紫外光譜測定有機化合物結(jié)構

紫外吸收光譜不僅可以定量和定性分析材料，還可以廣泛應用于有機化合物結(jié)構的分析。不同的紫外吸收光譜峰對應于不同的原子基。因此，我們可以通過分析紫外吸收的光譜值來分析物質(zhì)結(jié)構的許多信息。本文擬利用紫外光譜對氫鍵的強度進行分析。進一步探討了在波長為270nm～330nm的吸收帶是酮的n→π*躍遷吸收帶。1材料和方法1.1設備和試劑儀器:UV——1100型可見紫外分光光度計;586計算機軟件系統(tǒng)。試劑:丙酮(分析純),環(huán)己烷,無水乙醇。1.2測定條件及過程配液:用逐級稀釋法分別配制丙酮濃度為0.05mol/L的環(huán)己烷溶液、乙醇溶液和水溶液。測定:以相應的純?nèi)軇?蒸餾水)作為參比溶液,分別測定含丙酮的環(huán)己烷、乙醇和水溶液的吸收光譜。確定n→π*躍遷吸收帶及其波長。開機后首先進行一系列本系統(tǒng)自檢,自檢完成后將自動進入windows系統(tǒng),同時啟動應用軟件。選擇當前狹縫值為1,此時進入正常測量工作。首先,采用波長掃描測量方式,參數(shù)選擇為:1.3氣體吸收速度nm按下式計算在極性溶劑中,由于羰基與溶劑分子形成氫鍵后,躍遷所需能量。E=NAhc/(λp-λn)E:為n→π*躍遷所需能量(kJ/mol);NA:阿佛加德羅常數(shù);h:普朗克常數(shù);c:光速(m/s)λp:酮在非極性溶劑中吸收帶波長(nm);λn:酮在極性溶劑中吸收帶波長(nm)。據(jù)此式可從吸收帶波長計算氫鍵強度。2結(jié)果與分析2.1內(nèi)吸收帶的檢測由圖知丙酮在強極性溶劑(水、醇)中,羰基能與溶劑分子的氫原子形成氫鍵而導致n→π*躍遷吸收帶藍移。而在270～330吸收帶是丙酮的n→π*吸收帶。由圖可見,在極性溶劑水中,丙酮的n→π*吸收帶為299nm,其Abs為2.269,而在非極性溶劑環(huán)己烷中吸收帶為303.5nm,其相應的Abs為2.459。表1所示為丙酮在不同溶劑中躍遷所需能量,而兩者躍遷的能量正好是丙酮在水(乙醇)中形成氫鍵的強度。由表1可求得丙酮在水中的氫鍵強度(鍵能)為E1=5.93kJ/mol,而在乙醇中的氫鍵強度(鍵能)為E2=2.61kJ/mol。2.2分析與討論2.2.1吸收能力的特征在紫外吸收光譜中常以吸收帶最大吸收處波長λ來表示化合物的吸收特征,吸收光譜反映了物質(zhì)分子對不同波長紫外的吸收能力,由分子中價電子能級躍遷所產(chǎn)生。當分子(或離子)具有一定數(shù)目的、不連續(xù)的、量子化的能級時,且光子的能量同吸收體的基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間的能量差相等時,這一光子才會被吸收。不同物質(zhì)由于內(nèi)部結(jié)構的差異,所需的躍遷能量也不同,于是產(chǎn)生不同的特征吸收光譜。通過物質(zhì)特征吸收光譜的研究,可以為試樣物質(zhì)的組成和結(jié)構提供重要信息。2.2.2激發(fā)態(tài)更穩(wěn)定的n電子模型含有未成鍵孤對電子的有機化合物如醛、酮等,在極性溶劑中羰基的氧原子能與溶劑分子形成氫鍵,n→π*帶發(fā)生藍移的原因是在極性溶劑中帶有兩個n電子的基態(tài)比僅有一個n電子的激發(fā)態(tài)更穩(wěn)定。由圖1、圖2、圖3知n→π*吸收帶在極性溶劑中比在非極性溶劑中的波長短一些。在極性溶劑中,分子間形成了氫鍵,實現(xiàn)n→π*躍遷時,氫鍵也隨之斷裂;此時,物質(zhì)吸收的光能一部分用以實現(xiàn)n→π*躍遷,另一部分用于破壞氫鍵。而在非極性溶劑中,不可能形成分子間氫鍵,吸收的光能僅為了實現(xiàn)n→π*躍遷,故所吸收的光波的能量較低,波長較長。由此可見,只要測定同一化合物在不同極性溶劑中的n→π*躍遷吸收帶,就能計算其在極性溶劑中氫鍵的強度。2.2.3吸收峰的影響a)改變?nèi)軇┑臉O性,會引起吸收帶形狀的變化。當溶劑的極性由非極性改變到極性時,精細結(jié)構消失,吸收峰減少并使吸收曲線趨于平滑。b)改變?nèi)軇┑臉O性,還會使吸收帶的最大波長λmax發(fā)生變化,在表1中列出了溶劑對丙酮紫外吸收光譜的影響。從表1中可看出,當溶劑的極性增高時,由n→π*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生藍移。因此,在測定紫外,可見吸收光譜曲線時,應注明在何種溶劑中測定。3有機物結(jié)構與有機化合物結(jié)構間的規(guī)律通過實驗,可從吸收帶的波長來計算氫鍵的強度。且對于研究紫外光譜與有機物結(jié)構