有机光化学-PPT课件
光化学基础(课堂PPT)
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➢ 有机分子吸收紫外和可见光后，一个电子就从原来较低 能量的轨道被激发到原来空着的反键轨道上,被吸收的光 子能量用于增加一个电子的能量，通常称为电子跃迁。
➢ 有机分子电子跃迁的方式（见图1.4）： π→π*、 n →π*、n →σ*、σ→σ*
➢ 有机化合物中能够吸收紫外或可见光的基团称为生色团。
能量小于或等于1eV。
红外光作用于分子，只能引起分子转动能级 与振动能级的改变，从而发生光的吸收，产生红 外吸收光谱。
紫外和可见光作用于分子，可使分子的电子 能级(包括转动能级和振动能级)发生改变，产生 可见—紫外吸收光谱。
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光对分子的作用
2、分子对光的吸收 ❖ 分子吸收光的本质：
是在光辐射的作用下，物质分子的能态发生了 改变，即分子的转动、振动或电子能级发生变化， 由低能态被激发至高能态，这种变化是量子化的。 ❖ 能态之间的能量差必须等于光子的能量：
❖ 量子产率：光化学反应的效率通常用量子产率()来表示，其 定义为：
分解或生成的分子数 吸收的光量子数
2）初级光化学过程与次级光化学过程
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3）初级光化学过程的主要类型
在对流层中发生不同类型的初级光化学过程，但是对于气相 主要类型有：
（a）光解。一个分子吸收一个光量子的辐射能时，如果所吸收 的能量等于或多于键的离解能，则发生键的断裂，产生原子或 自由基。例如：
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evH
H
F= C
( 可忽略）
磁 矢 量
分子内的电子 。
v sec
F=e
电矢量
传播矢量
。
C=3 10 18 A/sec
图1.2 光对分子. 作用示意图
第十三章：光化学反应..
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激发态的失活
2018/7/26
Advanced Organic Chemistry
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激发态失活的三种方式：
S2 IC ISC S1 hv IC hvf hvp
1、非辐射失(IC/ISC). 2、辐射降级. 3、分子间的能量传递.
T1
ISC S0
激发、失活过程示意图
2018/7/26
Advanced Organic Chemistry
围内变化得到一个宽吸收带，强度满足下式：
2018/7/26
Advanced Organic Chemistry
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电子激发的类型
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Advanced Organic Chemistry
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羰基化合物的多种激发方式：
2018/7/26
Advanced Organic Chemistry
光化学反应要产生化学发光满足的条件:
第一是该反应必须提供足够的激发能, 并由
某一步骤单独提供, 因为前一步反应释放的能量
将因振动弛豫消失在溶液中ห้องสมุดไป่ตู้不能发光;
第二是要有有利的反应过程, 使化学反应的
能量至少能被一种物质所接受并生成激发态;
第三是激发态分子必须具有一定的化学发光
量子效率释放出光子, 或者能够转移它的能量给
光化学反应的特点
1、依分子吸收的光的波长不同，可进行选择性反应； 2、吸收光子得到的能量远远超过吸收热量得到的能量 。
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2 光化学反应一般原理
光化学反应所满足的定律： 1、Gratthus-Draper光化学第一定律：只有被分子 吸收的光能才能有效地引起光化学反应。 2、Einstein-Stark光化学当量定律：一个分子只
高等有机化学课件-光化学
光化学反应可以将水中的有机物分解成无害的物质，降低水体污 染。
藻类控制
光化学反应可以抑制藻类的生长，保持水体的生态平衡。
光化学在土壤污染治理中的应用
土壤修复
光化学反应可以分解土壤中的有害物质，降低土壤污染程度。
农药降解
光化学反应可以分解农药，减少农药对环境和农作物的危害。
重金属固定
光化学反应可以将重金属固定在土壤中，防止重金属迁移和污染地 下水。
羧酸及其衍生物的光化学反应在合成高分子材料和功能材料方面具有重要 应用。
03
光化学合成
光化学合成方法
Байду номын сангаас
直接光化学合成
01
利用光能直接引发有机反应，通常需要使用高能量的光源，如
紫外光。
间接光化学合成
02
通过光敏剂或催化剂将光能转化为化学能，引发有机反应。这
种方法通常需要较低能量的光源，如可见光。
组合光化学合成
自由基和离子反应
在光化学反应中，自由基和离子是常见的活性物 种，它们参与的反应类型和机理各不相同。
光化学合成的应用
有机合成
利用光化学合成方法可以合成多种有 机化合物，如烯烃、芳香烃、醇、醛 等。
药物研发
光化学合成方法可用于合成药物中间 体或活性成分，提高药物的生产效率 和纯度。
生物成像和探针
利用光敏剂或荧光探针标记生物分子 ，可以用于生物成像和检测生物分子 的结构和功能。
高等有机化学课件-光化学
目录
• 光化学基础 • 有机光化学反应 • 光化学合成 • 光化学反应动力学 • 光化学在环境科学中的应用
01
光化学基础
光化学基本概念
01
光化学是研究光与物质相互作用及其相关能量转换 、信息转换的学科领域。
高等有机化学课件光化学-6
但是除了分子内部的能量消失以外，激发态失活的另一个途径是发生于分子间
的能量传递过程。如：
h D(S0)
D(T1)
D(T1) + A(S0)
D(S0) + A(T1)
这一过程也称为敏化过程，而激发态分子发生了去活化作用，即在能量传递过程 中反应物从光所得到的激活能量并没有来得及发生光化学反应就因被别的分子夺 走，这种作用也称为淬灭作用。敏化和淬灭常同时存在且在光化学反应中起着重 要的作用。由于 ISC 的难易程度和化合物有关，许多化合物如烯烃不能通过本身 的系间窜越来实现三线态增殖，但可通过和三线态分子间的碰撞来达到目的。
单线态寿命 10-9~10-6 s 三线态寿命 10-5~10-3 s
激发态分子比较活泼有很快转回基态或同时发生化学反应或物理变化的趋势， 这个过程又称为驰豫。另外除了化学反应外，激发态通过下面三个光物理过程 失去激发能。
（1）辐射去活化。有两种辐射去活化，一种是荧光 (hf)，它由激发单线态辐 射去活化产生，如 S1→S0；另一种是磷光 (hp)，它是从三线态辐射产生的，如 T1→S0。发射荧光是一个自旋允许的过程，如果在激发单线态中振动能级间隔和 在基态中的相同，则荧光光谱的谱带是镜影关系。（为什么？）
如：
S1→T1
（3）分子之间借碰撞而传递损失能量。
该过程称为振动阶式消失(vibrational cascade)(VC)，也叫做震动 驰豫。包括电
子态变化的大多数去活化过程发生于低振动能级，如荧光从第一 激发单线态的最
低振动能级发出。所有这些激发态放出能量的过程可用Jablonski 图来表示。
VC ISC S1 h hf VC
含有杂原子的分子有未成 对的电子。因而这些分子有 n-p* 和 p-p*跃迁
有机光化学
有机光化学有机光化学是一门相对较新的学科，它将有机化学、物理化学和分子光学紧密结合起来，在研究有机体系和有机分子中物质能量转换过程中发挥着重要作用。
有机光化学具有多种不同的发展方向，如有机分子的合成与结构表征，有机分子的光化学性质，分子固态发光以及分子影像学等。
有机光化学的基本理论也已经得到了广泛的应用，因此，有机光化学的研究也变得非常重要。
有机光化学的基础知识是物理化学和有机化学，因此，在学习有机光化学之前，应先系统地掌握物理化学和有机化学的基本知识。
有机光化学隶属于分子光学，首先要学习光的属性和现象，例如反射，折射，衍射，散射，干涉，拉曼光谱等。
随后，还要学习关于光吸收，发射，荧光以及激发态等相关的知识，特别是对可见光区的探讨。
有机光化学的研究是相当复杂的，牵涉到有机分子的结构活性，因此，有必要在学习有机光化学之前，先要掌握有机化学的基础知识，如有机分子的结构，稳定性，反应性，相互作用以及量子化学计算等知识。
在此基础上，再进一步对有机分子的光学性质，如光谱，吸收，荧光，发射，激发态，以及有机分子固体发光等性质进行研究。
在有机光化学的研究中，直接或间接利用有机分子的性质和反应能力，可以制备各种有机分子光电子器件，广泛应用于药物筛选，生物传感，生物分子特性研究，光谱分析以及抗菌等方面。
因此，有机光化学的研究也越来越受到重视，为人们提供了一种更简便，更可靠的方法进行光电子器件的制备。
此外，由于有机光化学所涉及到的领域极广，因此，在有机光化学的研究中还可以利用计算机模拟，数值计算等手段，更深入地来研究有机分子的光学性质。
随着计算机技术的发展，有机光化学的研究会受到更多的发展。
综上，有机光化学既具有理论研究价值，又有重要的应用价值，在近年来受到了越来越多的关注，各个领域的研究者也积极开展有关有机光化学的研究，以更深入地了解这一研究领域，并为人们带来更多实用应用价值。
14有机光化学反应54页PPT
①反应活化能 在基态情况下，热化学所需活化 能来自分子碰撞，靠提高体系的温度可以实现， 反应速率受温度影响大；光化学反应所需活化能 靠吸收光子供给，分子激发态内能较高，反应活 化能一般较小，反应速率受温度影响不明显，只 要光波长和强度适当，大多在室温或低温下能发 生。 ②反应结果 二者产物种类和分布不同。热化学 反应通道不多，产物主要经由活化能最低的通道。 光化学反应机理较复杂，分子吸收光能后处于高 能量状态，有可能产生不同的反应过渡态和活性 中间体，得到热反应所得不到的某些产物。
++
－
－
+－
×
－+
* (g)
+
×
()
－
(3)空间取向 空间取向相同轨道间的跃迁 易发生，例如： →*；否则不易发生，例如： n →*。
三、激发态的能量释放 一个分子从基态升到能量不同的能级较高
的多重激发态时，意味着此时分子的能量比基
态的能量高，具有比基态短得多的寿命。因此
激发态的分子比较活泼，又很快转回基态或同
M＝1→电子自旋配对→单线态（S）→大 多数基态分子（O2例外）。
M＝3→有偶数个未成对电子→三线态（T） →顺磁性物质。
基态分子的电子能量最低：S0和T0，光化 学中一般研究的是能量最低的激发态S1和T1。
二、电子激发的选择定则
1.Hund规则 电子的稳定排列是具有最大的自旋多重性，
即三线态比单线态能量低：电子自旋平行→排 斥作用小→能量低。
但由于高激发态分子寿命很短，所以有实际意义 的只能是能量较低的几个激发态。尽管如此，这 些激发态所处的能量位置仍高于好几种反应通道 所需的活化能，故造成其反应复杂性和多样性。 ③化学平衡 热反应的平衡状态是热力学性质， ( )T,P→体系G＜0。光反应的平衡与光强度相 关，不少光化学反应使体系G＞0。 ④能量的提供 与加热一般只是提高分子运动的
光化学原理课件
光化学原理课件一、引言光化学原理是研究光与物质相互作用过程中所发生的化学变化的学科。
光化学在自然界和人类生活中扮演着重要角色，如光合作用、太阳能转换、光固化技术等。
本课件旨在介绍光化学的基本原理、光化学反应类型、光化学应用等方面的知识，帮助读者更好地理解和掌握光化学原理。
二、光化学基本原理1. 光的性质光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。
根据波长不同，光可以分为紫外光、可见光和红外光。
光的速度、波长和频率之间有一定的关系，即c = λν，其中c为光速，λ为波长，ν为频率。
2. 光的吸收与发射物质对光的吸收和发射是光化学过程的基础。
当光照射到物质表面时，物质分子中的电子吸收光能，从基态跃迁到激发态。
激发态电子不稳定，会通过辐射跃迁或非辐射跃迁回到基态，释放出能量。
这个过程表现为物质的颜色和荧光现象。
3. 光化学反应光化学反应是指在光的作用下，物质发生化学变化的过程。
光化学反应可以分为两类：光合作用和光解作用。
光合作用是指光能转化为化学能的过程，如植物的光合作用；光解作用是指光能导致化学键断裂的过程，如光解水制氢。
三、光化学反应类型1. 直接光化学反应直接光化学反应是指光直接作用于反应物，使其发生化学变化的过程。
例如，光解水制氢、光氧化还原反应等。
2. 间接光化学反应间接光化学反应是指光作用于催化剂或敏化剂，使其激发后引发反应的过程。
例如，光合作用、光催化氧化还原反应等。
3. 光敏化反应光敏化反应是指光激发敏化剂，敏化剂将能量转移给反应物，从而引发化学反应的过程。
光敏化反应在光动力治疗、光催化等领域具有重要意义。
四、光化学应用1. 光合作用光合作用是自然界中最重要的光化学过程，是植物、藻类和某些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的过程。
光合作用为生物提供了能量和氧气，维持了地球生态系统的平衡。
2. 太阳能转换太阳能转换是指将太阳光能转化为电能或其他形式能量的过程。
太阳能电池、太阳能热利用等技术都是基于光化学原理实现的。
高等有机化学课件-光化学
02 03
光致变色过程
在紫外光照射下，螺吡喃类化合物发生开环反应，生成具有共轭结构的 开环产物，颜色发生变化；在可见光或热作用下，开环产物恢复为螺环 结构，颜色恢复原状。
应用举例
螺吡喃类化合物可用于制作光信息存储材料、光学滤波器等。
05 荧光和磷光现象与原理剖 析
荧光和磷光现象简介
荧光现象
荧光物质在吸收光能后，能够发出比入射光波长更长的可见光，且发光时间较短。
用于研究超快光化学反应过程，揭示反应机理和 动力学。
光子回声技术
通过超快激光脉冲序列，实现光化学反应中间态 的观测和研究。
3
受激拉曼散射技术
利用超快激光与物质相互作用产生的拉曼散射信 号，研究光化学反应过程中的分子振动和结构变 化。
计算模拟在光化学中应用
量子化学计算
通过计算模拟分子的电子结构和性质，预测光化 学反应的机理和产物。
荧光素酶的作用
荧光素酶是一种能够催化荧光素发光的酶，它能够将 无荧光的荧光素催化成具有高荧光的荧光素酸。
发光过程
在荧光素酶的催化下，荧光素与氧气发生氧化反应， 生成荧光素酸和过氧化氢。在这个过程中，荧光素酸 发出荧光。
06 现代技术在光化学研究中 应用与展望
超快激光技术在光化学中应用
1 2
飞秒激光技术
高等有机化学课件-光化学
目 录
• 光化学基本概念与原理 • 有机物光化学反应 • 无机物光化学反应 • 光致变色现象与机理探讨 • 荧光和磷光现象与原理剖析 • 现代技术在光化学研究中应用与展望
01 光化学基本概念与原理
光化学定义及发展历程
光化学定义
光化学是研究物质在光的作用下发生 的物理和化学变化的科学。