有机波谱分析课件第一章.ppt
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1、化学化工学院:裴 强QQ:23403960;,第一章 紫外,有机结构分析课件,学习要求:1、了解紫外光谱的一般特性、紫外光谱仪的组成 2、掌握紫外光谱的基本原理及实验方法 3、掌握紫外吸收与分子结构的关系、影响因素 4、掌握紫外光谱的应用教学重点:紫外光谱的实验方法,紫外吸收与分子结构的关系、紫外吸收的影响因素以及紫外光谱的应用教学难点:紫外一般原理,紫外吸收与分子结构的关系以及紫外吸收的影响因素,一,二,四,三,六,五,七,紫外光谱的一般特性,紫外光谱基本原理,紫外光谱仪和实验方法,紫外光谱和有机分子结构关系,影响紫外可见吸收光谱的因素,紫外光谱的应用,紫外光谱解析,一、紫外光谱的一般特性,
2、紫外光的范围为4400nm,200400nm为近紫外区,4200nm为远紫外区,一般紫外光谱用来研究近紫外(200400 nm)吸收。,1、概述,紫外光谱用于化学结构分析是一种历史悠久的方法,是在经典比色法基础上不断完善和逐渐发展起来的。20世纪30年代,光电效应应用于光强度控制,产生第一台分光光度计,并用于单色器材的改进,使这种古老的分析方法由可见光扩展到紫外区和红外区。,分子吸收一定波长的紫外光时,电子发生跃迁,所产生的吸收光谱称紫外吸收光谱,简称紫外光谱(属电子光谱)。,2、物质对光的选择性吸收及吸收曲线,量子化:选择性吸收,用不同波长的单色光照射,测吸光度,根据比尔(Beer-Lamb
3、ert)定律:AcL(I/I0),A:吸光度:摩尔消光系数 c:溶液的摩尔浓度 L:液层厚度,应用紫外光谱仪,使紫外光依次照射一定浓度的样品溶液,分别测得A,以A或或作纵坐标,波长(nm)为横坐标作图,得紫外吸收曲线,此即紫外光谱,文献中,紫外吸收光谱数据一般报道最大吸收峰及摩尔消光系数:如:max甲酸250nm,12300,特点:测量灵敏度和准确度高,应用范围广,对全部金属元素和大部分非金属元素及其化合物都能进行测量,也能定性或定量测定大部分有机化合物,此外紫外光谱仪的价格便宜,操作快速简便,在有机结构鉴定中与其它光谱方法密切配合,是不可缺少的工具,二、紫外光谱基本原理,1、分子轨道的能级和
4、电子跃迁类型,分子轨道有、*、*、n,能量高低n*,主要有四种跃迁类型,跃迁所需能量为:*n*n*,一般饱和烷烃分子为此类跃迁,所需能量最大,吸收波长max 200,例如甲烷max 为125nm、乙烷max 为135nm。仅在远紫在外区可能观察到它们的吸收谱带,只能被真空紫外分光光度计检测到。,(1)*跃迁,(2)n*,该跃迁为杂原子的非键轨道中的电子向*轨道跃迁,一般在150250nm左右。原子半径较大的硫或碘的衍生物n-电子能级较高吸收光谱的在近紫外220250nm附近。,含非键电子的饱和烃衍生物(N、P、S、O和卤素原子)均呈现此类跃迁,(3)*跃迁,电子跃迁到反键*轨道所产生的跃迁,这
5、类跃迁所需能量比*跃迁小,若无共轭,与n*跃迁差不多,200nm左右;吸收强度大,在104105范围内。若有共轭体系,波长向长波方向移动(200700 nm)。含不饱和键的化合物发生*跃迁,例如C=O、C=C、CC,(4)n*跃迁,n电子跃迁到反键*轨道所产生的跃迁,这类跃迁所需能量较小,吸收峰在200400 nm左右 吸收强度小,102,弱吸收;含杂原子的双键不饱和有机化合物,如C=S O=N-N=N-例:丙酮 max=280 nm n*跃迁比*跃迁所需能量小,吸收波长长 常用的是*跃迁和n*,这两种跃迁都需要分子中有不饱和基团提供轨道。,n*跃迁与*跃迁的比较如下:,当分子形成络合物或分子
6、内的两个大体系相互接近时,可以发生电荷由一个部分跃迁到另一个部分而产生电荷转移吸收光谱,这种跃迁的一般表达式为:,其它还有电荷转移跃迁和配位体微扰的dd*跃迁:,DA为络合物或一个分子中的两个体系,D(donor)是电子给体,A(acceptor)是电子受体,例如黄色的四氯苯醌与无色的六甲基苯形成深红色的络合物。,dd*跃迁为发生在过渡金属络合物的中心原子内部的电子跃迁。在过渡金属配位形成络合物的过程中,原来的能级简并的d轨道由于配位体的场作用而发生能级分裂,若d轨道是未充满的,则可能吸收电磁波,电子由低能级的d轨道跃迁到高能级的d*轨道而产生吸收光谱。如Ti(H2O)63+的配位场跃迁吸收谱
7、带为490nm,显橙黄色。,根据比尔(Beer-Lambert)定律:AcL(I/I0),A:吸光度:摩尔消光系数 c:溶液的摩尔浓度 L:液层厚度,2、吸收强度和吸光度的加和性,1)吸收强度,2)吸光度的加和性,根据比尔定律,吸光度A在一定波长下与物质的浓度成正比,即与吸收辐射的分子数成正比。所以,如果在同一溶液中含有两种以上有吸收辐射作用的分子存在时,该溶液在这个波长的吸光度等于在这个波长有吸附的各种分子的吸光度总和。,图:两组分的吸光度加和,备注:,1)同一种物质对不同波长光的吸光度(A)不同,吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长(max),2)不同浓度的同一物质,其吸收曲线的形状相似
8、,max 不变,3)不同物质,其吸收曲线的形状和max 都不同,4)吸收曲线可以提供物质的结构信息,此特性可以作为物质定性分析的依据,5)不同浓度的同一物质,在某一定波长下其吸光度(A)不同,在max 处差异最大,此特性可以作为物质定量分析的依据,6)在max 处差异最大,质吸光度(A)随浓度变化的幅度最大。吸收曲线是定量分析中选择最大入射波长的重要依据。,3、常用术语,(1)发色团含不饱和键基团,有键,含有不饱和键,能吸收紫外可见光,产生 n*或*跃迁的基团称为发色团。早期对有色的有机化合物研究发现,颜色的产生与分子中存在不饱和的基团或体系有关,如:,把这些基团或体系称为生色团或发色团。这些
9、生色团的结构特征都含有电子。当这些基团在分子内独立存在与其它基团或系统没有共轭或其它复杂因素影响时,它们将在紫外光区发生特定波长的吸收。分子中含有两个或两个以上生色团且相互间没有作用时,紫外光谱图上看到的是各个单独生色团吸收的加合谱。,(2)助色团含杂原子的饱和基团,一些本身在紫外和可见光区无吸收,但能使生色团吸收峰红移(向长波移动),吸收强度增大的基团称为助色团。如:-OH、-OR、-SH、-NR2、卤素等。助色团的结构特点在于都带有n电子,当它们与生色团相连时,由于n电子与电子的p-共轭,形成多电子的较大共轭体系,*跃迁能量降低,吸收向长波移动,化合物颜色加深。,由于取代作用或溶剂效应导致
10、生色团的吸收峰向长波移动的现象称为红移。凡因助色团的作用使生色团产生红移的,其吸收强度一般都有所增加,称为增色作用。由于取代基的作用或溶剂效应导致生色团的吸收峰向短波方向移动称为蓝移,相应地使吸收强度降低的作用称为减色作用。,(3)长移与短移,(4)吸收带:吸收峰在吸收光谱上的波带位置,1)R 吸收带:n*跃迁,特点:跃迁所需能量较小,吸收峰位于200400 nm;吸收强度弱,102,为羰基的特征吸收谱带。,2)K 吸收带:共轭双键中*跃迁,特点:跃迁能量较R带大,吸收峰位于210280nm;吸收强度强,104。随着共轭体系的增长,K 吸收带长移,210 700nm,增大。,K 吸收带是共轭分
11、子的特征吸收带,可用于判断共轭结构,是应用最多的吸收带。,3)B吸收带,由闭合环状共轭双键*跃迁所产生的吸收带,它是芳环、杂芳环化合物的特征吸收带。,如苯环的B带:=230270nm,中心254nm,=204。此带为一个宽峰,并分裂成很多小峰,成为精细结构。出现此现象的原因是电子能级的变化与振动能级、转动能级变化相重叠。,4)E吸收带,E带也是芳香化合物的特征吸收峰,也是由*跃迁产生,分为E1、E2带,二者可看成苯环中的大键和共轭乙烯等键引起。,E1带:max104(不常用)E2带:max200 nm(约203 nm),max=7400(相当于K带),1、B带是那类化合物的特征吸收峰()A、烷
12、烃 B、羟基化合物 C、羰基化合物 D、芳香化合物2.紫外光谱是在什么方法基础上逐渐发展起来的?()A、比色法 B、色谱法 C、分光法 D、吸光法,3.下列那个基团为助色团?(),本章常见考试题型(一),4、n*跃迁和*跃迁之间的关系()A、有n*跃迁一定有*跃迁 B、有*跃迁一定有n*跃迁 C、有n*跃迁不一定有*跃迁 D、它们没有关系5、紫外光谱中R带属于哪类型电子跃迁()A、*B、n*C、*D、n*6.可见光的波长范围是什么?()A、200400 nm B、4200 nm C、400800 nm D、8001200 nm,7、紫外光谱中K带属于哪类型电子跃迁()A、*B、n*C、*D、n
13、*8、E带是那类化合物的特征吸收峰()A、烷烃 B、羟基化合物 C、羰基化合物 D、芳香化合物9、紫外光谱属于()A、电子光谱 B、转动光谱 C、核磁共振谱 D、振动光谱,10、紫外光的范围为 4400 nm,分为 近紫外 区和 远紫外 区。11、紫外光谱中电子跃迁的基本类型有*、n*、*和 n*。12.紫外光谱以 波长 为横坐标,以表示 吸收峰 的位置。以 吸光度 为纵坐标,表示 吸收峰的强度,吸收带为 吸收峰在吸收光谱上的波带位置 13.含有不饱和键,能吸收紫外可见光,产生*或 n*跃迁的基团称为 生色团;一些本身在紫外和可见光区无吸收,但能使生色团吸收峰红移(向长波移动),吸收强度增大的
14、基团称为 助色团,三、紫外光谱仪和实验方法,(一)紫外光谱仪,通常用的紫外可见光谱仪为自动记录式平衡型光电分光光度计,包括紫外和可见两部分吸光光谱测定,能自动地连续记录出无背景的样品吸光光谱。光谱仪由光源(紫外和可见)、单色器(石英棱镜和光栅)、样品池、检测器和记录装置几部分组成。,1、光源,氘灯和钨丝灯发出紫外可见光,2、单色器,单色器是从连续光谱中获得所需单色光的装置。常用的有棱镜和光栅两种单色器。棱镜单色器的缺点是色散率随波长变化,得到的光谱呈非均匀排列,而且传递光的效率较低。光栅单色器在整个光学光谱区具有良好的几乎相同的色散能力。因此,现代紫外可见分光光度计上多采用光栅单色器。,3、吸
15、收池,吸收池是用于盛放溶液并提供一定吸光厚度的器皿。它由玻璃或石英材料制成。玻璃吸收池只能用于可见光区。,4、检测器,检测器的作用是检测光信号。常用的检测器有光电管和光电倍增管。,5、信号显示器,常用的显示器有检流计、微安计、电位计、数字电压表、记录仪、示波器及数据处理机等。,(二)紫外光谱仪的分类,简单、廉价,适合在给定波长出测吸光度或透光度,一般不能做全波段波谱扫描,1、单光束,自动记录,快速全波段扫描。可消除光源不稳定,检测器灵敏度变化等因素的影响,特别适合结构分析。仪器复、杂价格高。,图:双光束紫外可见光光度计光路图,2、双光束,将波长不同的两束单色光(1、2,=12 nm),快速交替
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- 有机 波谱 分析 课件 第一章
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