3-1紫外可见分光光度法.pptx

1、紫外可见分光光度法是利用某些物质分子能够吸收200 800 nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法,亦称紫外可见分子吸收光谱法 分子吸收光谱主要源于分子中价电子在电子轨道的电子能级间跃迁，属于电子光谱。广泛用于无机和有机物质的定量测定，辅助定性分析（如配合IR）。特点：灵敏度高，检测限可达到10-4-10-5g/ml ，测量精度达0.2%-0.5%。,第三章 紫外光谱,第一节 基本原理,一、光谱的产生 分子总能量： E分子 =E内+E平+ E电子 + E振动 + E转动 E内是分子固有内能，E平是连续变化的，不具有量子化特征，因而它们的改变不会产生光谱，当分子吸收辐射能之后，其能量变化仅是E=E

2、电子 + E振动 + E转动 E电子：120eV 相当于紫外和可见光。 E振动 ：0.051eV 相当于红外线的能量 E转动：0.0050.05eV相当于远红外线至微波的能量,当用频率为的电磁波照射分子，而该分子的较高能级与较低能级之差E恰好等于该电磁波的能量 h 时， E = h （ h为普朗克常数） 此时，在微观上出现分子由较低的能级跃迁到较高的能级；在宏观上则透射光的强度变小。 用一连续辐射的电磁波照射分子，将照射前后光强度的变化转变为电信号，并记录下来，然后以波长为横坐标，以电信号（吸光度 A）为纵坐标，就可以得到一张光强度变化对波长的关系曲线图分子吸收光谱图,二、分子吸收光谱类型,分

3、子的转动能级差一般在0.005 0.05eV。能级跃迁需吸收波长约为250 25 m的远红外光，因此，形成的光谱称为转动光谱或远红外光谱。 分子的振动能级差一般在0.05 1 eV，需吸收波长约为25 1.25 m的红外光才能产生跃迁。在分子振动时同时有分子的转动运动。称为振-转光谱。就是红外光谱；电子的跃迁能差约为1 20 eV，比分子振动能级差要大几十倍，所吸收光的波长约为800 60 nm，主要在真空紫外到可见光区，对应形成的光谱，称为电子光谱或紫外-可见吸收光谱(800 200 nm) 。通常，分子是处在基态振动能级上。当用紫外、可见光照射分子时，电子可以从基态激发到激发态的任一振动（

4、或不同的转动）能级上。因此，电子能级跃迁产生的吸收光谱，包括了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带，这就是为什么分子的紫外、可见光谱不是线状光谱，而是带状光谱的原因。,三、分子中常见电子跃迁类型,1. *： 饱和烃类化合物， 高能跃迁，真空紫外区 2. n*：含杂原子的饱和烃类化合物，吸收强度较弱，一般仍在真空紫外区。含较小原子半径的杂原子的（O、N）一般在170-180nm；含较大原子半径的杂原子的（S、I）一般在220-250nm。,3. *：不饱和烃类化合物和芳香化合物，吸收强度较强，普通紫外区，最有用，共轭系统增加，吸收波长会向长波方向移动（红移）且吸收强度增加。 4. n

5、*：含杂原子的不饱和烃类化合物和芳香化合物， 所需能量最低，吸收波长 较长，但吸收强度很弱。 由上可见,电子跃迁类型不一 样,实现跃迁所需的能量是不 同的,所吸收的光也不同, 跃迁 所需的能量越大,则所吸收的光 的波长就越短: (能量低：波长长)n* n*（能量高、波长短）,四、基本术语 1.生色团 从广义来说，所谓生色团，是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。但是，人们通常将能吸收紫外、可见光的原子团或结构系统定义为生色团,如：C=CC=O、-N=N-、S=O等不饱和基团 。下面为某些常见生色团的吸收光谱。,2. 助色团 助色团是指带有非键电子对的基团，如-OH、 -OR、 -NH

6、R、-SH、-Cl、-Br、-I等，它们本身不能吸收大于200nm的光，但是当它们与生色团相连时，会使生色团的吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸光度。 各种助色团的助色效应强弱顺序为： FCH3ClBrOHSHOCH3 NH2 NHR NR2O- 3. 红移与蓝移（紫移） 指化合物的结构改变或溶剂效应等引起吸收峰向短波方向移动，称为蓝移，反之则称为红移。某些有机化合物经取代反应引入含有未共享电子对的基团（ -OH、 -OR、 -NH2、-SH 、-Cl、-Br、-SR、- NR2 ）之后，吸收峰的波长将向长波方向移动，这种效应称为红移效应。 在某些生色团如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸

7、收峰的波长会向短波方向移动，这种效应称为蓝移（紫移）效应。 如-CH2、-CH2CH3、-OCOCH3。,4. 增色效应和减色效应： 增色效应指由于基团取代或溶剂的影响，使紫外吸收强度增加; 减色效应指由于基团取代或溶剂的影响，使紫外吸收强度减小。 5. 末端吸收： 指吸收曲线随波长变短而强度增加，直至仪器测量极限时测得的吸收。 6. 肩峰： 指吸收曲线在下降或上升处有停顿，或吸收稍微增加或降低的峰，是由于主峰内隐藏有其它峰。,7. 紫外光谱图 紫外光谱的主要特征是其吸收位置（max）和吸收强度（）。 吸收位置反映了电子跃迁所需的能量，而吸收强度则标志着相应电子能级跃迁的几率，一般大于5000

8、为强吸收,小于200为弱吸收, 居中的为中等吸收。 它遵从Lamber-Beer定律： A=logI0/I=C L 紫外光谱的表示方法 (1). 数据法： 巴豆醛(CH3CH=CHCHO)， max（nm）：218（log4.26）, 320(log1.48) 芦丁: maxEtOH（nm）：258（log4.37）, 361(log4.29),五. 吸收带 一般分为四种类型： (1) R吸收带：杂原子生色团中（如C=O、NO2）n电子向反键*轨道跃迁所致（n*）。其波长较长，但强度很弱。 CH3CHO中C=O的n*跃迁所产生的290nm，1.7。 (2) K吸收带：含共轭双键分子中*跃迁所致

9、。200nm, 很大(103). (3) B吸收带:指闭合环状共轭双键分子中*跃迁所致。是芳环的主要特征吸收带，其波长较长，但强度较弱。如苯的B吸收带波长为256nm，=220。 若芳香族化合物同时有K吸收带、B吸收带、R吸收带紫外吸收，则 ：RBK; :R200nm; 但(E1) (E2)。,六、影响紫外紫外光谱的因素 （一） 影响紫外光谱峰位置的因素 1. 溶剂效应： (1)非极性化合物的吸收位置在极性溶剂和非极性溶剂中一般无明显差异。共轭双烯化合物受溶剂极性影响较小，而不饱和羰基化合物受其影响大。 (2) 通常极性溶剂使R吸收带（n*）蓝移，而使K吸收带（*）红移。下表为溶剂对4-甲基-

10、3-戊烯-2-酮紫外吸收光谱的影响。 正己烷 CHCl3 CH3OH H2O* max/nm 230 238 237 243n* max/nm 329 315 309 305,(3)与样品分子形成氢键。如溶剂与羰基形成氢键，则n*的吸收峰蓝移。 (4) 改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变化。例如，当溶剂的极性由非极性改变到极性时，精细结构消失，吸收带变向平滑。,因此，在测定紫外、可见吸收光谱时，应注明在何种溶剂中测定。与已知化合物紫外光谱作对照时也应注意所用的溶剂是否相同。 选择溶剂 紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。选择溶剂时注意下列几点：（1）溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质应该

11、是惰性的。即所成溶液应具有良好的化学和光化学稳定性。 （2）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。（3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。 此外，要配制合理的浓度,以获得适中吸收强度谱图。,2. 结构的影响 1）位阻效应：当发色团共轭时，吸收光向长波方向移动， 共轭受到破坏，向蓝移动。 扭曲单键，会降低激发态的稳定性，激发态能量升高，增加体系跃迁能量，光谱蓝移；扭曲双键，则降低基态稳定性，基态能量升高比激发态多，降低体系跃迁能量，光谱红移。,(1). 共轭程度增加,将导致红移,吸收强度也增加. 如苯的E2 max=204nm,=7400; 联苯 max=252nm,=19000 单键

12、扭曲，空间位阻降低共轭程度. 如2-2-二甲基联苯的紫外光谱类似于甲苯. 酮式结构的吸收波长远小于烯醇式 (2) 构型的影响: 在取代烯化合物中，一般反式异构体的*跃迁 位于长波端，吸收强度也较大。而顺式则相反。 如：二苯乙烯，反式：max=295.5nm,=29000 顺式: max=280nm,=10500 肉桂酸, 反式：max=295nm,=27000 顺式: max=280nm,=13500,2.跨环效应 是指非共轭基团之间的作用，在环状体系中，分子中共轭的 两个发色团因空间位置之间的相互作用。在环状体系中，分 子中非共轭的两个发色团之间的相互作用。发生轨道间的相 互作用，使得吸收带

13、向长波方向移动。,花青色素类化合物,R1=R2=R3=R4=H R1=CH3，R2=R3=R4=H R4=CH3，R1=R2=R3=H R1=R4=CH3，R2=R3=H,max/nm 470 510（双键扭曲） 473 510 （双键扭曲）,在环体系中:,松香酸 左旋海松酸,max=235nm,=16100 max=270nm,=7100,同环双键，张力大，双键扭曲,(3). 构象的影响 一般地, max(axial) max (equatorial). 如:胆甾烷-3-酮 2位无取代时, max=286nm,log=1.36 2-Cl取代时, max(axial)=299nm,log=1.

14、53(+13) max(equatorial )=276nm,log=1.10(-10).,(4). 跨环共轭效应 指分子中两个非共轭基团处于一定的空间位置,尤其是在环状体系中.有利于生色团电子轨道间的相互作用称之.由此产生的光谱既不是两个生色团的加合,也不同于二者共轭的光谱.,max =310nm, =292,max =287nm, =147,3.酸度的影响 (分子离子化和有色配合物组成发生变化) 若化合物在不同的酸度下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。 苯胺:max=230，286nm ; 酸化:max=203，254nm 苯酚:max=210，270nm ; 碱化:m

15、ax=235，287nm 铁(III)与磺基水扬酸的配合物,在不同的酸度下会形成不同的配位比,从而产生紫红,橙红,黄色等不同颜色的配合物.,二. 影响紫外光谱峰强度的因素 1. 电子从基态跃迁到激发态的几率 如：样品的浓度 2. 激发态的极性 电子从基态跃迁到激发态产生较大的偶极矩变化时，吸收峰就强。 如C=CC=O的n*跃迁的吸收强度.,规律三: woodword规则(估计取代共轭双烯的max),试推测下列两化合物的UV谱:,A: max = 253+4x5+2x5=283(282) nm,B: max = 214+3x5+1x5=234(234) nm,规律四：Fieer-Kuhn规则（计

16、算取代取代共轭多烯的max） max=114+5M+n（48.0-1.7n）-16.5Rendo-10Rexo max=1.74X104Xn M为烷基数目, n为共轭双键数目, Rendo为环内有双键的环的数目, Rexo为环外有双键的环的数目.,胡罗卜素 max=114+510+11(48-1.711)-16.52=453.3 nm,规律五: Woodword-Fieser-Nielsen规则(计算取代的,-不饱和醛酮及酸和酯的max) 基值(非环,六元环或大环)(1)醛 酮: 215nm (2)酸 酯:193nm,max= 215+302+39+12+183+5 =385(388) nm,

17、max= 215+10+122+52 =259(254) nm,max=193+122+5=222(220) nm,规律六：单取代苯、二取代苯及稠环芳烃 苯的紫外光谱具有三个吸收峰 E1带max=184，=4.7104. E2带max=204，=7.4103. B带(是一精细结构带)max=254，=230. 苯被有非键电子(助色团)或紧接环的电子(生色团)基团取 代后,其E2带和B带(其精细结构往往会消失)都会向长波方向移 动.红移效应大小的顺序: 给电子基团 -O-NH2-OCH3-OH-Br-Cl-CH3 吸电子基团: -NO2-CHO-COCH3-COOH-CN,-COO-NH3+ 显

18、然,对于光谱影响的大小与取代基的拉电子和推电子程度 有关.只要扰乱了共轭体系电子云的分布,都要发生红移.,2. 对于二取代苯的max的估计,有下面四个有用的规则: 当一个吸电子基和一个给电子基互相处于对位时,产生协同作用,故max显著红移. (2) 当一个吸电子基和一个给电子基互相处于间或邻位时,该光谱与单取代芳香化合物的光谱仅稍有不同. (3) 当两个吸电子基或两个给电子基互相处于对位时, 该光谱与单取代芳香化合物的光谱相近.,(4) 取代苯衍生物RC6H4COZ的max估算符合Scott经验规律.,max =246+7+25+3 =281(279) nm,二. 加合原则 一个分子中的两个生

19、色团被一个或更多个隔离原子(如)分开,这个分子的紫外吸收光谱近似于这两个生色团紫外吸收光谱之和.即一个化合物的紫外吸收光谱为该分子中几个互相不共轭部分的结构单元的紫外吸收的加合. 例：紫外光谱法同时测定厚扑酚与和厚朴酚的含量 （保志娟，丁中涛等，天然产物研究与开发，2004，16（5）：435）,第六节:有机化合物紫外光谱的解析与应用 一. 紫外谱图和数据检索,二. 紫外光谱的应用 例1-紫罗兰酮和-紫罗兰酮。,-紫罗兰酮的max值用Woodword规则计算为227 nm（实测为228 nm），而-紫罗兰酮的max值计算为299 nm（实测为296 nm）。显然二者的UV谱有明显的区别， -紫

20、罗兰酮由于双键共轭，其紫外吸收波长较-紫罗兰酮明显移到长波方向。,-紫罗兰酮 -紫罗兰酮,例2下列双烯在乙醇中的max分别是231（21000）；236（12000）；245（18000），试判断这些吸收峰分属哪个化合物？,A,B,C,A：max=214+54+52=244nm B：max=214+54=234nm C：max=214+52+5=229nm,3,例3.,2-(1-环己烯基)-2-丙醇的水解产物结构,产物max=242nm（10100）,A,B,A：max=214+53=229nm B：max=214+54+5=239nm（正确）,例4、如下图所示化合物Hoffman消去反应产生

21、烯类化合物，产物的紫外吸收为max=236.5nm,判断产物结构为A或B?,A：max=215+5+10=230nm B：max=215+10+12=237nm（正确）,例5. 下列两化合物的max最有可能分别为,A.346nm、261nm； B 306nm、243nm； C 279nm、230nm； D 350nm、251nm,( A ).,A：max=193+30+39+35+12+182=345nm B：max=246+3+10+2=261nm,例6在某些情况下，如香豆素类、黄酮类化合物，它们的UV光谱在加入某些诊断试剂后可因分子结构中取代基的类型、数目及位置的不同而发生改变，故还可以应用UV谱推断该类化合物的精细结构。 例如: 芦丁的甲醇溶液及加入各种诊断试剂后的UV谱如下：,从上表UV数据可见: 甲醇钠是强碱,可以使所有的羟基解离,故芦丁的谱带I和II均发生明显红移. 三氯化铝可分别与B环的邻二酚羟基、C环的羰基和A环的5位羟基形成配合物，故亦引起芦丁的谱带I和II的明显红移。 乙酸钠为弱碱，仅能使酸性较强的A环7位羟基和B环4位羟基解离，所以谱带I和II所发生的明显红移，表明芦丁分子结构中存