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 П. Бугер И.Г. Ламберт Экспериментально открыт П. Бугером (1729), теоретически выведен И.Г. Ламбертом (1760), для растворов исследован А. Бером (1852) lg (I 0 /I) = alc 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 = - lgТ А – погашение (оптическая плотность D) Т - пропускание А = lc

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) макс гексан = 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) (FeMa3 (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.

Гипсохромный сдвиг Батохромный сдвиг Гиперхромный эффект Гипохромный эффект Длинна волны, нм Оптическая плотность

нм , нм гександиэтиловый эфирэтанолметанолвода Гипсохромный сдвиг полосы n -> при увеличении полярности растворителя Батохромный сдвиг полосы -> при увеличении полярности растворителя

Взаимосвязь электронных спектров и структуры органических молекул Хромофор -простая функциональная группа, ответственная за поглощение с характеристическими величинами и Хромофоры 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 ХромофорТип переходаλ max log(ε) нитрилыn π* 160

Электронные спектры поглощения основных классов органических соединений Предельные углеводороды * переходы 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) * и n * переходы соединение *, нм n нм CH 3 OH CH 3 NH CH 3 Cl 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 ( max =165 нм, max > 104) переходы Алкильные заместители в этилене смещают 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 перехода Структура ФрагментаВеличина инкремента, нм Диеновая система в одном кольце36 Дополнительное сопряжение, двойная связь 30 Экзоциклическая двойная связь (двойная связь вне цикла) 5 Заместители: · алкил · -OR · -OCOR · SR · -NR2 · -Cl, -Br

a b c d e Диеновый фрагмент (2,3 – диен в цикле: ) 2 двойные связи (1,4) в сопряжении (+2*30) 3 экзоциклические двойные связи (1,4, С=О: 3*5) 5 алкильных радикалов (a,b,c,d,e: 5*5)

Электронные спектры поглощения основных классов органических соединений Карбонилсодержащие соединения n n переходы Обнаруживается в УФ-спектре по полосе n 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.

Ароматические соединения λ, нм ε, л/моль см В бензоле * переходы Электронные спектры поглощения основных классов органических соединений 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 Полоса бензольного поглощения

> C=C - связь > C=O - связь Сопряжение > C=C-C=O npnp n n

H H, нм CH 3 NH2 Cl C2H5OC2H5O