Физико-химические методы исследования биологически активных веществ
Лекция № 2 • Электронная, или УФ-спектроскопия – Закон Бера-Бугера-Ламберта – Способы изображения электронных спектров – Взаимосвязь электронных спектров и структуры органических молекул. Хромофоры и ауксохромы. – Классификация полос поглощения
Закон Бера-Бугера-Ламберта Экспериментально открыт П. Бугером (1729), теоретически выведен И. Г. Ламбертом (1760), для растворов исследован А. Бером (1852) lg (I 0/I) = alc А = lc П. Бугер И. Г. Ламберт а - коэффициент поглощения, константа, зависящая от , но не зависящая от концентрации; l - длина оптического пути; c - концентрация При с [моль/л], b[см] , a = - молярный коэффициент поглощения Величина молярного коэффициента поглощения пропорциональна вероятности определенного перехода А = lg (I 0/ I) Т = I/I 0 А = - lg. Т А – погашение (оптическая плотность D) Т - пропускание
Способы изображения электронных спектров Электронные спектры поглощения записываются в виде зависимости поглощения от длины волны (Ǻ , нм) или частоты (см-1) Величина поглощения может быть выражена: процентом поглощения [(I 0 – I)/ I 0 · 100% ], процентом пропускания [(I/I 0) · 100%], оптической плотностью D , коэффициентом молярного поглощения (ε) или его логарифмом (lgε) максгексан = 235 нм ( 5400). Области поглощения растворителей, наиболее часто используемых в УФ-спектроскопии А = 0, 2 до 0, 7. сведения о концентрации раствора и толщине кюветы всегда должны сопровождать выдаваемый прибором спектр А = f(λ)
Водный раствор комплекса мальтола и железа (III) (Fe. Ma 3 (III), 12. 8 мг/л)
Взаимосвязь электронных спектров и структуры органических молекул Для характеристики спектральных изменений, вызванных модификацией структуры, введены специальные термины: гипсохромный сдвиг (синий сдвиг) – для смещения полос поглощения в коротковолновую область спектра; батохромный сдвиг (красный сдвиг) – для смещения полос поглощения в область длинных волн; гиперхромный эффект – увеличение интенсивности поглощения; гипохромный эффект – уменьшение интенсивности поглощения.
Гиперхромный эффект Оптическая плотность Гипохромный эффект Гипсохромный сдвиг Батохромный сдвиг Длинна волны, нм
диэтиловый эфир вода метанол этанол гексан Гипсохромный сдвиг полосы n -> p* при увеличении полярности растворителя 305 312 315 326 , нм 327 Батохромный сдвиг полосы p -> p* при увеличении полярности растворителя 230 237 238 244 , нм
Взаимосвязь электронных спектров и структуры органических молекул Хромофоры Хромофор -простая функциональная группа, ответственная за поглощение с характеристическими величинами и X--Y спектр соединения - сумма спектральных характеристик индивидуальных хромофоров X и Y X-Y новый, хромофор с новыми спектральными характеристиками Ауксохром – функциональная группа, которая сама по себе не поглощает в близком ультрафиолете, но может влиять на поведение сопряженного с ней хромофора Типичные ауксохромы: -SH, -NH 2 , -OH
Основные хромофорные группы Хромофор Тип перехода λmax log(ε) нитрилы n → π* 160 <1. 0 алкины π→ π* 170 3. 0 алкены π→ π* 175 3. 0 спирты n→σ* 180 2. 5 простые эфиры n→σ* 180 3. 5 π→ π* 180 3. 0 n → π* 280 1. 5 π→ π* 190 2. 0 n → π* 290 1. 0 n→σ* 190 3. 5 кислоты n → π* 205 1. 5 сложные эфиры n → π* 205 1. 5 амиды n → π* 210 1. 5 тиоспирты n → π* 210 3. 0 нитросоединения n → π* 271 <1. 0 азосоединения n → π* 340 <1. 0 кетоны альдегиды амины
Электронные спектры поглощения основных классов органических соединений s → s* переходы Предельные углеводороды Соответствующие им полосы поглощения лежат в далеком ультрафиолете: · метан – 122 нм · этан – 135 нм · алканы - < 150 нм Насыщенные углеводороды с гетероатомами (О, S, N, галогены) s → s* и n → s* переходы соединение s → s*, нм n→ s*, нм CH 3 OH 150 177 CH 3 NH 2 170 215 CH 3 Cl 150 173 В области 200 – 800 нм большинство углеводородов и их производных «прозрачны» , что позволяет использовать их в качестве растворителей. Для функциональных производных эта область чуть уже: 250 – 800 нм.
Электронные спектры поглощения основных классов органических соединений Этилены s → s* p → p* (lmax =165 нм, emax > 104) переходы Алкильные заместители в этилене смещают p → p* полосу поглощения в красную область, и с ростом числа алкильных заместителей величина батохромного сдвига увеличивается. Соединения с сопряженными двойными связями Сопряжение проявляется в УФ-спектрах батохромным сдвигом для полосы p →p* перехода Структура Фрагмента Величина инкремента, нм Диеновая система в одном кольце 36 Дополнительное сопряжение, двойная связь 30 Экзоциклическая двойная связь (двойная связь вне цикла) 5 Заместители: · алкил · -OR · -OCOR · SR · -NR 2 · -Cl, -Br 5 6 0 30 60 5
d 2 двойные связи (1, 4) в сопряжении (+2*30) b e c 3 экзоциклические двойные связи (1, 4, С=О: 3*5) 4 a 1 2 3 5 алкильных радикалов (a, b, c, d, e: 5*5) Диеновый фрагмент (2, 3 – диен в цикле: 217 + 36)
Электронные спектры поглощения основных классов органических соединений Карбонилсодержащие соединения n → p* n → s* p → p* переходы Обнаруживается в УФ-спектре по полосе n → p* перехода. Положение чувствительно к полярности растворителя и характеру заместителей X, Y. В полярных растворителях (особенно склонных к образованию водородных связей) эта полоса смещается гипсохромно. Замена Н-атома другими заместителями X, Y также приводит к гипсохромному сдвигу.
Электронные спектры поглощения основных классов органических соединений Ароматические соединения λ, нм ε, л/моль см 180 6 104 203 8 103 230 -260 200 В бензоле p → p * переходы Полоса бензольного поглощения На положение полосы в области 200 – 300 нм значительное влияние оказывают заместители и растворители Влияния заместителей на положение полосы поглощения ароматическим кольцом определяется характером заместителя. Заместители с I-эффектом практически не меняют вид спектра
> C=C - связь > C=O - связь Сопряжение > C=C-C=O p* - p* p* p -> p* p n -> p* p* p* + p* p -> p* p-p n -> p* np p -> p* p p+p
CH H 3 C 2 H 3 H 5 O Cl NH 2 CH 204 214 235 275 290 295 , нм
Скачать презентацию Физико-химические методы исследования биологически активных веществ Лекция
L2.ppt