波谱分析教程(第二版)课件3.UV第三节

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O H H SO 2 4
按经验规则计算此与其产物的λ 值为: 按经验规则计算此与其产物的 max值为: λmax=215+5×3=229nm × 与实测值相差甚远,以上结论应予以否认。 与实测值相差甚远,以上结论应予以否认。如采取如 下反应过程将得到3-丙叉基环己烯的产物: 下反应过程将得到 丙叉基环己烯的产物: 丙叉基环己烯的产物
O
O
O
(A) )
(B) )
(C) )
UV: 己烷 : λmax = 206nm(ε5350)、 m(ε10500) 250n 由K带250nm,可以肯定这个化合物的结构为(A)。 带 ,可以肯定这个化合物的结构为( )。
分离得到一种纯品, 例2:从如下反应中用HPLC分离得到一种纯品,经 从如下反应中用 分离得到一种纯品 UV测试,在 λmax=254nm呈现强吸收谱带,由有机反 测试, 呈现强吸收谱带, 测试 5 呈现强吸收谱带 应机理估计,列出产物的四种可能结构, 应机理估计,列出产物的四种可能结构,请指出哪种 结构符合光谱检测的结果。 结构符合光谱检测的结果。
2.如果在 210~250nm有强吸收 . 有 →表示有 吸收带,→可能含有两个双键的共轭 表示有K吸收带 表示有 吸收带, 可能含有两个双键的共轭 体系,如共轭二烯或 , 不饱和醛或酮等 不饱和醛或酮等。 体系,如共轭二烯或α,β-不饱和醛或酮等。如果在 250nm以上有强吸收,则共轭体系会更大。 以上有强吸收,则共轭体系会更大。 以上有强吸收 3.如果在 260~300nm 有中强吸收(ε=200~1000), . 中强吸收 吸收( ), 且有精细结构或谱带很宽 →表示有 带吸收,体系中可能有苯环存在。如果 表示有B带吸收 体系中可能有苯环存在。 表示有 带吸收, 苯环上有共轭的生色团存在时, 可以大于10000。 苯环上有共轭的生色团存在时,则 ε 可以大于 。
四、检测系统 作用是将光信号转变成电信号,并检测其强度。 作用是将光信号转变成电信号,并检测其强度。 理想的检测器应有宽的线性响应范围、噪音低、 理想的检测器应有宽的线性响应范围、噪音低、灵敏 度高等特点。常用的检测器有:光电池、 度高等特点。常用的检测器有:光电池、光电管和光 电倍增管等。 电倍增管等。 五、记录系统 常用的记录系统有:检流计、微安表、电位计、 常用的记录系统有:检流计、微安表、电位计、 数字电压表、 记录仪 示波器及数据台等。 记录仪、 数字电压表、x-y记录仪、示波器及数据台等。
二、分光系统(单色器) 分光系统(单色器) 是指能将来自光源的复色光按波长顺序分解为单 色光,并能任意调节波长的装置。 色光,并能任意调节波长的装置。 是紫外光谱仪的关键部件。由入射狭缝、准直镜、 是紫外光谱仪的关键部件。由入射狭缝、准直镜、 色散元件(棱镜或衍射光栅)和出射狭缝组成。 色散元件(棱镜或衍射光栅)和出射狭缝组成。 三、吸收池 材质通常为石英的。光程有 多种规格。 材质通常为石英的。光程有0.1~10cm多种规格。 多种规格 从用途上看,有液体吸收池、气体吸收池、 从用途上看,有液体吸收池、气体吸收池、可拆装吸 收池、微量吸收池以及流动池等。 收池、微量吸收池以及流动池等。
4.如果在250~300nm有弱吸收带(ε=10~100) .如果在 有 吸收带( ) →可能含有简单的非共轭并含有 电子的生色团(R 可能含有简单的非共轭并含有n 电子的生色团( 可能含有简单的非共轭并含有 吸收带),如羰基等。 吸收带),如羰基等。 ),如羰基等 5.如果化合物呈现许多吸收带,甚至延伸到可见光区 .如果化合物呈现许多吸收带, →可能含有一个长链共轭体系活多环芳香性生色团。 可能含有一个长链共轭体系活多环芳香性生色团。 可能含有一个长链共轭体系活多环芳香性生色团
A=εcl W c= LM εW l M= AL
W—样品的重量 L—样品的体积
选择一个具有相同生色团的同系物作为基准物 质,测定或查出其ε值后便可以用上式计算样品的分 测定或查出其 值后便可以用上式计算样品的分 子量。 子量。 六、纯度检查 如果样品在紫外区没有吸收, 如果样品在紫外区没有吸收,而杂质在紫外区 有较强吸收,则可通过 检验化合物的纯度 检验化合物的纯度。 有较强吸收,则可通过UV检验化合物的纯度。 如果样品本身有紫外吸收, 如果样品本身有紫外吸收,则可通过差示法进 行检验: 行检验:取相同浓度的纯品用同一溶剂在相同条件 下做空白对照, 下做空白对照,样品与纯品之间的差示光谱就是样 品中含有的杂质的光谱。 品中含有的杂质的光谱。
6.化合物的鉴定 . (1)与标准物、标准谱图对照: )与标准物、标准谱图对照: 将样品和标准物在完全一致的条件下进行测 定,比较光谱是否一致。如果是一种物质,则所得 比较光谱是否一致。如果是一种物质, 光谱应完全一致; 光谱应完全一致; 如没有标样,可与标准谱图进行对比, 如没有标样,可与标准谱图进行对比,但要求 测定的条件要与标谱完全相同,否则可靠性较差。 测定的条件要与标谱完全相同,否则可靠性较差。
第三节 紫外光谱在结构分析中的应用
一、化合物部分骨架的推断 1.如果一个化合物在紫外区无吸收(即使有吸收, .如果一个化合物在紫外区无吸收(即使有吸收, 但ε<10) ) →分子中不存在共轭体系,不含有醛、酮基以 分子中不存在共轭体系,不含有醛、 分子中不存在共轭体系 等杂原子; 及 N、S、Br 和 I 等杂原子; 、 、 →可能是烷烃、非共轭烯或炔烃,或含 O、F、 可能是烷烃、非共轭烯或炔烃, 可能是烷烃 、 、 Cl 等的饱和脂肪族化合物; 等的饱和脂肪族化合物;
O M gBr E E tO t A B C D O
H O
呈现的强吸收谱带应属于K 解:λmax=254nm呈现的强吸收谱带应属于K-带,这 5 呈现的强吸收谱带应属于 带 键以上的共轭体系的光谱。 样的吸收波长为两个 π -键以上的共轭体系的光谱。 键以上的共轭体系的光谱 不饱和酮。 D不存在共轭体系,可以排除。A为α,β-不饱和酮。 不存在共轭体系,可以排除。A为 , 不饱和酮 。A B为共轭多烯。C为环内双键体系。 为共轭多烯。C为环内双键体系。 。C为环内双键体系 A:λmax=215+12×2=239nm A: × B: λmax=217+30+5×2+5=259nm × C: λmax=253+5×3=268nm × 只有B与实测值的吸收位置相接近,即产物应为B。 只有B与实测值的吸收位置相接近,即产物应为B。
E极性=6.023×1023×hc/λ × =6.023×1023×6.62×10-34(J·s)×3×108(m/s)/264.5×10-9(m) × × × × × =0.452×106J × =452kJ/mol 同理: 同理: E非极性=429kJ/mol 氢键的强度=E 氢键的强度 极性—E非极性 =23 kJ/mol
第四节 紫外光谱仪
其组成主要包括:光源、分光系统、吸收池、 其组成主要包括:光源、分光系统、吸收池、检 测系统和记录系统。 测系统和记录系统。 一、光源 应能提供光谱区内所有波长的连续辐射光,强度 应能提供光谱区内所有波长的连续辐射光, 足够大且稳定。 足够大且稳定。 紫外区: 紫外区:H 灯或 D 灯。160~390nm。 。 D 灯的辐射强度大于 H 灯,寿命长。 寿命长。 可见光区:钨灯或卤钨灯。 可见光区:钨灯或卤钨灯。350~800nm。 。
(2)吸收波长和摩尔吸光系数: )吸收波长和摩尔吸光系数: 具有相同生色团的不同化合物可能具有相同的 紫外吸收波长,但它们的 是有差别的 是有差别的。 紫外吸收波长,但它们的ε是有差别的。如果样品和 标准物的吸收波长相同, 也相同 也相同, 标准物的吸收波长相同,ε也相同,可以认为样品和 标准物是同一物质。 标准物是同一物质。
H SO 2 4
O H
O 2 H
+
H
经计算, 经计算,λmax=215+5×4+5=240nm,与实测值接近,此 × ,与实测值接近, 设想正确。 设想正确。
四、氢键强度的测定
溶剂分子与溶质分子缔合生成氢键时,对溶质分子的 溶剂分子与溶质分子缔合生成氢键时,对溶质分子的UV 光谱有较大影响。 光谱有较大影响。 对于羰基化合物,根据在极性溶剂和非极性溶剂中 带的 对于羰基化合物,根据在极性溶剂和非极性溶剂中R带的 区别,可以近似测定氢键的强度。以丙酮为例, 区别,可以近似测定氢键的强度。以丙酮为例,当丙酮在极 性溶剂中(如水)时,羰基的 n 电子可以与水分子形成氢键。 电子可以与水分子形成氢键。 性溶剂中(如水) λmax=264.5nm。当分子受到辐射,n电子实现 电子实现n→π*跃迁时, 跃迁时, 。当分子受到辐射, 电子实现 氢键断裂,所吸收的能量一部分用于 跃迁, 氢键断裂,所吸收的能量一部分用于n→π*跃迁,一部分用于 破坏氢键;而在非极性溶剂中,不形成氢键,吸收波长红移, 破坏氢键;而在非极性溶剂中,不形成氢键,吸收波长红移, λmax=279nm。这一能量的降低值应与氢键的能量相等。 。这一能量的降低值应与氢键的能量相等。
环己烯基)-2-丙酮在硫酸存在下加热处理,得 丙酮在硫酸存在下加热处理, 例3. 2-(1-环己烯基 环己烯基 丙酮在硫酸存在下加热处理 产物经纯化,测得UV 到主要产物的分子式为C 到主要产物的分子式为 9H14,产物经纯化,测得UV λmax242nm(ε10100)推断这个主要产物的结构,并讨论 推断这个主要产物的结构, 推断这个主要产物的结构 其反应过程。 其反应过程。 解:这是醇在硫酸作用下消去水的反应,按一般反应结 这是醇在硫酸作用下消去水的反应, 果应得到2-(1-环己烯基 丙烯,与测定分子式相符。 环己烯基)-丙烯 与测定分子式相符。 果应得到 环己烯基 丙烯,
五、有机物分子量M的测定 有机物分子量 的测定 物质的UV是该物质生色团结构特征的反映, 物质的 是该物质生色团结构特征的反映,而非 是该物质生色团结构特征的反映 分子全貌特征的反映。 分子全貌特征的反映。因此具有相同生色团的某一 化合物及其同系物,会具有相同的光谱特征( 化合物及其同系物,会具有相同的光谱特征(λmax 和εmax都相同)。根据这一原理可以进行 的测定。 都相同)。根据这一原理可以进行M的测定 )。根据这一原理可以进行 的测定。
H H
H
H
λmax=294nm εmax=27600
λmax=280nm εmax=10500
再如: 烯醇互变异构 以乙酰乙酸乙酯为例: 烯醇互变异构, 再如:酮-烯醇互变异构,以乙酰乙酸乙酯为例:
O H O O O
O
O
λmax=2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ4nm
λmax=243nm
三、有机物可能结构的推断 应用UV来决定双键的位置往往较其它方法更简单清晰。 应用 来决定双键的位置往往较其它方法更简单清晰。 来决定双键的位置往往较其它方法更简单清晰 的有机化合物, 例1:一个分子式为 15H22O的有机化合物,经有关方法测 :一个分子式为C 的有机化合物 定有三种可能的结构: 定有三种可能的结构:
二、顺反异构体的判别 有机化合物的分子构型不同, 有机化合物的分子构型不同,其紫外光谱的 λmax 也不同。 通常反式异构体的 及εmax也不同。→通常反式异构体的 λmax及 εmax较相 应的顺式异构体为大。 应的顺式异构体为大。 例如:反式和顺式1,2-二苯乙烯的 λmax及 εmax有较 例如:反式和顺式 , 二苯乙烯的 大的差别: 大的差别:
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