 π→π* 、 n→* 、 n→π*四种跃迁; 常常在发生π→π* 跃迁的同时,n 电子亦被激发而跃迁
第二章--紫外光谱
这组数据对应于下面哪个化合物?
AC2 HC2 H B C 2 C H C H C H C H C H 2H
C
CH CH
D
CC HC HC HH
?4
乙酰乙酸乙酯存在酮式和烯醇式互变异 构体,今有两张紫外光谱图,一张在 204nm有弱吸收,另一张在245nm有强吸 收,请判断哪一张是烯醇式。
优点是仪器普及、操作 简单而且灵敏度高
Chapter 2 紫外光谱
§2-1紫外吸收光谱的基本知识 §2-2常见有机物的紫外吸收光谱 §2-3溶剂对吸收光谱的影响 §2-4紫外光谱的解析与应用
§2-1紫外吸收光谱的基本知识
紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃 迁而产生的。 一、紫外吸收光谱的波长范围 二、紫外光谱图的组成 三、电子跃迁的类型 四、常用术语
σ*
σ*
E
л*
n л
σ
σ
C3C H2C HH=2C C2C H H2C H C3H H CH3OC3H
N(C 2CH 3 H )3
§2-2常见有机物的紫外吸收光谱
一、饱和烃及其取代衍生物 二、不饱和烃 三、羰基化合物 四、芳香烃的紫外光谱
一、饱和烃及其取代衍生物
★饱和烃的最大吸收峰一般小于190nm,处于真空紫外 区。如甲烷125nm,乙烷135nm。
甲苯的U图
?
图2-7 a 苯的紫外光谱图 b取代苯与苯紫外光谱的比较
分析:
H C
H H
苯环与甲基的超共轭效应
3、助色团取代苯的紫外光谱
★助色团含有孤电子对,它能与苯环 π 电子 共轭。使 B 带、E 带均移向长波方向。且吸 收强度都增加,精细结构消失。例如苯胺
绪论紫外-可见吸收光谱习题与答案
第二章:紫外可见吸收光谱法1. 紫外-可见光谱的产生是由外层价电子能级跃迁所致,其能级差的大小决定了(3)(1)吸收峰的强度(2)吸收峰的数目(3)吸收峰的位置(4)吸收峰的形状2. 紫外光谱是带状光谱的原因是由于(1)紫外光能量大(2)波长短(3)电子能级差大(4)电子能级跃迁的同时伴随有振动及转动能级跃迁的原因3. 化合物中,下面哪一种跃迁所需的能量最高(1)σ→σ*(2)π→π*(3)n→σ*(4)n→π*4. π→π*跃迁的吸收峰在下列哪种溶剂中测量,其最大吸收波长最大(1)水(2)甲醇(3)乙醇(4)正己烷5. 下列化合物中,在近紫外区(200~400nm)无吸收的是(1)(2)(3)(4)6. 下列化合物,紫外吸收λmax值最大的是(1)(2)(3)(4)二、解答及解析题1.为什么紫外吸收光谱是带状光谱?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、E1和 h E2带等.2.紫外吸收光谱能提供哪些分子结构信息?紫外光谱在结构分析中有什么用途又有何局限性?(1)如果在200~400nm区间无吸收峰,没该化合物应该无共轭双键系统,或为饱和有机化合物。
(2)如果在270~350nm区间有一个很弱的吸收峰,并且在200nm以上无其他吸收,该化合物含有带孤电子的未共轭的发色轩。
(3)如果在UV光谱中给出许多吸收峰,某些峰甚至出现在可见区,刚该化合物结构中可能具有长链共轭体系或稠环芳香发色团。
如果化合物有颜色,则至少有4~5个相互共轭的发色团。
(4)在UV光谱中,其长波吸收峰的强度在10000~20000之间时,示有α、β不饱和酮或共轭烯烃结构存在。
(5)化合物的长波吸收峰在250nm以上,且波吸收峰的强度在1000~10000之间时,该化合物通常具有芳香结构系统。
第二章+紫外吸收光谱
物质吸收紫外/可见光引起电子能级间的 跃迁而产生的吸收光谱叫紫外/可见光谱。
2.1 紫外吸收光谱的基本概念和原理
一、紫外与可见光波波长范围:
远紫外光区
近紫外光区
可见光区
10 nm 190 nm
400 nm
800 nm
波长10-190 nm范围内的为远紫外区(真空紫外区)
波长190-400 nm范围内的为近紫外区(石英紫外区 )
芳香族化合物的π→π*跃迁。
B带波长230~ 270 nm, 中心在 254 nm, ε ≈204 E带把苯环看成乙烯键和共轭乙烯键π →π* 跃迁引
起的吸收带
2. 2 各类有机化合物的紫外吸收
一、饱和化合物
饱和烷烃 σ→σ*跃迁,λmax〈190 nm 饱和卤代烃、醇、胺等。
化合物 n→σ* εmax
3、选择定则
(1)电子自旋允许跃迁 电子在跃迁过程中,要求自旋方向保持不变。
S0 S1,S0 S2,T1 T2 跃迁允许 S0 T1,S0 T2 禁阻跃迁
(2)对称性允许 允许跃迁要求电子只能在对称性不同性的不同能级间 进行。
g u:σ σ π π 跃迁允许
g g, u u : n π禁阻跃迁
三、紫外光谱的产生和电子跃迁的类型
253 nm
1个延长双键 30
3个环外双键 3 ×5
5个取代基 5×5
323 nm
实测值 320nm
253 + 3 ×5 + 5×5 =293 nm 实测值285nm
2、α,β-不饱和醛、酮最大λmax的计算
注:
(1)环上羰基不作为环外双键。 (2)有两个可供选用的α,β-不饱和羰基母体时,应 优先选择具有波长较长的作母体。例:
紫外吸收
σ*
反键轨道
π*
En
↑↓
π
↑↓
σ
↑↓
非键轨道 成键轨道
2
安徽师范大学
化学与材料科学学院
杨高升
常见有机化合物的紫外光谱吸收带主要有以下几种类型: 1. 远紫外(真空紫外)吸收带 最大吸收波长 < 200 nm,处于真空紫外区。主
2. 溶液酸度的影响 溶液酸度的变化可以改变某些有机化合物的存在形式,并导
致谱带发生位移。最典型的就是酚和芳香胺类化合物。例如
苯酚:
E2带 λmax (ε)
OH
211 nm (6200)
B 带 λmax (ε) 270 nm (1450)
−H+
苯胺:
O-
236 nm (9400)
287 nm (2600)
要是 σ→σ*跃迁引起的,是烷烃的吸收带。 2. 尾端(末端)吸收带 最大吸收波长虽在真空紫外区,但靠近 200 nm,吸收
带的尾部进入近紫外区。主要由 n→σ*跃迁引起,是含杂原子的饱和化合物的 吸收带。如饱和卤代烃、醇、胺等。 3. R 带 最大吸收波长 > 270 nm 的弱吸收带,摩尔吸光系数 ε 很小,一般 < 100。 由 n→π*跃迁引起,是含杂原子的不饱和化合物的吸收带。如醛、酮、硝基及 亚硝基化合物等。 4. K 带 最大吸收波长 > 200 nm 的强吸收带,摩尔吸光系数 ε 很大,一般 > 10000。由共轭体系的 π→π*跃迁引起,是共轭不饱和化合物的吸收带。如共 轭烯烃、共轭的不饱和羰基化合物等。 5. B 带 最大吸收波长 > 200 nm、强度中等且常伴有精细结构的宽吸收带,摩 尔吸光系数 ε 较小,一般 250 ~ 3000 之间。由芳环和芳香杂环化合物 π→π*跃 迁引起的,是芳环和芳香杂环化合物的特征吸收带。如苯的 B 带在 230 ~ 270 nm,为含有多重峰或精细结构的宽吸收带。 6. E带 也是芳香结构的特征吸收带。都是芳香体系中π→π*跃迁引起的。特点 是摩尔吸光系数ε很大,一般 > 10000。E带可分为E1带和E2带。如苯的E带就 有两个:184 nm(E1带,烯带,简单看作是乙烯的π→π*跃迁引起的)、204 nm
第二章紫外吸收光谱
CH3
H+
C OH
CH3
CH3 C OH2+ H2C H
CH3 C CH2 + H2O
A
CH3 C OH CH3
H+ H
CH3 C OH2+ CH3
CH3 C
CH3 B
+ H2O
计算:A max = 214nm + (3×5)nm = 229nm
B max = 214nm + (4×5)nm = 239nm
只能被真空紫外分光光度计检 测到,在紫外区透明,可作为溶 剂使用;
E K
s*
p*
R
n
p
s
n→σ*跃迁
所需能量较大; 吸收波长为150~250nm,大部分在远紫外区, 近紫外区仍不易观察到; 含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素 等杂原子)均呈现n→σ* 跃迁。
化合物 H2O
CH3OH CH3CL
s s*
p p*
n s*
n p*
800nm
紫外光谱适用于在200-400nm 区域有吸 收的不饱和分子体系, 特别是具有共轭结构 的化合物。
σ→σ*跃迁
所需能量最大;σ电子只有吸收远紫外光的 能量才能发生跃迁; 饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区; 吸收波长λ<200 nm;
例:甲烷的λmax为125nm , 乙烷 λmax为135nm。
化合物B更接近实验值242nm,产物应为B。
例2. 某化合物分子式为C7H10O,经红外光谱测定含有 酮羰基、甲基及碳碳双键,但不能肯定是六元环酮还
是开链脂肪酮。其紫外吸收max(EtOH)=257nm(>104), 试推测其结构。
有机波谱解析-第二章 紫外光谱
C
Hale Waihona Puke n<pOC
C
p*
n > p p*
n
n C
p* p
p*
n
p n 非极性
p
O 非极性
C C
p
极性
极性
n → p*跃迁:兰移; ; pp np
(4)尽量和文献中所用的溶剂一致。
(5)溶剂挥发性小、不易燃、无毒性、价格便宜。
5. 电子跃迁的类型
紫外吸收光谱是由价电子的能级跃迁而产生的,有机化 合物的紫外—可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果:σ电子、 π电子、n电子。 s* n p* H C O
s
p E 分子轨道理论:成键轨道—反键轨道。
各种电子能级的能量及电子跃迁类型如右图
3. 紫 外 光 谱 图
横坐标:波长或频率 纵坐标:吸光度(A) 或 透过率(T)
紫外光谱(图)的特点: 吸收谱带少; 吸收谱带宽; 通常以谱带吸收最强的波长表示谱带位置,称 为最大吸收波长(λmax) ,是分子的特征常数, 与分子电子结构相关,可推测化合物中生色团类 型和共轭大小; 吸收强度以最大吸收波长处的摩尔吸光系数 (εmax)表示,也是分子特征常数和鉴定化合物 的重要依据。
H H c H
取代基 红移距离 -SR 45(nm)
c H
max=162nm 助色基团取代 p
-NR2 40(nm) -OR 30(nm)
p*(K带)发生红移。
-Cl 5(nm) CH3 5(nm)
(2)共轭烯烃中的
p → p*
紫外吸收光谱分析法
23:16:31
21/94
显示器 吸光度与光程的关系 A = abc
0.00 0.10
检测器
参 比
光源
b
0.20
2b
23:16:31
22/94
吸光度与浓度的关系 A = abc
显示器
0.00
检测器
光源
参 比
0.10
c
0.20
2c
23:16:31
23/94
吸光度与波长的关系 A = abc
显示器
光学光谱区
远紫外 近紫外 可见 近红外 中红外
(真空紫外)
远红外
10nm~200nm 200nm 380nm 780 nm
2.5 m
50 m
~380nm ~ 780nm ~ 2.5 m ~ 50 m ~300 m
23:16:31
11/94
物质对光的吸收与发射
物质分子内部3 种运动形式及其对应能级:
23:16:31
17/94
朗伯-比尔定律
A=lg(I0/It)=kbc
意义: 当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质时,
其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比.
23:16:31
18/94
透光率(透射比)T(Transmittance)
T = It I0
I0 入射光
吸光度A (Absorbance)
23:16:32
31/94
3.电子跃迁与分子吸收光谱
物质分子内部三种运动形式: (1)电子相对于原子核的运动; (2)原子核在其平衡位置附近的相对振动; (3)分子本身绕其重心的转动。
分子具有三种不同能级:电子能级、振动能级和转动能级 三种能级都是量子化的,且各自具有相应的能量。 分子的内能:电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er
紫外吸收光谱.
J:转动量子数 V:振动量子数
二、分子轨道与电子跃迁的类型
1、分子轨道
++
+• •- σs* • + • σs
-+ +-
-+ -ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
σp*
- + - σp
++
-
-
••
πp*
+
••
πp
分子轨道的能级高低次序是:σ*>π*>n>π>σ
2、电子跃迁的类型: σ →σ*、 n→σ*、 π→π* 、 n→π*
(6)E带 也是芳香结构的特征吸收带,由处于环状共轭的三个乙烯键的 苯型体系中的π→π*的跃迁所产生。E带又可分为E1和E2带。E 带属强吸收,εmax>10000 L·mol-1·cm-1。
三、发色基团、助色基团和吸收
1、发色基团和助色基团 例如,分子中含有π键的C=C、C三C、苯环以及C=O、
红移:由于取代基作用或溶剂效应导致发色基团的吸收峰向长波 移动的现象。
蓝移:由于取代基作用或溶剂效应导致发色基团的吸收峰向短波 移动的现象。
增色效应和减色效应:使吸收带强度增加的作用称助色效应; 反之为减色效应。
表 2-1 一些典型的发色基团及其吸收波长
发色基团
化合物
吸收波长/nm
C=C C三C C=O
近紫外区光能量为609~300kJ/mol,可见光区能量为 300~150 kJ/mol,与化学键的能量相仿,足以导致分子的价 电子由基态跃迁到激发态。
第一节 紫外吸收光谱的基本原理
一、紫外吸收光谱的产生
V3
n2 V2
V1 V0
J0 J1 J2 J3
A E
紫外吸收光谱
三、分子离子化的影响(pH的影响)
若化合物在不同的pH介质中能形成阳离子或阴离 子,则吸收带会随分子的离子化而改变。如苯胺在酸 性介质中会形成苯胺盐阳离子。苯胺形成阳离子之后, 氮原子的未成键电子消失,氨基的助色作用也随之消 失,因此苯胺盐的吸收带从230和280nm移到203和 254nm处。 苯酚分子中OH基团含有两对孤对电子,与苯环上 π电子形成n→π共轭,当形成酚盐阴离子时,氧原子上 孤对电子增加到三对,使n→π共轭作用进一步增强, 从而导致吸收带红移,同时吸收强度也有所增加。
表 2 环状共轭二烯π→π*跃迁的吸收波 长计算方法
π→π*跃迁λ/nm
同环二烯基本值 异环二烯基本值 每一个烷基或环残余取代 每一个环外双键 每一个烷氧基取代 –OR 每一个含硫基团取代 –SR 每一个胺基取代-NRR’ 每一个卤素取代 每一个酰基取代-COOR 增加一个共轭双键
253 214 +5 +5 +6 +30 +60 +5 +0 +30
3、醇、醚、含氮、含硫化合物及卤代物
醇、醚含有未成键电子,能产生n→ζ*跃迁,其 吸收波长都低于200nm。醇的分子间容易形成氢键而 发生缔合,吸收带波长及强度将随缔合的程度而变化。 胺是最简单的含氮有机化合物,胺中氮原子含有 未成键电子,所产生n→ζ*跃迁,其吸收波长处于 200nm附近。 硝基及亚硝基化合物中由于存在氮、氧原子,可 形成n→π共轭体系,所以能产生π→π*和n→π*跃迁, 吸收带位于近紫外区,例如硝基甲烷的吸收波长分别 为210和270nm。
气体 气体 己烷 己烷 水 己烷 水 甲醇 己烷 乙醇 甲醇 甲醇 乙醇 乙醇 己烷 己烷 甲醇 甲醇
第二节 紫外分光光度计光路图
一、单光束分光光度计
光源
光电倍增管
第二章紫外吸收光谱法
第二章:紫外吸收光谱法一、选择1. 频率(MHz)为4.47×108的辐射,其波长数值为(1)670.7nm (2)670.7μ(3)670.7cm (4)670.7m2. 紫外-可见光谱的产生是由外层价电子能级跃迁所致,其能级差的大小决定了(1)吸收峰的强度(2)吸收峰的数目(3)吸收峰的位置(4)吸收峰的形状3. 紫外光谱是带状光谱的原因是由于(1)紫外光能量大(2)波长短(3)电子能级差大(4)电子能级跃迁的同时伴随有振动及转动能级跃迁的原因4. 化合物中,下面哪一种跃迁所需的能量最高(1)ζ→ζ*(2)π→π*(3)n→ζ*(4)n→π*5. π→π*跃迁的吸收峰在下列哪种溶剂中测量,其最大吸收波长最大(1)水(2)甲醇(3)乙醇(4)正己烷6. 下列化合物中,在近紫外区(200~400nm)无吸收的是(1)(2)(3)(4)7. 下列化合物,紫外吸收λ值最大的是max(1)(2)(3)(4)二、解答及解析题1.吸收光谱是怎样产生的?吸收带波长与吸收强度主要由什么因素决定?2.紫外吸收光谱有哪些基本特征?3.为什么紫外吸收光谱是带状光谱?4.紫外吸收光谱能提供哪些分子结构信息?紫外光谱在结构分析中有什么用途又有何局限性?5.分子的价电子跃迁有哪些类型?哪几种类型的跃迁能在紫外吸收光谱中反映出来?6.影响紫外光谱吸收带的主要因素有哪些?7.有机化合物的紫外吸收带有几种类型?它们与分子结构有什么关系?8.溶剂对紫外吸收光谱有什么影响?选择溶剂时应考虑哪些因素?9.什么是发色基团?什么是助色基团?它们具有什么样结构或特征?10.为什么助色基团取代基能使烯双键的n→π*跃迁波长红移?而使羰基n→π*跃迁波长蓝移?11.为什么共轭双键分子中双键数目愈多其π→π*跃迁吸收带波长愈长?请解释其因。
12.芳环化合物都有B吸收带,但当化合物处于气态或在极性溶剂、非极性溶剂中时,B吸收带的形状有明显的差别,解释其原因。
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π* ΔEn π
ΔEp< ΔEn ΔEp
π* Δn
ΔEp
ΔEp> ΔEn
C=C 在非极性溶剂中 在极性溶剂中
C=O 在非极性溶剂中 在极性溶剂中
图 溶剂极性对轨道能级的影响 二、分子结构改变的影响
CH=CH—CO—CH3 CH=CH—CO—CH3
CH3
CH3
π→π*跃迁吸收波长分别为227和299nm
170 173 189 280 204 178 220 210 220 438 210 274 270 210 220 356 217 269
π→π* π→π* n→ζ* n→π* n→π* π→π* n→π* n→π* n→π* n→π* π→π* n→π* n→π* n→π* π→π* n→π* π→π* π→π*
气体 气体 己烷 己烷 水 己烷 水 甲醇 己烷 乙醇 甲醇 甲醇 乙醇 乙醇 己烷 己烷 甲醇 甲醇
第二节 紫外分光光度计光路图
一、单光束分光光度计
光源
光电倍增管
二、双光束分光光度计
扇形镜
准直镜 光栅
第三节 影响紫外吸收光谱的主要因素
一、溶剂的影响
一般来说,溶剂对于产生π→π*跃迁谱带的影响为:溶剂的极
增色效应和减色效应:使吸收带强度增加的作用称助色效应; 反之为减色效应。
表 2-1 一些典型的发色基团及其吸收波长
发色基团 化合物 吸收波长/nm 溶剂
C=C C三C C=O
COOH CONH2 COOR COCl N=N NO2 ONO SO ONO Ar
乙烯 乙炔 丙酮
乙酸 乙酰胺 乙酸乙酯 乙酰氯 偶氮甲烷 硝基甲烷 硝酸丁酯 亚砜 亚硝酸丁酯 苯甲酸
性越强,谱带越向长波长方向位移;对产生n→π*跃迁谱带的影响为: 溶剂的极性越强, n→π*跃迁的谱带越向短波长方向位移
表2-2 溶剂对异丙叉丙酮吸收带的影响
溶 剂 π→π* 跃 迁 /λ,nm n→π* 跃 迁 /λ , nm
己 乙 氯 甲 水
烷 腈 仿 醇
230 234 238 237 243
329 314 315 309 305
-
+
σp
• •
+ + +
πp* πp
• •
分子轨道的能级高低次序是:ζ*>π*>n>π>ζ
2、电子跃迁的类型: ζ →ζ*、 n→ζ*、 π→π* 、 n→π* 3、紫外光谱吸收带的类型
(1)远紫外吸收带 烷烃化合物的吸收带,如C—C,C—H基团中,为ζ →ζ*跃迁, 最大吸收波长<200nm。在紫外光谱分析中意义不大。 (2)尾端吸收带 饱和卤代烃、胺或含杂原子的单键化合物的吸收带,由于这类 化合物含一个或几个孤对电子,因此产生n→ζ*跃迁,其范围 从远紫外区末端到近紫外区,在200nm附近。 (3)R带 共轭分子的含杂原子基团的吸收带,如C=O,N=O,NO2, N=N等基团,由n→π*跃迁的产生,为弱吸收带,摩尔吸光系数 通常小于100L·mol-1·cm-1;随溶剂极性的增加,R带会发生蓝移, 附近如有强吸收带,R带有时会红移,有时观察不到。 吸收峰一般在270nm以上。
三、发色基团、助色基团和吸收
1、发色基团和助色基团 例如,分子中含有π键的C=C、C三C、苯环以及C=O、 -N=N-、S=O等不饱和基团都是发色基团。 例如-NH2、-NR2、-OH、-OR、-Cl等。这些基团借助p-π 共轭使发色基团增加共轭程度,从而使电子跃迁的能量下降 . 助色基团的助色效应强弱大致如下: F<CH3<Cl<Br<OH<SH<OCH3<NH2<NHR<NR2<O2、红移、蓝移、增色效应和减色效应 红移:由于取代基作用或溶剂效应导致发色基团的吸收峰向长波 移动的现象。 蓝移:由于取代基作用或溶剂效应导致发色基团的吸收峰向短波 移动的现象。
三、分子离子化的影响(pH的影响)
若化合物在不同的pH介质中能形成阳离子或阴离 子,则吸收带会随分子的离子化而改变。如苯胺在酸 性介质中会形成苯胺盐阳离子。苯胺形成阳离子之后, 氮原子的未成键电子消失,氨基的助色作用也随之消 失,因此苯胺盐的吸收带从230和280nm移到203和 254nm处。 苯酚分子中OH基团含有两对孤对电子,与苯环上 π电子形成n→π共轭,当形成酚盐阴离子时,氧原子上 孤对电子增加到三对,使n→π共轭作用进一步增强, 从而导致吸收带红移,同时吸收强度也有所增加。
第一节 紫外吸收光谱的基本原理
一、紫外吸收光谱的产生
n2
A E
V3
V2
V1 V0
J2 J3 J0 J1
V3
λmax
n1
V2 V1 V0
J2 J3 J0 J1
J:转动量子数 V:振动量子数
二、分子轨道与电子跃迁的类型 +• •- σs* 1、分子轨道 + + • + • σs - + + + -
σp *
化学与生命科学学院
选修课
谱学导论
第二章 紫外光谱
授课教师:解庆范教授
第二章 紫外-可见吸收光谱(UV)
分子的价电子在吸收辐射并跃迁到高能级后所产生 的吸收光谱,通常被称为电子光谱,由于其波长范围在 光谱的可见和紫外区,所以该电子光谱又叫紫外-可见 光谱。
紫外可见光可以分为三个区域: 远紫外区:10~190nm(真空紫外区) 紫外区 :190~400nm 可见区 :400~800nm 近紫外区光能量为609~300kJ/mol,可见光区能量为 300~150 kJ/mol,与化学键的能量相仿,足以导致分子的价 电子由基态跃迁到激发态。
(4)K带 共轭体系的π→π*跃迁所产生的吸收带,如共轭烯烃、烯酮等。 K带的吸收强度很高,一般εmax>10000 L·mol-1·cm-1。吸收峰 发生在近紫外区,且随共轭双键的增加,吸收峰会发生红移, 吸收强度也会增加。 (5)B带 芳香和杂环化合物π→π*的特征吸收带,摩尔吸光系数大约在 250~3000 L·mol-1·cm-1。苯的B吸收带在230~270nm之间,并出 现包含有多重峰或精细结构的宽吸收带,如184和203nm处也会 有吸收。但取代芳烃的B带精细结构会消失,极性溶剂也会使精 细结构消失。 (6)E带 也是芳香结构的特征吸收带,由处于环状共轭的三个乙烯键的 苯型体系中的π→π*的跃迁所产生。E带又可分为E1和E2带。E 带属强吸收,εmax>10000 L·mol-1·cm-1。