1. 紫外光谱及其产生
red169⑴紫外光的波长范围
紫外光的波长范围为4-400nm。
200-400为近紫外区,4-200nm为远紫外区。
由于波长很短的紫外光会被空气中氧和二氧化碳吸收,研究远紫外区的吸收光谱很困难,一般的紫外光谱仅仅是用来研究近紫外区的吸收。
⑵紫外光谱
当把一束光通过有机化合物时,某一波长的光可能吸收很强,而对其他波长的光可能吸收很弱,或者根本不吸收。当化合物吸收一定波长的紫外光时,电子发生跃迁,所产生的吸收光谱叫做紫外吸收光谱,简称紫外光谱。 ⑶电子跃迁的种类
在有机化合物分子中,由于化合物的价电子有三种类型,即σ 键电子、π 键电子和未成键的 n 电子,在电子吸收光谱中,电子跃迁主要是经下三种。 中国急救网
①σ-σ*跃迁
σ电子是结合得最牢固的价电子,在基态下,电子在成键轨道中,能级最低,而σ*态是最高能级。σ-σ*跃迁需要相当高的辐射能量。在一般情况下,仅在200nm以下约~150nm才能观察到,即在一般紫外光谱仪工作范围之外,只能用真空紫外光谱仪才可观察出来(在无氧和二氧化碳的情况下)。所以测紫外光谱时,常常用烷烃作溶剂。
② n电子的跃迁
n 电子是指象N,S,O,X 等原子上未共用的电子。它的跃迁有两种方式。
第一种方式:n-accomplish研究π* 跃迁
未共用电子激发跃入π* 轨道,产生吸收带,称为R带(基团型的,Radikalartig德文),由n-π*引起的,在200 nm以上。
如:醛酮分子中羰基在275-295nm处有吸收带,为C=O中n-π*跃迁吸收带。
第二种方式是n→σ*跃迁,这种跃迁所需的能量大于n-πautodyn*,故醇醚均在远紫外区才出现吸收带。~ 200nm。如甲醇λmax183nm。
③π→π*跃迁
乙烯分子中π电子吸收光能量,跃迁到π*轨道。吸收带在远紫外区。
当双键上氢逐个被烯基取代后,由于共轭作用,π→π*能级减小。吸收带向长波递增。由共轭双键产生的吸收带称为K带,其特征是摩尔消光系数大于104。在近紫外区吸收,CH2=CH2 λmax162nm,CH2=CH-CH=CH2 λmax217nm。
2.Lambert-Beer定律和紫外光谱图
⑴ Lambert-Beer(朗勃特-比尔)定律
当我们把一束单光(Io)照射溶液时,一部分光(I)通过溶液,而另一部分先被溶液吸收了。这种吸收是与溶液中物质的浓度(c)和液层的厚度成正比的。这就是Lambert-Beer定律。透射光强度(I)和入射光强度(I0外文参考文献)之比,即I/I0为透射比。LogI/I0为透光率,A=- LogI/I0为吸光度(吸收度);c:溶液的摩尔浓度(mol/L)L:液层的厚度,单位cm;
ε:摩尔消光系数。从理论上说,ε的大小表示这个分子在吸收峰的波长可以发生能量转移(电子从能位低的分子轨道跃迁到能位高的分子轨道)的可能性。
ε值大于104是完全允许的跃迁,而小于103跃迁几率较低,若跃进迁是禁阻的,ε值小于几十。
当c为百分浓度时,ε为百分消光系数,以表示。
⑵ 紫外光谱图
以吸光度或消光系数(ε或logε)为纵坐标,以波长(单位nm)为横坐标作图得到的紫外光吸收曲线,即紫外光谱图(纵坐标常常用ε或logε)。
(1)处有一个最大吸收峰,位于波长280nm,用λmax280nm表示。最大吸收峰为化合物的特征数值。
在一般文献中,紫外吸收光谱的数据,多报导它的最大吸收峰的波长位置和摩尔消光系数。如:
表示样品在甲醇溶液中,在252nm处有最大吸收峰,这个吸收峰的摩尔消光系数为12300。当消光系数很大时,一般用logE或logε表示。
⑶ 紫外光谱图中常见的几种吸收带及常用光谱术语。
R 吸收带(来自德文 Radikalartig(基团)):为n→π*跃迁引起的吸收带如C=O,-NO2 ,-CHO.其特点εmax<100(logε<2),λmax 一般在270nm以上。
K 吸收带(来自德文 Konjugierte(google数字图书馆共轭)):为π→π*跃迁引起的吸收带, 如共轭双键。该带的特点 εmax>10000。共轭双键增加,εmax向长波方向移动,εmax随之增加。
B 吸收带(来自Benzenoid一词(苯系)):为苯的π→π*跃迁引起的特征吸收带,其波长在230-270nm之间,中心在254nm,ε 约为204左右,
E 吸收带(Ethylenic(乙烯型)):也属于π→π*跃迁。可分为E1 和 E2带,二者可以分别看成是苯环中的乙烯及共轭乙烯键所引起的。苯的E1为180nm,εmax >10000; E2为200n
m,2000<εmax<14000。
生基(发团):
共价键不饱和原子基团,能引起电子光谱特征吸收,一般为带π电子的基团。如:C=C、C=O、C=N、NO、 NO2等。
助基(助团)
饱和原子基团,本身在200nm以上没有吸收,但当它与发基团连接时,可使发团的最大吸收峰向长波方向移动,并且使强度增加,这样的基团叫助团,如:--OH 、–NH2 、–Cl、 -SH 等。一般为带p电子的原子或原子团。
3.紫外光谱与有机化合物分子结构的关系
一般紫外光谱是指200-400nm的近紫外区,只有π→π* n→π* 跃迁才有实际意义,也就是说紫外光谱适用于分子中具有不饱和结构的,特别是共轭结构的化合物。
⑴ 共轭体系增长,吸收峰的波长向长波方向移动。如:
⑵ 共轭链的一端引入含有未共用电子的基团(如:-NH2,-OH)和烷基时,可以产生 p-π,σ-π超共轭,使λmax向长波方向移动。
4.紫外光谱的应用
⑴推断官能团(确定不饱和化合物的结构骨架)
如在200~250nm有强吸收带(ε>10000),可能含有双键的共轭单位;在250~300nm有弱吸收(ε<100)表示可能有羰基存在。
⑵检查化合物的纯度