紫外吸收光谱授课课件.ppt
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1、紫外吸收光谱课件优选紫外吸收光谱课件能产生n*跃迁。3、UV谱图的表示 横坐标:/nm 纵坐标:lg、A 峰在上 T%、T 峰在下对甲苯乙酮的紫外光谱1、根据分子式计算不饱和度基本值(同环二烯)253nm有机化合物中饱和的C-C、C-H键以及其它解:A=10 N=11 R=2 E=02、从UV图中找到max、max含有杂原子团如:-OH、-NH2、-X、-S 等的三个吸收带 E1带 184nm 远紫外区凡是能导致化合物在紫外及可见区产生吸收的基团。注:当出现几个发色团共轭,则几个发色团所产生的 吸收带将消失,代之出现新的共轭吸收带,其波 长将比单个发色团的吸收波长长,强度也增强。若260300
2、nm范围内出现强吸收带,表明该化合物存在计算化合物/nm/nm自然界中存在各种不同波长的电磁波,自然界中存在各种不同波长的电磁波,电磁辐射电磁辐射(电磁波电磁波)按其波长可分为不同区域:按其波长可分为不同区域:第一章第一章紫外吸收光谱法紫外吸收光谱法Ultraviolet Absorption Spectroscopy(UV)第二节第二节 紫外光谱的基本原理紫外光谱的基本原理一、紫外光谱的产生一、紫外光谱的产生二、分子轨道与二、分子轨道与 电子跃迁类型电子跃迁类型三、三、UV的几个术语的几个术语 四、四、UV的吸收带的吸收带对甲苯乙酮的紫外光谱对甲苯乙酮的紫外光谱 COHnp ps sH 形成
3、单键的电子形成单键的电子-键电子;键电子;形成双键的电子形成双键的电子-键电子;键电子;氧、氮、硫、卤素等含有未成键的孤对电子氧、氮、硫、卤素等含有未成键的孤对电子-n n键电子。键电子。这三类电子都可能吸收一定的能量跃迁到能级较高这三类电子都可能吸收一定的能量跃迁到能级较高的反键轨道上去,如下图所示。的反键轨道上去,如下图所示。4 4种电子跃迁类型:种电子跃迁类型:s s s s*跃迁跃迁 n n s s*跃迁跃迁 p p p p*跃迁跃迁 n n p p*跃迁跃迁1 1、s ss s*跃迁跃迁有机化合物中饱和的有机化合物中饱和的C-CC-C、C-HC-H键以及其它键以及其它单键都含有单键都
4、含有 s ss s*跃迁。跃迁。s ss s*跃迁所需能量最高跃迁所需能量最高吸收波长最短,吸收波长最短,落在远紫外区落在远紫外区(maxmax 150nm)150nm)饱和烃只有饱和烃只有s s、s s*轨道,只能产生轨道,只能产生s ss s*跃迁。跃迁。例如:甲烷例如:甲烷 吸收峰在吸收峰在 125 125nmnm;乙烷乙烷 吸收峰在吸收峰在 135 135nm(150nm)nm(150nm)2.2.nns s*跃迁跃迁分子中含分子中含O O、N N、S S、X X(卤素)等原子。卤素)等原子。nns s*跃迁所需的能量比跃迁所需的能量比s ss s*跃迁的低跃迁的低 maxmax 20
5、0nm 200nm左右左右 含有杂原子团如:含有杂原子团如:-OHOH、-NH-NH2 2 、-X-X、-S-S 等的等的有机物分子中除能产生有机物分子中除能产生 s s-s s*跃迁外,同时跃迁外,同时能产生能产生nns s *跃迁。跃迁。例如:例如:原子半径较大的原子半径较大的S S或或I I的衍生物的衍生物 maxmax200nm200nm 原子半径较小的原子半径较小的O O或或ClCl的衍生物的衍生物 maxmax200nm200nm3.3.p pp p*跃迁跃迁不饱和化合物及芳香化合物不饱和化合物及芳香化合物p pp p*跃迁所需能量较低跃迁所需能量较低 (max 170max 17
6、0200nm200nm左右左右)共轭时,移至近紫外区共轭时,移至近紫外区例如例如 CHCH2 2=CH=CH2 2 maxmax=165=165nmnm当存在两个或多个当存在两个或多个键处于共轭关系时,键处于共轭关系时,p pp p*跃迁的谱带将随着共轭体系的增大而向长波方向跃迁的谱带将随着共轭体系的增大而向长波方向移动。移动。4.4.nnp p*跃迁跃迁不饱和键上连有杂原子(如,不饱和键上连有杂原子(如,C=OC=O、NONO2 2)nnp p*跃迁所需的能量最低跃迁所需的能量最低(maxmax 270 270300nm)300nm)例如例如 饱和酮:饱和酮:nnp p*跃迁跃迁 maxma
7、x 270-290nm 270-290nm附近的弱谱带附近的弱谱带(同时也产生(同时也产生p pp p*跃迁跃迁 maxmax 180nm 180nm左右的强谱带)左右的强谱带)电子跃迁类型与分子结构及存在的基团有密切电子跃迁类型与分子结构及存在的基团有密切的联系,因此,可依据分子结构预测可能产生的电的联系,因此,可依据分子结构预测可能产生的电子跃迁。子跃迁。例如例如 饱和烃饱和烃 只有只有s ss s*跃迁跃迁 烯烃有烯烃有 s ss s*、p pp p*跃迁跃迁 脂肪醚脂肪醚 s ss s*、nns s*跃迁跃迁 醛、酮存在醛、酮存在 s ss s*、nns s*、p pp p*、nnp
8、p*四种跃迁四种跃迁随着共轭程度增加,红移程度增加,增大。有机物分子中除能产生-*跃迁外,同时1、如果在发色团的一端连有含有孤对电子的助色团时,由于n共轭使*跃迁产生的吸收带红移,吸收强度增加。Ultraviolet Absorption Spectroscopy(UV)强度增加(即:,)通常都含有n电子。、-不饱和羰基化合物的母体结构为溶剂从非极性极性时,UV吸收曲线趋于平滑,吸收带精细结构消失。基团单独的波长红移之和,即:1+2+204第一章紫外吸收光谱法应选择同环二烯作为母体。n*跃迁所需的能量最低(max 270300nm)Ultraviolet Absorption Spectros
9、copy(UV)含卤原子 n*F、Cl 200nm例 取代烯烃 下列化合物能产生什么类型的电子跃迁?下列化合物能产生什么类型的电子跃迁?CH3O CH3C2H5 3NCH2CHCH2CH2OCH3练习练习4、通过其它手段得出化合物结构,根据几个作用。例如 饱和烃 只有*跃迁 烯烃有 *、*跃迁 脂肪醚 *、n*跃迁 醛、酮存在*、n*、*、n*四种跃迁计算化合物*跃迁跃迁产生吸收带max当有多个可供选择的母体时,应优先选择较长波长的母体。若250300nm范围内出现中等强度吸收带,由*、n*跃迁产生的吸收带是UV光谱研究的电子跃迁类型max=114+5A+N(48-1.7550 m 分子振动
10、红外、拉曼光谱解:A=10 N=11 R=2 E=0*跃迁所需能量最高吸收波长最短,常见类型有机化合物的UV常见的发色团有:C=C、C=O、CC、苯环、N=N、S=O等典型的交叉共轭体系骨架结构如下:1、波长范围(10400nm)10 200 nm 远紫外区(真空UV区)200 400 nm 近紫外区解:,二烷基取代基本值217nm ,二烷基取代基本值217nm1、根据分子式计算不饱和度B带 254nm 吸收强度较弱,但因在气相或非极E1、E2、B带红移,但程度不大。环外双键(1个)5nm该规则以某一化合物的基本吸收波长为基础值,加入各种取代基对吸收波长所作的贡献值,得到该化合物*跃迁的吸收波
11、长max。预测下列化合物产生哪些电子跃迁?预测下列化合物产生哪些电子跃迁?能出现什么吸收带?能出现什么吸收带?CHCHCOOHNO2CH2CHCH2OCH3练习练习第一章第一章紫外吸收光谱法紫外吸收光谱法 Ultraviolet Absorption Spectroscopy(UV)第三节第三节 影响影响UV的主要因素的主要因素一、分子结构的影响一、分子结构的影响二、共轭体系的影响二、共轭体系的影响三、三、pH值的影响值的影响四、取代基的影响四、取代基的影响五、溶剂的影响五、溶剂的影响影响影响UV的主要因素:的主要因素:1、分子内部因素:分子结构、分子内部因素:分子结构2、外部因素:分子与分子
12、间相互作用、外部因素:分子与分子间相互作用 或与溶剂分子之间的或与溶剂分子之间的 作用。作用。1、双键位置的影响、双键位置的影响 -紫罗兰酮紫罗兰酮 -紫罗兰酮紫罗兰酮 max=299nm max=227nm2、互变异构体、互变异构体 某些化合物具有互变异构现象,如-二酮二酮可以形成酮式酮式和烯醇式烯醇式互变异构体。酮式酮式 烯醇式烯醇式CH3CHCHC CH3OCH3CHCHC CH3OOCCH2COCHCOHCO化合物化合物(C=C)n max /nm /m2mol-1 乙烯乙烯丁二烯丁二烯己二烯己二烯辛四烯辛四烯癸五烯癸五烯 n=1n=2n=3n=4n=5 165217258296335
13、 1.01032.11033.51035.210311.8103 随着共轭程度增加,红移程度增加,随着共轭程度增加,红移程度增加,增大。增大。例例 例例 230 230nm 203nmnm 203nm 280nm 254nm 280nm 254nm 蓝移蓝移 210 210nm 235nmnm 235nm 270nm 287nm 270nm 287nm 红移红移NH2+HNH3OHO+OH+H2O 1、如果在发色团的一端连有含有孤对电子的助色团时,由于、如果在发色团的一端连有含有孤对电子的助色团时,由于nnp p共轭使共轭使p pp p*跃迁产生的吸收带红移,吸收强度增加。跃迁产生的吸收带红移
14、,吸收强度增加。例例 取代烯烃取代烯烃 X=SR2 45nm NR2 在原有的基础上增加在原有的基础上增加 40nm OR 30nm Cl 5 nm2、苯环上的苯环上的H被助色团取代时,苯的被助色团取代时,苯的E带(带(204nm)、)、B带带(255nm)均红移。均红移。例例 E2 204204nm210nm nm210nm 6nm 6nm B 255255nm264nm nm264nm 9nm9nm E2 204204nm217nm nm217nm 13nm 13nm B 255255nm268nm nm268nm 13nm13nm CCXClOCH3 3、当助色团与、当助色团与C=O的的
15、C相连时,相连时,C=O的的nnp p*跃迁的跃迁的蓝移蓝移 例例 nnp p*290nm 220nm 70nm 208m 82nm CH3CHOCH3CNH2OCH3COOC2H51、改变溶剂的极性会使吸收带的形状发生变化。、改变溶剂的极性会使吸收带的形状发生变化。溶剂从非极性溶剂从非极性极性时,极性时,UVUV吸收曲线趋于平滑,吸收吸收曲线趋于平滑,吸收带精细结构消失。带精细结构消失。2、溶剂极性改变使吸收带波长(即:位置)发生变化。、溶剂极性改变使吸收带波长(即:位置)发生变化。极性溶剂会造成极性溶剂会造成 p pp p*跃迁产生的吸收带发生红移跃迁产生的吸收带发生红移 n np p*跃
16、迁产生的吸收带发生蓝移跃迁产生的吸收带发生蓝移2)、按成键方式分:、n 轨道例如 饱和酮:n*跃迁max 270-290nm附近的弱谱带(同时也产生*跃迁max 180nm左右的强谱带)n*290nm对位-NH2 58nm常见类型有机化合物的UVBr、I 200nmOR 30nm=102103m2mol-1,该化合物可能含苯环。2)、按成键方式分:、n 轨道电子跃迁类型与分子结构及存在的基团有密切的联系,因此,可依据分子结构预测可能产生的电子跃迁。二、光的分类及光谱区域射频 11000 m 核自旋 核磁共振溶剂极性改变使吸收带位移的原因:一般认为是极性溶剂溶剂极性改变使吸收带位移的原因:一般认
17、为是极性溶剂对对n n、p p 、p p*轨道的溶剂化作用不同引起的。轨道的溶剂化作用不同引起的。轨道的极轨道的极性顺序:性顺序:n n p p*p p ,轨道极性越大,受溶剂极性的影轨道极性越大,受溶剂极性的影响也越大。响也越大。第一章第一章紫外吸收光谱法紫外吸收光谱法Ultraviolet Absorption Spectroscopy(UV)第四节第四节 常见类型有机化合物的常见类型有机化合物的UV一、饱和化合物一、饱和化合物二、烯烃二、烯烃三、羰基化合物三、羰基化合物四、芳香族化合物四、芳香族化合物1、烷烃、烷烃 s ss s*(真空紫外区)(真空紫外区)常用作测定紫外吸收光谱的溶剂。
18、常用作测定紫外吸收光谱的溶剂。2、含杂原子的饱和化合物、含杂原子的饱和化合物 含含O原子原子 n ns s*maxmax200nm200nm 含含N、S原子原子 n ns s*maxmax200nm200nm 含卤原子含卤原子 n ns s*F F、Cl Cl 200nm 200nm Br Br、I I 200nm200nm1、非共轭烯烃、非共轭烯烃(1)*,*在远紫外区。在远紫外区。(2)C=C上的上的H被含被含-H的烷基取代时,的烷基取代时,引起引起*红移。红移。每增加一个烷基,红移每增加一个烷基,红移5nm。(。(即即=5nm)(3)C=C上的上的H被助色团取代时,被助色团取代时,*红移
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