苯及其衍生物的紫外吸收光谱的绘制和溶剂效应

昆明理工大学理学院应用化学化学实验ExperimentofChemistry(DepartmentofAppliedChemistry,SchoolofSciences)昆明理工大学化学实验报告·第1页(共9页)苯及其衍生物的紫外吸收光谱的绘制和溶剂效应1、实验目的1.了解苯及其衍生物的紫外吸收光谱及鉴定方法。2.观察溶剂对吸收光谱的影响。3.掌握紫外―可见分光光度计的使用。2、实验原理芳香族化合物的特征吸收是由于苯环结构中三个乙烯的环状共轭体系跃迁产生的两个强吸收带，谱带分别位于1185()nmE带和1204()nmE带，以及由于跃迁和苯环振动重叠而产生的较弱吸收带B（带），谱带位于230270nm―。当苯处在气态时有良好的精细结构；当苯环上有取代基时，会对其3个特征吸收带强烈的影响，特征吸收带位移、精细结构简单化。例如在碱性条件下的苯酚离子3个吸收带分别移至209nm，235nm和286(/)nmLmolcm。利用紫外吸收光谱鉴定有机化合物的方法是在相同条件下（溶剂、浓度、pH、温度等）比较未知物与已知纯化合物的吸收光谱，或在与标准谱图相同条件下将绘制的未知物的吸收光谱，再与标准谱图比较，若两者完全一致，基本可认为是同一化合物。溶剂的极性对有机化合物的紫外吸收光谱有一定的影响，溶剂的极性增加会使有机化合物跃迁产生的吸收带红移，n跃迁产生的吸收带蓝移。3、仪器和试剂1.仪器紫外―可见分光光度计；1.00cm石英比色皿；带塞比色皿：2510mL支；10mL移液管3支。2.试剂苯()AR、苯甲酸()AR、苯酚()AR、环己烷()AR、乙醇()AR、丙酮()AR。4、实验操作1.苯及其衍生物的紫外吸收光谱的绘制（1）在石英吸收池，加两滴苯，加盖，放置约两分钟后，相对空石英吸收池，在200至320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱。（2）在3支25mL带塞比色管中分别加0.5()mL两滴苯、20mg苯酚、20mg苯甲酸，用环己烷10mL溶解后稀释至刻度为母液。分别取2mL母液于25mL带塞比色管中，用环己烷溶液稀释至刻度，摇匀。用带盖的石英吸收池相对环己烷溶液，在200至320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱。找出max，并计算相对于苯的max红移值。昆明理工大学理学院应用化学化学实验ExperimentofChemistry(DepartmentofAppliedChemistry,SchoolofSciences)昆明理工大学化学实验报告·第2页(共9页)2.溶剂的极性对有机化合物的紫外吸收光谱的影响（1）溶剂的极性的有机化合物n跃迁产生的影响：在3支25mL带塞比色管中各加0.02mL丙酮，分别用水，乙醇，环己烷稀释至刻度，摇匀。用带盖的1cm石英吸收池相对各自的溶剂作参比在200至320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱，找出max。（2）溶剂的极性的有机化合物n跃迁产生的影响：在3支25mL带塞比色管中各加0.5mL苯溶液，分别用环己烷，乙醇，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在200至320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱。找出max。（3）溶液的酸碱性对苯酚的吸收光谱的影响：称取20mg苯酚于25mL带塞比色管中，用10mL水溶解后稀释至刻度为母液，分取母液2mL于2支比色管中，分别用0.10/molL的HCl和0.10/molL的NaOH溶液稀释至刻度，摇匀，用石英吸收池相对蒸馏水在200至320nm波长范围内绘制紫外吸收光谱，找出max。5、数据处理苯及其衍生物的紫外吸收光谱的绘制昆明理工大学理学院应用化学化学实验ExperimentofChemistry(DepartmentofAppliedChemistry,SchoolofSciences)昆明理工大学化学实验报告·第3页(共9页)昆明理工大学理学院应用化学化学实验ExperimentofChemistry(DepartmentofAppliedChemistry,SchoolofSciences)昆明理工大学化学实验报告·第4页(共9页)溶剂的极性对有机化合物的紫外吸收光谱的影响(1)溶剂的极性的有机化合物n跃迁产生的影响：昆明理工大学理学院应用化学化学实验ExperimentofChemistry(DepartmentofAppliedChemistry,SchoolofSciences)昆明理工大学化学实验报告·第5页(共9页)昆明理工大学理学院应用化学化学实验ExperimentofChemistry(DepartmentofAppliedChemistry,SchoolofSciences)昆明理工大学化学实验报告·第6页(共9页)(2)溶剂的极性的有机化合物n跃迁产生的影响：昆明理工大学理学院应用化学化学实验ExperimentofChemistry(DepartmentofAppliedChemistry,SchoolofSciences)昆明理工大学化学实验报告·第7页(共9页)(3)溶液的酸碱性对苯酚的吸收光谱的影响：昆明理工大学理学院应用化学化学实验ExperimentofChemistry(DepartmentofAppliedChemistry,SchoolofSciences)昆明理工大学化学实验报告·第8页(共9页)试剂苯-空气苯-环己烷苯酚-环己烷苯甲酸-环己烷丙酮-水丙酮-乙醇丙酮-环己烷苯-环己烷苯-乙醇苯-水苯酚-水-H+苯酚-水-OH-波长（nm）1252.00254.00276.00272.00264.00268.00278.00254.00252.00252.00269.00287.002218.00222.00216.00234.00202.00214.00228.00220.00208.00278.00210.00235.003244.00254.00220.00220.00238.00259.00吸收值10.5420.1860.9060.6210.1750.2580.2602.3492.7001.6180.6460.26620.0830.0111.7955.000-0.0540.0020.0380.1574.340-0.0062.5270.98230.1710.3540.1380.0740.0430.0701.阐述苯的不同性质的取代基对苯的吸收峰影响规律。答苯环上引入取代基都有长移现象，吸收强度也增大。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。-COOH使吸收强度和波长大大增加。2.计算丙酮的水、乙醇溶液相对丙酮的环己烷溶液吸收峰的max值，阐述规律。答Λ丙酮-水max=264.00nm,λ丙酮-乙醇max=268.00nm，λ丙酮-环己烷max=278.00nm；△λ丙酮-环己烷，丙酮-水max=14.00nm，△λ丙酮-环己烷，丙酮-乙醇max=10.00nm。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，吸收波长兰移（向短波长方向移动）。3.计算苯乙醇和水溶液相对苯的环己烷溶液吸收峰的max值，阐述规律。答λ苯-环己烷max=254.00nm，λ苯-乙醇max=252.00nm，λ苯-水max=278.00nm；△λ苯-环己烷，苯-水max=-24.00nm，△λ苯-环己烷，苯-乙醇max=2.00nm。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，吸收波长兰移（向短波长方向移动）。4.比较苯酚在盐酸和氢氧化钠溶液中的max变化，并试加以解释。答λ苯-水-H+=269.00nm,λ苯-水-OH-=287.00nm，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。6、思考题1.溶剂的极性增大对有机化合物n和跃迁的吸收带各产生什么影响，试分析原因。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昆明理工大学理学院应用化学化学实验ExperimentofChemistry(DepartmentofAppliedChemistry,SchoolofSciences)昆明理工大学化学实验报告·第9页(共9页)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，吸收波长兰移（向短波长方向移动）。2.影响有机化合物溶液的紫外吸收光谱形状有哪些主要因素？答影响有机化合物紫外吸收光谱的因素有内因（分子内的共轭效应、位阻效应、助色效应等）和外因（溶剂的极性、酸碱性等溶剂效应）。由于受到溶剂极性和酸碱性等的影响，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，吸收波长兰移（向短波长方向移动）。