有机光化学反应.ppt
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1、关于有机光化学反应关于有机光化学反应现在学习的是第1页,共52页内容提要内容提要12-1 有机光化学反应的基本概念有机光化学反应的基本概念12-2 烯烃的光化学烯烃的光化学12-3 苯化合物的光化学苯化合物的光化学12-4 羰基化合物的光化学羰基化合物的光化学 第十二章第十二章 有机光化学反应有机光化学反应现在学习的是第2页,共52页 光光光光化化化化学学学学就就就就是是是是研研研研究究究究被被被被光光光光激激激激发发发发的的的的化化化化学学学学反反反反应应应应。在在在在光光光光化化化化学学学学反反反反应应应应中中中中,光光光光作作作作为为为为化化化化学学学学变变变变化化化化的的的的能能能能源
2、源源源,反反反反应应应应吸吸吸吸收收收收光光光光能能能能而而而而得得得得到到到到活活活活化化化化,经经经经电电电电子子子子跃跃跃跃迁迁迁迁变变变变为为为为激激激激发发发发态态态态(excited excited statestate)。激激激激发发发发态态态态形形形形成成成成后后后后开开开开始始始始引引引引起起起起反反反反应应应应。因因因因此此此此光光光光化化化化学学学学反反反反应应应应之之之之所所所所以以以以能能能能进进进进行行行行,就就就就是是是是已已已已被被被被激激激激活活活活的的的的分分分分子子子子具具具具有有有有较较较较高高高高能能能能量量量量,在在在在相相相相互互互互作作作作用下逐
3、步发生化学键的断裂或连接。用下逐步发生化学键的断裂或连接。用下逐步发生化学键的断裂或连接。用下逐步发生化学键的断裂或连接。l l光光光光化化化化学学学学与与与与热热热热化化化化学学学学的的的的共共共共同同同同点点点点 二二二二者者者者都都都都属属属属于于于于化化化化学学学学领领领领域域域域,可可可可用同样的一些基本理论来考虑和表述反应模式:用同样的一些基本理论来考虑和表述反应模式:用同样的一些基本理论来考虑和表述反应模式:用同样的一些基本理论来考虑和表述反应模式:现在学习的是第3页,共52页 化化化化学学学学过过过过程程程程为为为为分分分分子子子子中中中中电电电电子子子子的的的的分分分分布布布
4、布及及及及反反反反应应应应过过过过程程程程中中中中电子的再组合。电子的再组合。电子的再组合。电子的再组合。服从热力学基本定律。服从热力学基本定律。服从热力学基本定律。服从热力学基本定律。大基团的立体化学效应。大基团的立体化学效应。大基团的立体化学效应。大基团的立体化学效应。l l光光光光化化化化学学学学与与与与热热热热化化化化学学学学的的的的区区区区别别别别 分分分分子子子子在在在在基基基基态态态态和和和和激激激激发发发发态态态态的的的的电电电电子子子子分分分分布布布布和和和和构构构构型型型型不不不不同同同同,因因因因而而而而极极极极性性性性、酸酸酸酸碱碱碱碱性性性性等等等等理理理理化化化化性
5、性性性质质质质不不不不同同同同。热热热热化化化化学学学学属属属属于于于于基基基基态态态态化化化化学学学学,相相相相当当当当于于于于越越越越过过过过最最最最佳佳佳佳捷捷捷捷径径径径,通通通通过过过过高高高高地地地地而而而而达达达达到到到到山山山山之之之之彼彼彼彼坡坡坡坡;光光光光化化化化学学学学属属属属于于于于电电电电子子子子激激激激发发发发态态态态化化化化学学学学,相相相相当当当当于于于于站站站站在在在在山山山山巅巅巅巅上上上上找找找找下下下下山山山山的的的的路路路路,已已已已占占占占有有有有高高高高度度度度逐逐逐逐级级级级下下下下降降降降的的的的可可可可能能能能途途途途径径径径,只只只只是是
6、是是需需需需选选选选择择择择哪哪哪哪些些些些是是是是允允允允许许许许的道路。的道路。的道路。的道路。现在学习的是第4页,共52页反反反反应应应应活活活活化化化化能能能能 在在在在基基基基态态态态情情情情况况况况下下下下,热热热热化化化化学学学学所所所所需需需需活活活活化化化化能能能能来来来来自自自自分分分分子子子子碰碰碰碰撞撞撞撞,靠靠靠靠提提提提高高高高体体体体系系系系的的的的温温温温度度度度可可可可以以以以实实实实现现现现,反反反反应应应应速速速速率率率率受受受受温温温温度度度度影影影影响响响响大大大大;光光光光化化化化学学学学反反反反应应应应所所所所需需需需活活活活化化化化能能能能靠靠靠
7、靠吸吸吸吸收收收收光光光光子子子子供供供供给给给给,分分分分子子子子激激激激发发发发态态态态内内内内能能能能较较较较高高高高,反反反反应应应应活活活活化化化化能能能能一一一一般般般般较较较较小小小小,反反反反应应应应速速速速率率率率受受受受温温温温度度度度影影影影响响响响不不不不明明明明显显显显,只只只只要要要要光光光光波波波波长长长长和强度适当,大多在室温或低温下能发生。和强度适当,大多在室温或低温下能发生。和强度适当,大多在室温或低温下能发生。和强度适当,大多在室温或低温下能发生。反反反反应应应应结结结结果果果果 二二二二者者者者产产产产物物物物种种种种类类类类和和和和分分分分布布布布不不
8、不不同同同同。热热热热化化化化学学学学反反反反应应应应通通通通道道道道不不不不多多多多,产产产产物物物物主主主主要要要要经经经经由由由由活活活活化化化化能能能能最最最最低低低低的的的的通通通通道道道道。光光光光化化化化学学学学反反反反应应应应机机机机理理理理较较较较复复复复杂杂杂杂,分分分分子子子子吸吸吸吸收收收收光光光光能能能能后后后后处处处处于于于于高高高高能能能能量量量量状状状状态态态态,有有有有可可可可能能能能产产产产生生生生不不不不同同同同的的的的反反反反应应应应过过过过渡渡渡渡态态态态和和和和活活活活性性性性中中中中间间间间体体体体,得到热反应所得不到的某些产物。得到热反应所得不到
9、的某些产物。得到热反应所得不到的某些产物。得到热反应所得不到的某些产物。现在学习的是第5页,共52页但但但但由由由由于于于于高高高高激激激激发发发发态态态态分分分分子子子子寿寿寿寿命命命命很很很很短短短短,所所所所以以以以有有有有实实实实际际际际意意意意义义义义的的的的只只只只能能能能是是是是能能能能量量量量较较较较低低低低的的的的几几几几个个个个激激激激发发发发态态态态。尽尽尽尽管管管管如如如如此此此此,这这这这些些些些激激激激发发发发态态态态所所所所处处处处的的的的能能能能量量量量位位位位置置置置仍仍仍仍高高高高于于于于好好好好几几几几种种种种反反反反应应应应通通通通道道道道所所所所需需需
10、需的的的的活化能,故造成其活化能,故造成其活化能,故造成其活化能,故造成其反应复杂性和多样性反应复杂性和多样性反应复杂性和多样性反应复杂性和多样性。化化化化学学学学平平平平衡衡衡衡 热热热热反反反反应应应应的的的的平平平平衡衡衡衡状状状状态态态态是是是是热热热热力力力力学学学学性性性性质质质质,()T,PT,P体体体体系系系系 GG0 0。光光光光反反反反应应应应的的的的平平平平衡衡衡衡与与与与光光光光强强强强度度度度相相相相关关关关,不不不不少光化学反应使体系少光化学反应使体系少光化学反应使体系少光化学反应使体系 GG0 0。能能能能量量量量的的的的提提提提供供供供 与与与与加加加加热热热热
11、一一一一般般般般只只只只是是是是提提提提高高高高分分分分子子子子运运运运动动动动的的的的平平平平均均均均能能能能量量量量不不不不同同同同,给给给给定定定定波波波波长长长长的的的的能能能能量量量量可可可可比比比比加加加加热热热热所所所所能能能能提提提提供供供供的的的的能能能能量量量量大大大大得得得得多多多多,可可可可使使使使处处处处于于于于基基基基态态态态的的的的电电电电子子子子跃跃跃跃迁迁迁迁到到到到内内内内能能能能很很很很高高高高的的的的激激激激发发发发态态态态,因因因因此此此此有有有有机机机机分分分分子子子子吸吸吸吸收收收收光光光光后后后后所所所所具具具具有有有有的的的的能能能能量量量量足
12、足足足以使共价键断裂而引发化学反应。以使共价键断裂而引发化学反应。以使共价键断裂而引发化学反应。以使共价键断裂而引发化学反应。现在学习的是第6页,共52页 虽虽虽虽然然然然高高高高温温温温加加加加热热热热也也也也能能能能提提提提供供供供较较较较高高高高的的的的能能能能量量量量,但但但但常常常常会会会会引引引引发发发发许许许许多多多多副副副副反反反反应应应应使使使使化化化化学学学学过过过过程程程程更更更更为为为为复复复复杂杂杂杂,所所所所以以以以激激激激发发发发态态态态的的的的反反反反应应应应应应应应以以以以光光光光照照照照为为为为宜宜宜宜,而而而而基基基基态态态态进进进进行行行行的的的的反反反
13、反应应应应可可可可以以以以加加加加热热热热方方方方式式式式引发。引发。引发。引发。在在在在近近近近2020年年年年来来来来有有有有机机机机光光光光化化化化学学学学的的的的迅迅迅迅速速速速进进进进展展展展之之之之中中中中,概概概概括括括括起起起起来来来来有有有有如如如如下下下下几几几几类类类类反反反反应应应应的的的的研研研研究究究究尤尤尤尤为为为为广广广广泛泛泛泛:光光光光诱诱诱诱导导导导的的的的周周周周环环环环反反反反应应应应(环环环环加加加加成成成成、电电电电环环环环化化化化、-迁迁迁迁移移移移及及及及类类类类似似似似的的的的单单单单线线线线态态态态氧氧氧氧反反反反应应应应),单单单单电电电
14、电子子子子转转转转移移移移反反反反应应应应,NorrishNorrish型型型型反反反反应应应应以以以以及及及及重重重重排排排排反反反反应应应应。高高高高能能能能量量量量的的的的光光光光活活活活化化化化分分分分子子子子特特特特别别别别适适适适宜宜宜宜于于于于具具具具有有有有高高高高内内内内能能能能的的的的小小小小环环环环、多多多多环环环环及及及及笼笼笼笼环环环环有有有有机机机机分分分分子子子子的的的的合合合合成成成成,这这这这往往往往往往往往是是是是传传传传统统统统合合合合成反应所难以实现的。成反应所难以实现的。成反应所难以实现的。成反应所难以实现的。现在学习的是第7页,共52页12-1 有机
15、光化学反应的基本概念有机光化学反应的基本概念 一、激发态一、激发态 1.电子激发电子激发 到到目目前前为为止止,绝绝大大多多数数有有机机光光化化学学反反应应都都是是通通过过 *,n*跃跃迁迁进进行行的的,但但利利用用光光敏敏剂剂,在可见光下也能发生。在可见光下也能发生。2.激发态的多重态激发态的多重态 激激发发态态的的多多重重态态是是指指在在强强度度适适当当的的磁磁场场影影响响下下化化合合物物在在原原子子吸吸收收和和发发射射光光谱谱中中谱谱线线裂裂分分的的数数目目,即即电电子子状状态态的的多多重重性性M。M2S1(S:体体系系内内电电子自旋量子数的代数和子自旋量子数的代数和)。现在学习的是第8
16、页,共52页 M1电电子子自自旋旋配配对对单单线线态态(S)大大多多数数基态分子(基态分子(O2例外)。例外)。M3有有偶偶数数个个未未成成对对电电子子三三线线态态(T)顺磁性物质。顺磁性物质。基基态态分分子子的的电电子子能能量量最最低低:S0和和T0,光光化化学学中一般研究的是能量最低的激发态中一般研究的是能量最低的激发态S1和和T1。二、电子激发的选择定则二、电子激发的选择定则 1.Hund规则规则 电电子子的的稳稳定定排排列列是是具具有有最最大大的的自自旋旋多多重重性性,即即三三线线态态比比单单线线态态能能量量低低:电电子子自自旋旋平平行行排排斥斥作用小作用小能量低。能量低。现在学习的是
17、第9页,共52页 2.电子激发禁忌规则电子激发禁忌规则 (1)自自旋旋禁禁忌忌跃跃迁迁 自自旋旋守守恒恒的的激激发发过过程程是是允允许许的的,例例如如:S0 S1和和T0 T1;不不遵遵守守选选择择定定则则的的跃跃迁迁不不发发生生或或发发生生的的几几率率很很低低,例例如如:S0 T1,若若要要实现可经由实现可经由S0 S1 T1,通过电子自旋反转。,通过电子自旋反转。甲醛分子:甲醛分子:n*现在学习的是第10页,共52页 (2)对对称称禁禁忌忌跃跃迁迁 属属于于此此类类跃跃迁迁的的分分子子都都有有对对称称中中心心,分分子子轨轨道道通通过过其其对对称称中中心心进进行行反反射射。位位相相符符号号未
18、未改改变变:对对称称(g),位位相相符符号号改改变变:反反对对称称()。从从 g或或g 的的跃跃迁迁是是允允许许的的,例例如如:乙乙烯烯分分子的子的 *;从从 或或gg的跃迁是对称禁阻的。的跃迁是对称禁阻的。*(g)()+现在学习的是第11页,共52页 (3)空空间间取取向向 空空间间取取向向相相同同轨轨道道间间的的跃跃迁迁易易发发生,例如:生,例如:*;否则不易发生,例如:;否则不易发生,例如:n *。三、激发态的能量释放三、激发态的能量释放 一一个个分分子子从从基基态态升升到到能能量量不不同同的的能能级级较较高高的的多多重重激激发发态态时时,意意味味着着此此时时分分子子的的能能量量比比基基
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