紫外原理及其在有机化学中的应用教材分析.docVIP

紫外光谱在有机化学中的应用 名字* （某某大学化学系，学校所在城市，邮编） 摘要: 本文简要介绍了紫外光谱的基本原理并通过一些实例叙述了其在有机化学中的一些应用，通过这些实例可以理解紫外吸收光谱在有机化学中应用的重要性。 关键词: 紫外光谱;有机化学;应用 Application of Ultraviolet Spectrum in Organic Chemistry # # * (Department of Chemistry, ##University, ##, P.R. China) Abstract： This paper briefly introduced the basic principle of Ultraviolet Spectrum (UV) and described parts of its application in organic chemistry through some examples which make it evident that significantly important is UV. Key Words: Ultraviolet spectrum; Organic chemistry; Application 1. 紫外光谱基本原理[1] 1.1 紫外光谱的产生 分子内部的运动可分为价电子运动、分子内原子在平衡位置附近的振动和分子绕重心的转动，相应状态的能量（状态的本征值）是量子化的，因此分子具有电子能级、振动能级和转动能级。分子处于低能量的基态，从外界吸收能量后，能引起分子能级的跃迁。电子能级的跃迁所需能量最大，大致在1～20 eV(电子伏特）之间。根据量子理论，相邻能级间的能量差ΔE、电磁辐射的频率ν、波长λ符合下面的关系式 式中h是普朗克常量；c是光速。应用该公式可以计算出电子跃迁时吸收光的波长。 许多有机分子中的价电子跃迁，须吸收波长在200～1000 nm范围内的光，恰好落在紫外-可见光区域。因此，紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的，也可以称它为电子光谱。 1.2电子跃迁的类型 有机化合物紫外吸收光谱（电子光谱）是由分子外层电子或价电子跃迁所产生的。按分子轨道理论，有机化合物分子中有：成键σ轨道，反键σ*轨道；成键π轨道，反键π＊轨道（不饱和烃）；另外还有非键轨道（杂原子存在）。各种轨道的能级不同，如图1所示。 图1各种电子跃迁的相对能量 Fig.1 Relative energy of various electron transition 相应的外层电子和价电子有三种：σ电子、π电子和n 电子。通常情况下，电子处于低的能级（成键轨道和非键轨道）。当用合适能量的紫外光照射分子时，分子可能吸收光的能量，而从低能级跃迁到反键轨道。在紫外可见光区，主要有下列几种跃迁类型： N→V跃迁：电子从成键轨道跃迁到反键轨道，包括σ→σ＊；π→π＊跃迁。 N→Q跃迁：分子中未成键的n 电子跃迁到反键轨道，包括n→σ＊；n→π＊跃迁。 N→R跃迁：σ电子逐级跃迁到各高能级，最后脱离分子，使分子成为分子离子的跃迁。 ④电荷迁移跃迁：当分子形成配合物或分子内的两个大π体系相互接近时，外来辐射照射后，电荷可以由一部分转移到另一部分，而产生电荷转移吸收光谱。 可见，有机化合物一般主要有4种类型的跃迁：n→π＊、π→π＊、n→σ＊和σ→σ＊。各种跃迁所对应的能量大小为 n→π＊π→π＊n→σ＊σ→σ＊ 成键电子中π电子较相应的σ电子具有较高的能级，而反键电子却相反。因此简单分子中n→π＊跃迁、配位场跃迁需最小的能量，吸收带出现在长波段方向，但由于这一跃迁是禁阻跃迁，所以吸收强度很弱，而当羰基接上含孤对电子对的助色团或接上烷基时，都使n→π＊吸收带向短波方向移动，常称为蓝移（Blue Shift）。n→σ＊，π→π＊及电荷迁移跃迁的吸收带出现在较短波段，吸收强度强，而σ→σ＊跃迁常出现在远紫外区（200nm以下），π→π＊吸收波长随着共轭链的增长往长波方向移动，常称为红移（Red Shift）。 因为常用的紫外分光光度计测量范围为200～1000nm,在实际分析工作中，只有n→σ＊，π→π＊有意义。 2. 紫外光谱在有机化学中的应用 紫外光谱在有机化学中最主要的用途是测定分子结构等的定性分析和利用紫外分光光度法进行有机物成分的定量分析[2]。 2.1 定性分析 在有机分子定性方面，紫外光谱主要用来推测不饱和基团的共轭关系，以及共轭体系中取代基的位置、种类和数目等。 单独用紫外谱图不能确定分子结构，其应用有一定局限性。但与其他波谱结合，对许多骨架比较确定的分子，如萜类、甾类、天然色素类、各种染料以及维生素等结构，还是起着重要的作用[3]