苯和苯衍生物紫外吸收光谱的测定.docx

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苯和苯衍生物紫外吸收光谱的测定

苯和苯衍生物紫外吸收光谱的测定

实验三苯和苯衍生物紫外吸收光谱的测定

一、实验目的

1．了解紫外可见光光度计的结构、用途及使用方法

2．了解紫外吸收光谱在有机化合物结构鉴定中的作用及原理。

3.了解溶剂极性及pH对吸收光谱的影响及原理。

4.了解紫外-可见吸收光谱的产生及不同助色团对苯的紫外吸收光谱的影响,。

二、实验原理

作为有机化合物结构解析四大光谱之一，紫外吸收光谱具有方法简单、仪器普及率高、操作简便，紫外吸收光谱吸收强度大检出灵敏度高，可进行定性、定量分析的特点。

尽管紫外光谱谱带数目少、无精细结构、特征性差，只能反映分子中发色团和助色团及其附近的结构特征，无法反映整个分子特性，单靠紫外光谱数据去推断未知物的结构很困难，但是紫外光谱对于判断有机物中发色团和助色团种类、位置、数目以及区别饱和与不饱和化合物，测定分子中共轭程度进而确定未知物的结构骨架等方面有独到之处。

因此紫外吸收光谱是配合红外、质谱、核磁进行有机物定性鉴定和结构分析的重要手段。

利用有机光谱定性的依据是化合物的吸收光谱特征，主要步骤是绘制纯样品的吸收光谱曲线，由光谱特征依据一般规律作出判断；用对比法比较未知物和已知纯化合物的吸收光谱，或将未知物吸收光谱与标准谱图对比，当浓度和溶剂相同时，若两者谱图相同（曲线形状、吸收峰数目、λmax及εmax等），说明两者是同一化合物。

为进一步确证可换溶剂进行比较测定。

常用的光谱图集是Sadtler谱图，它收集了46000多种化合物的紫外吸收光谱图，并附有五种索引，使用方便。

最后要用其他化学、物理或物理化学等方法进行对照验证才能作出正确的结论。

溶剂的极性对溶质吸收峰的波长、强度和形状都有影响，当溶剂极性增大时Π→Π*跃迁产生的吸收带红移，而n→Π*跃迁产生的吸收带蓝移。

有些基团的紫外吸收光谱和溶液的pH关系很大，如苯酚在酸性与中性条件下的吸收光谱和碱性时不同。

溶剂的极性还影响吸收光谱的精细结构，当物质处于蒸气状态时，图谱的吸收峰上因振动吸收而表现出锯齿状精细结构。

当溶剂从非极性变到极性时，精细结构逐渐消失，谱图趋于平滑。

三、仪器与试剂

仪器：

1900紫外可见光光度计（普析通用）、1cm石英吸收池、10mL具塞比色管、1mL刻度移液管

试剂：

苯、甲苯、苯酚、苯胺、硝基苯、苯甲醛、苯甲酸、萘、乙酰乙酸乙酯、异亚丙基丙酮、环己烷、正己烷、乙醇、丁酮、氯仿。

溶液：

HCl（0.1mol·L-l）、NaOH（0.1mol·L-l）、

四、实验内容

1、测定溶液的配制：

苯:

环己烷（1:

250）、甲苯:

环己烷（1:

250）、苯酚:

环己烷（0.25mol·L-l）、苯胺:

环己烷（1:

250）、硝基苯:

环己烷（1:

250）、苯甲醛:

环己烷（1:

250）、苯甲酸:

环己烷（0.8mol·L-l）、萘:

环己烷（0.3mol·L-l）苯酚:

水（0.4mol·L-l）、乙酰乙酸乙酯分别用正己烷、乙醇、水配成浓度为0.5g·L-l的溶液。

异亚丙基丙酮分别用正己烷、乙醇、水配成浓度为0.4mol·L-l的溶液。

2、苯及其衍生物的吸收光谱

在8个10mL具塞比色管中分别加入1.0mL苯、甲苯、苯酚、苯胺、硝基苯、苯甲醛、苯甲酸的环己烷溶液，用环己烷稀释至刻度，摇匀。

用1cm石英吸收池，以环己烷作参比溶液，在紫外区200-400nm进行波长扫描，得8种物质的紫外吸收光谱。

观察比较苯及其衍生物的吸收光谱，讨论取代基对苯原有的吸收带的影响。

3、溶剂极性对紫外吸收光谱

（1）溶剂极性对n→Π*跃迁的影响

在3个10mL具塞比色管中各加0.04mL丁酮，分别用水、乙醇、氯仿稀释至刻度，摇匀。

用带盖的1cm石英吸收池相对各自的溶剂作参比在200-320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱。

观察比较不同极性溶剂对n→Π*跃迁的影响，讨论原因。

（2）溶剂极性对Π→Π*跃迁的影响

在3个10mL具塞比色管各加0.20mL异亚丙基丙酮溶液，分别用正己烷、氯仿、水稀释至刻度摇匀。

用带盖的1cm石英吸收池相对各自的溶剂做参比溶液，在200-320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱。

观察比较不同极性溶剂对Π→Π*跃迁的影响，讨论原因。

（3）溶剂极性对β-羰基化合物酮式和烯醇式互变异构体的影响：

在3个5mL具塞比色管中分别加入0.5mL乙酰乙酸乙酯，各用正己烷、乙醇、水稀释至刻度，摇匀。

用1cm石英吸收池，分别以各自溶剂作参比溶液，在紫外区200-400nm进行波长扫描，得乙酰乙酸乙酯在3种不同极性溶剂中的紫外吸收光谱。

观察比较不同极性溶剂中乙酰乙酸乙酯的烯醇式产生K带吸收（λmax=243nm）的ε值大小，讨论原因。

（4）溶剂对吸收光谱精细结构的影响

用滴管取2滴苯加入1cm石英吸收池中，加盖，放置2-3min后置于样品光路中，以空石英吸收池作参比，在200-320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱，得苯蒸气的吸收光谱。

在2个10mL具塞比色管中分别加入0.01mL苯，各用环己烷、乙醇稀释至刻度，摇匀。

用1cm石英吸收池，分别以各自溶剂作参比溶液，在200-320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱。

得苯在2种不同极性溶剂中的紫外吸收光谱。

观察比较以上3种吸收光谱，讨论溶剂对吸收光谱精细结构的影响，说明原因。

（5）溶液的酸碱性对苯酚吸收光谱的影响

在2个10mL具塞比色管中分别加入1.0mL苯酚水溶液，各用0.1mol·L-lHCl和0.1mol·L-lNaOH溶液稀释至刻度，摇匀。

用1cm石英吸收池，以水作参比，在200-320nm波长范围扫描，得苯酚在2种酸度不同的溶液中的吸收光谱。

观察比较以上2种吸收光谱，讨论原因。

五、数据处理

1、不同取代基对苯的吸收光谱的影响：

取代基

-H

-CH3

-OH

-COOH

-NH2

-NO2

λmax（nm）

249

261

271

231

287

251

结论

苯环上的氢被其他取代基取代时，大部分会发生红移（-COOH除外），但是红移的大小不同，给电子基要大于吸电子基。

而大小顺序为-COOH<-H＜-NO2<－CH3＜－OH＜－NH2

结论解释

给电子基有不成键的孤电子对，能与苯环产生p-π共轭。

对光谱的影响较大，使吸收带长移，吸收强度增大。

吸电子基使吸收强度和波长改变不大，而-COOH还发生蓝移。

2、溶剂极性对紫外吸收光谱的影响：

（1）溶剂极性对n→Π*跃迁的影响

溶剂

CHCl3

C2H5OH

H2O

正己烷

极性顺序

中强

较强

强

弱

λmax（nm）

276

274

266

277

结论

溶剂极性增大时，n→Π*跃迁的λmax发生蓝移。

结论解释

因为溶剂分子和溶质分子间可能形成氢键，或极性溶剂分子的偶极使溶质分子的极性增强，因而在极性溶剂中，n→π*跃迁所需能量增大，吸收波长蓝移（向短波长方向移动）。

（2）溶剂极性对Π→Π*跃迁的影响

溶剂

CHCl3

C2H5OH

H2O

正己烷

极性顺序

中强

较强

强

弱

λmax（nm）

317

313

237

328

结论

溶剂的极性增大时，Π→Π*跃迁的λmax发生红移

结论解释

因为激发态极性大于基态，当使用极性大的溶剂时，由于溶剂与溶质之间的相互作用，激发态π*比基态的π的能量下降得更多，因而激发态与基态之间的能量差减小，导致吸收谱带λmax发生红移。

（3）溶剂极性对β-羰基化合物酮式和烯醇式互变异构体的影响：

溶剂

CHCl3

C2H5OH

H2O

正己烷

极性顺序

中强

较强

强

弱

λmax（nm）

260

245

242

256

结论

溶剂极性增大时，β-羰基化合物酮式就易向烯醇式方向转变，反之，则不易转变。

结论解释

因为溶剂分子和溶质分子间可能形成氢键，因而在极性溶剂中，n→π*跃迁所需能量增大，吸收波长蓝移。

（4）溶剂对苯吸收光谱精细结构的影响

溶剂

蒸气

C2H5OH

环己烷

极性顺序

中等

强

弱

λmax（nm）

253

254

249

结论

溶剂的极性增大，苯发生红移，反之发生蓝移。

结论解释

由于受到溶剂极性的影响，将使这些溶质的吸收峰的波长、强度以及形状发生不同程度的变化。

这是因为溶剂分子和溶质分子间可能形成氢键，或极性溶剂分子的偶极使溶质分子的极性增强，因而在极性溶剂中π→π*跃迁所需能量减小，吸收波长红移（向长波长方向移动）；而在极性溶剂中，n→π*跃迁所需能量增大，吸收波长蓝移（向短波长方向移动）

（5）溶液的酸碱性对苯酚吸收光谱的影响

溶液

0.1mol·L-1HCl

H2O

0.1mol·L-1NaOH

λmax（nm）

267

269

234

结论

加碱会使苯酚发生红移，加酸使苯酚发生蓝移。

结论解释

λ苯-水-H+＞λ苯-水-OH-。

羟基有不成键的孤电子对，能与苯环产生p-π共轭。

对光谱的影响较大，使吸收带长移，吸收强度增大。

但和盐酸成盐后，由于孤电子对被占用，p-π共轭消失，取代基的影响也相应减弱，因此它的吸收光谱与苯相似，则发生蓝移。

六、思考题

1、为什么溶剂极性增大，n→π*跃迁产生的吸收带发生蓝移，而π→π*跃迁产生的吸收带发生红移？

答：

在极性溶剂中π→π*跃迁所需能量减小，而n→π*跃迁所需能量增大。

极性溶剂分子的偶极使溶质分子的极性增强，因而在极性溶剂中π→π*跃迁所需能量减小，吸收波长红移（向长波长方向移动）；而在极性溶剂中，n→π*跃迁所需能量增大，吸收波长蓝移（向短波长方向移动）。

2、为什么苯酚的吸收光谱受NaOH的影响较大，而受HCl的影响较小？

若用苯胺代替苯酚进行本实验，你推测实验结果将会怎样？

答：

羟基有不成键的孤电子对，能与苯环产生p-π共轭。

对光谱的影响较大，使吸收带长移，吸收强度增大。

但和盐酸成盐后，由于孤电子对被占用，p-π共轭消失，取代基的影响也相应减弱，因此它的吸收光谱与苯相似，则发生蓝移。

若用苯胺代替苯酚进行本实验，实验结果与本实验结果会相反。

加入碱会使苯胺发生蓝移，加入酸会使苯胺发生红移。

3、某些具有共轭双健的分子受紫外-可见光后激发后，会产生荧光。

如甲苯在265nm激发，在285nm发射荧光，请问在进行有机物的吸收光谱实验时，是否要考虑荧光发射对吸收光谱的影响？

答：

不用考虑

（1）你做吸收光谱分析时使用的波长与发射的荧光波长通常是不同的，如果测定的波长下没有吸收光谱和荧光发射光谱峰的重叠，这种影响就不存在。

（2）如果吸收光谱和荧光光谱有部分重叠（测定波长下也有荧光的贡献），也应该是没影响的。

因为由同一个物质产生的吸收光谱强度和发射光谱强度相对量是恒定的，当存在荧光发射光谱时，它又同时进入了检测器（与吸收波长太近，仍进入狭缝），则它导致的结果是使透过光强度增强了一些，换言之，使测到的总吸光度值降低了一些（因为吸收光谱是使透过光减弱了一些），但降低后的吸光度与浓度仍成线性（与示差分析原理相似），因此，是没有影响的。

一种极端的情况：

吸光强度与荧光强度刚好抵消，这时无论浓度怎么变，总A不变，这种极端应该非常罕见，若真遇此情况，你可以改变吸收波长，使测定波长下的荧光强度降低一些，这需要用同一溶液分别做吸收光谱曲线和荧光光谱曲线扫描来决定，荧光光度计上有此功能。

至于吸收光谱与荧光光谱会不会完全重叠在一起？

这是不可能的，两类光谱曲线都成镜像关系（形状相似，但波长是错开的），不会重叠。

此外，紫外吸收光谱的光源强度对于荧光分子发射荧光的光源强度而言，还是较弱，因此，即使有荧光，我想If也应该很弱。

（3）荧光测定时，不必考虑吸收光谱的影响，因为荧光测定是在90度方向测量的，它属于暗背景下测量，吸收光谱是在直线方向（即激发光源的光谱不会转90度弯进入荧光检测器的）。

苯和苯衍生物紫外吸收光谱的测定

班级：

应化1001

姓名：

周树亮

学号：

A20100015