紫外可见光谱在有机化合物结构分析的应用

紫外可见光谱在有机化合物结构分析的应用

摘要

关键词：紫外可见光谱 有机化合物 应用

引言：紫外和可见光谱是由分子吸收能量激发价电子或外层电子跃迁而产生的电子光谱。电子光谱的波长范围为10-800nm，该波段又可分为可见光区（400-800nm），有色物质在此吸收；近紫外区（200-400nm），芳香族化合物或具有共轭体系的物质在此区域有吸收；还有远紫外区（10-200nm）。与其他的光谱测定方法相比，紫外光谱具有仪器价格较低，操作简便的优点。紫外可见吸收光谱应用广泛，不仅可进行定量分析，还可利用吸收峰的特性进行定性分析和简单的结构分析，测定一些平衡常数、配合物配位比等；也可用于无机化合物和有机化合物的分析，对于常量、微量、多组分都可测定。因此，本文就详细阐述了紫外可见光谱在有机化合物结构测定的应用。

1基础知识：

发色团 亦称生色团，是指在一个分子中产生紫外吸收带的官能团，一般认为带有pai 电子的基团。有机化合物中常见的发色团有：羰基、硝基、双键，叁键以及芳环等。

助色团 有些原子或原子团单独在分子中存在时，吸收波长小于200nm，而于一定的发色团相连时，可以使发色团所产生的吸收峰位置红移，吸收强度增加，具有这种功能的原子或原子团成为助色团。助色团一般为带有孤电子对的原子或原子团。常见的助色团有-OH、-OR、-NHR、-SH、-SR、-I 等

E1 吸收带: 由苯环的一个共轭双键的电子跃迁引起。

红移：也称长波移动当。有机物的结构发生变化（如取代基的变更）或受到溶剂效应的影响时，其吸收带的最大吸收波长向长波方向移动的效应。 蓝移： 也称向短波移动。与红移相反。

增色效应：或称浓色效应。使吸收带的吸收强度增加的效应，反之称为减色效应或浅色效应

强带： 在紫外光谱中，凡摩尔吸光系数大于10的4次方的吸收带称为强带。产生这种吸收带的电子跃迁往往是允许跃迁。

弱带：凡摩尔吸光系数小于1000的吸收带称为弱带。产生这种吸收带的电子往往是禁阻跃迁。 2. 原理

分子的价电子在吸收辐射并跃迁到高能级后产生的吸收光谱, 通常被称为电子光谱, 由于其波长范围是在光谱的可见和紫外区, 所以电子光谱又叫紫外- 可见光谱。 许多无色透明的有机化合物, 虽不吸收可见光, 但往往能吸收紫外光。 如果用一束具有连续波长的紫外光照射有机化合物, 这时紫外光中某些波长的光辐射就可以被该化合物的分子所吸收,若将不同波长的吸收光度记录下来, 就可获的该化合物的紫外吸收光谱[1]。 鉴定化合物主要是依据光谱图上的一些特征，特别是最大摩尔吸收波长即摩尔吸光系数值来进行鉴定。

如果一个化合物在紫外区是透明的，则说明分子中不存在共轭体系，不含有醛基、酮基或溴和碘。可能是脂肪族碳氢化合物、胺、醇等不含双键或环状共轭体系的化合物。

如果在210-250nm有强吸收，表示有K吸收带，则可能含有两个双键的共轭体系，如共轭二烯等。同样在260nm，300nm，330nm，处有高强度K吸收带，则表示有三个、四个和五个共轭体系存在。

如果在260-300nm中有中强吸收（摩尔吸收系数=200-1000），则表示有B带吸收，体系中可能有苯环存在。如果苯环上有共轭的生色基团存在，则摩尔吸收系数可以大于10000。

如果谱图在250-300nm范围出现中等强度的吸收带(最大摩尔吸光系数约103 )有时能呈现精细结构 ，且同时在200nm附近有强吸收带，说明分子中含有苯环或杂环芳烃 ,根据吸收带的具体位置和有关经验计算方法还可以进一步估计芳环是否与助色团或其他生色团相连[2]。

如果化合物呈现许多吸收带，甚至延伸到可见光区，则可能含有一长链共轭体系或多环芳香性生色基团。若化合物具有颜色，则分子中含有的共轭生色团或助色团至少有四个，一般在五个以上（偶氮化合物除外）

若210nm以上检测不到吸收谱带，则被测物为饱和化合物，如烷烃、环烷烃、醇、醚等, 也可能是含有孤立碳碳不饱和键的烯、炔烃或饱和碳酸及酯。 \

3. 应用实例

1. 饱和烃类化合物

饱和烃类化合物只含有单键（P13），只能产生P13 ，由于电子由P13成键轨道跃迁至p13反键轨道所需的能量高，吸收带位于真空紫外区，如甲烷和乙烷的吸收带分别在125nm和135nm。C-C键的强度比C-H键的强度低，所以乙烷的波长比甲烷的要长一些。

环烷烃由于环张力的存在，降低了C-C键的强度，实现P13跃迁所需要的能量也相应要减小，其吸收波长要比相应直链烷烃大许多，环越小，吸收波长越大。例如，环丙烷的最大摩尔吸收波长为190nm，而丙烷的仅为150nm。

2. 乙烯、二烯及多烯类化合物

不饱和化合物由于含有pai键而具有pai跃迁，pai 跃迁的能量比pai小，最简单的碳-碳双键化合物为乙烯，在165nm处有一个强的吸收带，乙烯中的氢原子被烷基取代后，吸收峰向长波移动，二取代顺反异构体的吸收峰几乎相同。具有n个双键的共轭多烯，双键的数目越多，吸收峰越向长波方向移动[3]。如表一所示。

3．含炔基的有机硅聚物

不同取代基的含炔基聚合物的紫外光谱 (图 l )，最大吸收峰在 260-265nm 处, 并且在 253~ 255 处有一个尖峰 ，通过比较a 、b 、c 三条曲线 ，可以知道随着聚合物主链硅原子上的取代基的共扼程度的增加，聚合物吸收峰稍有红移，但变化不是很明显。这是因为此类聚合物的吸收主要是由其主链结构的电子跃迁引起，取代基所作的贡献比较小，对吸收峰影响不大。光谱图中不同取代基的聚合物出现肩峰是由于聚合物主链中炔基链段迁引起的。

跃

图一 不同取代基的含炔基硅聚物的紫外-可见吸收光谱 a 取代基为二甲基， b 取代基为苯甲基， c取代基为联苯基

4.运用紫外吸收光谱分析芳香化合物

苯及其衍生物与相应的开链化物己三烯的紫外光谱有明显的不同。苯在255,200,185 毫微米具有吸收峰，其吸收强度随着波长的增加而递减（分别是=200,7000及47000）。烷基取代后使吸收峰向长波移动，但对其吸收强度影响不大。当第二个发色团与苯环共轭后，则出现新的吸收峰，这是由于电子转移而引起的，多在高于220毫微米处出现吸收峰，并且这种电子转移与取代基的性质有关，如果有孤电子对的取代基则其电子对移至苯环，而乙烯基，羰基等取代基则苯环电子向取代基移动。这样一些吸收峰对鉴别衍生物是很有用的。 4. 结果与讨论

4.参考文献

[1] 张俊生, 李纯毅 ,王晓莉 《浅谈紫外吸收光谱在有机化学中的应用》 内蒙古石油化工出版社，2010年第9期

[2] 曹海华 《紫外光谱在化合物结构分析中的应用》 内蒙古石油化工出版社 2013年第8期

[3] 于德全 《紫外及红外吸收光谱在有机化合物结构测定中的应用》 药学学报出版社 1966年8月 第13卷第8期 [4]

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/12e.html