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卟啉吸收光谱卟啉是一种重要的生物分子，它在生物体内扮演着重要的生理功能，比如光合作用、呼吸作用等等。
卟啉分子的特殊结构决定了它有很强的吸光能力，因此也被广泛应用于光谱学中，成为研究生物分子结构和相互作用的工具之一。
本文主要介绍卟啉吸收光谱的原理以及在分析生物分子中所起的作用。
一、卟啉分子的结构和电子结构卟啉分子是一种环状大分子，由四个吡咯环组成，它的化学式为C34H36N4。
卟啉分子中含有22个.pi.电子，这些电子能产生吸收光谱，因此使得卟啉分子在可见光区和紫外光区具有很强的吸收能力，这也是卟啉成为研究生物分子的一个理由。
此外，卟啉分子中的.nbond.键和.cbeta.原子还具有很强的带电性，也是卟啉分子体系中重要的结构基础。
二、卟啉吸收光谱的原理卟啉分子中的22个.pi.电子的共振吸收是卟啉吸收光谱的主要原理。
在卟啉分子中，这些.pi.电子的状态可以被用Huckel理论描述，Huckel理论是一种将分子中.pi.电子抽象为组成部分的计算方法。
在这个理论框架下，卟啉分子中的电子运动可以被表示为具有简约的线性组合基原子轨道（LCAO）的线性方程组。
这个方程组运用分子轨道理论中的简化原理，可以将分子中的电子运动形象地表达出来。
卟啉分子中的可见光和紫外光区的波长都恰好能够与22个.pi.电子的吸收相匹配。
由于电子的共振吸收会导致分子吸收和轨道的变化，因此在分子的吸收光谱中就能够观察到许多特殊的吸收峰。
这些吸收峰的位置和大小反映了分子内部的电子状态，因此可以用来分析分子的结构和相互作用。
三、卟啉在生物体系中的应用卟啉作为一种重要的生物分子，在生物体系中也有广泛应用。
它在生物体内参与了光合作用、呼吸作用等等生理活动，因此也成为生物体系中的重要研究对象。
通过对卟啉分子的吸收光谱分析，研究人员可以了解卟啉分子在生物体系中的特殊作用，比如它的电子传输功能和光合成功能等等。
此外，卟啉分子还是许多生物分子的组成部分，比如血红素中就含有卟啉分子。
光谱分析方法在分子分析中的应用光谱分析是一种通过测量样品辐射或吸收的特定波长和频率的电磁辐射来分析样品的方法。
光谱分析涵盖了包括紫外线、可见光、红外线和拉曼光谱在内的一系列技术。
这些技术在分子分析中得到了广泛应用。
在这份文章中，我将探讨光谱分析方法在分子分析中的应用。
1. 紫外线光谱紫外线可见光吸收光谱是分子分析中最常见的方法之一。
紫外线光谱是一种分析分子结构、含量和相互作用的方法。
这种方法利用分子与辐射的相互作用，通过测量吸收光的强度、波长和频率，来确定分子的结构和化学性质。
紫外线光谱在生物化学和药理学领域被广泛应用。
例如，这种技术可以用来分析药物在人体内的分布和代谢。
紫外线光谱还可以用来测量蛋白质、核酸、糖类和其他生物分子的含量和结构。
2. 红外线光谱红外线光谱是一种测量物质中化学键振动频率的方法。
这种方法可以用来确定分子的化学结构、化学键的类型和数量。
在红外光谱中，分子吸收红外光而不是可见光，因为红外光的波长比可见光的波长长得多。
红外光谱在分析有机和无机物质中被广泛应用。
例如，在制药业中，红外光谱可以用来分析药品的纯度和确保药品符合制药标准。
红外光谱还可以用来分析土壤和空气污染物。
3. 拉曼光谱拉曼光谱是一种测量样品散射光谱的方法。
这种方法利用样品对光的散射来分析样品的化学组成。
拉曼光谱通常用来测定无机和有机物质的结构、含量和组分。
拉曼光谱被广泛应用于化学和物理学领域。
例如，在表面和材料科学中，拉曼光谱可以用来分析材料的结构和化学性质。
在生物医学领域，拉曼光谱也可以用来测量生物分子的含量和结构。
4. 荧光光谱荧光光谱是一种测量分子发射荧光的方法。
这种方法可以用来分析分子的结构和相互作用。
荧光光谱与紫外线光谱和拉曼光谱不同，它测量分子的发射光而不是吸收光。
荧光光谱在分析生物分子中被广泛应用。
例如，这种技术可以用来分析荧光染料在细胞、组织和生物体内的分布和代谢。
荧光光谱还可以用来分析 DNA、RNA 和蛋白质。
钴卟啉轴向配位反应的紫外可见及圆二色谱研究近年来，由于钴卟啉分子的独特性质，其在生物医药、催化剂、光电材料等领域中得到了广泛的应用。
其中，钴卟啉分子的轴向配位反应引起了科学家们的极大兴趣。
本文旨在通过紫外可见及圆二色谱研究，探究钴卟啉的轴向配位反应机制及其对分子结构和性质的影响。
一、实验设计1. 实验原料本实验所使用的原料包括：钴卟啉、乙醇、乙醇酸钠、氯化铵、氯化钾、氯化钠等。
2. 实验步骤首先，将钴卟啉溶于乙醇中，加入适量的乙醇酸钠，使其形成稳定的体系。
然后，加入氯化铵、氯化钾、氯化钠等试剂，进行轴向配位反应。
反应过程中，通过紫外可见光谱和圆二色谱等手段对反应体系进行监测和分析。
最后，对实验结果进行总结和分析。
二、实验结果1. 紫外可见谱分析通过紫外可见谱分析，发现在钴卟啉分子发生轴向配位反应后，其吸收峰发生了明显的变化。
原来的吸收峰位于400-500nm范围内，而在反应后则出现了一个新的吸收峰，位于550nm左右。
这表明，轴向配位反应改变了钴卟啉分子的电子结构，从而引起了吸收峰的变化。
2. 圆二色谱分析圆二色谱是一种研究分子手性的重要手段。
通过圆二色谱分析，发现钴卟啉分子的轴向配位反应对其手性有着显著的影响。
在反应前，钴卟啉分子呈现出明显的圆二色性，而在反应后则圆二色性减弱甚至消失。
这说明轴向配位反应使钴卟啉分子的手性失去了稳定性。
三、实验分析通过紫外可见和圆二色谱的实验结果，可以得出以下结论：1. 轴向配位反应引起了钴卟啉分子电子结构的改变，从而引起了吸收峰的变化。
2. 轴向配位反应对钴卟啉分子的手性有着显著的影响，使其失去了稳定性。
3. 轴向配位反应可以改变钴卟啉分子的结构和性质，从而拓展其在生物医药、催化剂、光电材料等领域的应用。
四、结论本文通过紫外可见和圆二色谱研究，探究了钴卟啉分子的轴向配位反应机制及其对分子结构和性质的影响。
实验结果表明，轴向配位反应可以改变钴卟啉分子的电子结构和手性，从而拓展其在各个领域的应用前景。
本科毕业论文（设计）题目：卟啉化合物的合成与表征学生：苏多明学号： 200940710222学院：化学化工学院专业：化学入学时间：2009年 9 月15指导教师：凡素华职称：副教授完成日期：2013年 4 月19卟啉化合物的合成与表征摘要：卟啉化合物或卟啉衍生物是一种非常重要的有机物，是以卟啉为本体的一系列的化合物，卟啉化合物有着非常广泛的应用在医学、生物学、材料学等都有很重要的研究价值，本文先浅谈卟啉化合物在各个领域的应用价值，然后以对羟基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、吡咯为原料进行合成卟啉化合物的，在通过红外光谱、紫外可见光谱、荧光光谱表征对合成的卟啉化合物进行表征，分析和讨论卟啉化合物的结构特点。
关键词：卟啉；合成；表征Synthesis and characterization of the porphyrin compoundsAbstract: Porphyrins or porphyrin derivative is a kind of organic matter is very important, is to porphyrin as a series of compounds in the body, porphyrin compounds have a very wide range of applications are very important research value in medicine, biology, materials science and other applied firstly, value of porphyrin compounds in various fields, and then to the formaldehyde, p-hydroxy phenyl methoxy benzaldehyde, pyrrole as a raw material for the synthesis of porphyrin compounds, in by IR, UV-Vis, fluorescence, spectral characterization of the synthesis of porphyrin compounds were characterized, analyze and discuss the structure characteristics of porphyrin compounds.Key words:orphyrins；Synthesis；Characterization目录第一章绪论 (2)1.1卟啉化合物及其结构特点.......... (4)1.2卟啉化合物的应用 (4)1.2．1卟啉化合物在医学上的应用 (4)1.2．2卟啉化合物在材料学上的应用 (5)1.2．3卟啉化合物在分析化学上的应用 (5)1.2．4人工模拟光合作用及太阳能上的应用 (6)1.2．5在分子识别上的应用 (6)第二章实验部分 (7)2.1．1实验原料、试剂及实验仪器设备......... .. (8)2.1.2卟啉化合物的合成路线 (8)2.1.3卟啉化合物的合成过程 (9)第三章卟啉化合物的表征 (9)红外光谱分析 (10)紫外光谱分析 (11)荧光光谱分析 (12)结束语 (12)参考文献 (12)致谢 (13)第一章绪论一1.1卟啉化合物及其结构特点卟啉是一类存在于动植物中，具有特殊生理活性的化合物，如血红素、叶绿素等[1]卟啉化合物是由卟啉环中四个吡咯环上的β位和亚甲基上的氢被其原子或原子团所取代而衍生出的一系列化合物，由于取代基的不同卟啉化合物也是多种多样，这类化合物由于卟啉的特殊结构而表现出不同的性质。
紫外可见光谱在有机化合物结构分析的应用摘要关键词：紫外可见光谱有机化合物应用引言：紫外和可见光谱是由分子吸收能量激发价电子或外层电子跃迁而产生的电子光谱。
电子光谱的波长范围为10-800nm，该波段又可分为可见光区（400-800nm），有色物质在此吸收；近紫外区（200-400nm），芳香族化合物或具有共轭体系的物质在此区域有吸收；还有远紫外区（10-200nm）。
与其他的光谱测定方法相比，紫外光谱具有仪器价格较低，操作简便的优点。
紫外可见吸收光谱应用广泛，不仅可进行定量分析，还可利用吸收峰的特性进行定性分析和简单的结构分析，测定一些平衡常数、配合物配位比等；也可用于无机化合物和有机化合物的分析，对于常量、微量、多组分都可测定。
因此，本文就详细阐述了紫外可见光谱在有机化合物结构测定的应用。
1基础知识：发色团亦称生色团，是指在一个分子中产生紫外吸收带的官能团，一般认为带有pai 电子的基团。
有机化合物中常见的发色团有：羰基、硝基、双键，叁键以及芳环等。
助色团有些原子或原子团单独在分子中存在时，吸收波长小于200nm，而于一定的发色团相连时，可以使发色团所产生的吸收峰位置红移，吸收强度增加，具有这种功能的原子或原子团成为助色团。
助色团一般为带有孤电子对的原子或原子团。
常见的助色团有-OH、-OR、-NHR、-SH、-SR、-I 等E1 吸收带: 由苯环的一个共轭双键的电子跃迁引起。
红移：也称长波移动当。
有机物的结构发生变化（如取代基的变更）或受到溶剂效应的影响时，其吸收带的最大吸收波长向长波方向移动的效应。
蓝移：也称向短波移动。
与红移相反。
增色效应：或称浓色效应。
使吸收带的吸收强度增加的效应，反之称为减色效应或浅色效应强带：在紫外光谱中，凡摩尔吸光系数大于10的4次方的吸收带称为强带。
产生这种吸收带的电子跃迁往往是允许跃迁。
弱带：凡摩尔吸光系数小于1000的吸收带称为弱带。
产生这种吸收带的电子往往是禁阻跃迁。
紫外-可见光谱法在卟啉类化合物结构表征中的应用摘要：简述了紫外-可见光谱分析的基本原理，及其在有机化化学中的应用；结合卟啉、金属卟啉的吸收特点，对紫外-可见光谱在其结构表征中的应用作了归纳性的总结。
关键词：紫外-可见光谱法；应用；卟啉；金属卟啉；结构表征1 紫外-可见吸收光谱分析基本原理紫外光谱（UV）是指波长在200~400nm；可见光谱则是波长在400~800nm的电磁波吸收光谱。
相应于上述波长的能量范围约在670~314kJ/mol和314~155kJ/mol。
因此，它们是属于π电子（成键的或孤对的电子）跃迁。
所以，不是所有的有机化合物，都能给出它们的吸收光谱，而主要是对具有共轭双键结构的化合物和芳香族化合物才能给出光谱。
如果用紫外和可见光照射含有共轭的不饱和化合物溶液，可以看到一部分光线被吸收了，吸收光线的多少，取决于入射光的波长和化合物的结构。
如果以波长为横坐标，以紫外、可见光线的吸收强度（有时也称消光系数或摩尔吸收度）为纵坐标作图，就得到紫外或可见光谱图。
同一种物质对不同波长的光吸收不同；不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似、λmax不变，只是吸光度大小不同；而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax均不同。
当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。
主要有四种跃迁形式，如图1。
所需能量ΔΕ大小顺序为：n→π＊< π→π＊< n→σ＊< σ→σ＊。
吸收带是指吸收峰在光谱中的波带位置，根据电子及分子轨道理论，有机化合物紫外-可见光区的吸收带有四种类型：R吸收带——由化合物中的n→π＊跃迁产生的吸收带。
其强度小，ε<100；λmax位于较长波长处，>270nm；K吸收带——由共轭体系中π→π＊跃迁产生的吸收带。
其强度大，ε>104；λmax比R带的短，一般>200nm；B 吸收带——由苯环本身振动及闭合环状共轭双键π→π＊跃迁产生的吸收带。
在230~270nm呈现一宽吸收带，且有精细结构；苯在λmax255nm 有ε约为200的弱吸收；E 吸收带——芳香族化合物的特征吸收，是苯环内三个乙烯基共轭的π→π＊跃迁产生的。
分为E1、E2两个吸收带，E1大约在180nm，强度大于104，一般看不见；E2约在200nm，强度约为7000。
当苯环上有共轭取代时，E2带常与K带合并，吸收峰移向长波方向。
2 紫外吸收光谱在有机化学中的应用2.1 检测化合物的结构特征虽然紫外光谱对鉴定化合物结构来说，远没有红外光谱重要，但紫外光谱也有其特点，对测定化合物中某一部分的结构单元很有帮助，而且还有一些别的用途。
如果一个化合物在紫外区是透明的，则说明分子中不存在共轭体系，可能是脂肪族碳氢化合物、胺、腈、醇等不含双键或环状共轭体系的化合物；如果在210～250nm有强吸收，表示有K吸收带，则可能含有两个双键的共轭体系，如共轭二烯或α,β-不饱和醛酮等。
同样在260、300、330nm处有高强度K吸收带，在表示有三个、四个和五个共轭体系存在；如果在260～300nm有中强吸收（ε的范围约在200~1000），则表示有B带吸收，体系中可能有苯环存在。
如果苯环上有共轭的生色基团存在时，则ε可以大于10000；如果在250～300nm有弱吸收带（R吸收带），则可能含有简单的非共轭并含有n电子的生色基团，如羰基等。
图1 电子能级跃迁示意图2.2 对化合物纯度的鉴定由于一般能吸收紫外光的物质，其ε值都很高，所以一些近紫外透明的溶剂或化合物，如其中的杂质能吸收近紫外光的，只要ε大于2000，检查的灵敏度便能达到0.005%。
例如乙醇在紫外和可见光区域没有吸收带，若杂有少量苯时，则在225nm处有一个吸收。
又如环己烷中，常含有苯做杂质，如果这样，则在靠近225nm处便有吸收峰出现。
因此用这一方法来检查是否存在不必要的物质是很方便和灵敏的。
2.3 对一些化合物的定量分析一个有紫外吸收的有机化合物，其摩尔吸收度ε与吸收强度A之间关系如下：ε=A/（c×L）其中c为吸收物质溶液的物质的量浓度，L为吸收池的厚度。
A=lg（I0/I)，其中I0为入射光强度，I为透射光的强度。
由于一般具有紫外光谱的化合物的ε值都很高，且重复性好。
因此用作定量分析，要比用红外光谱法灵敏和准确。
2.4 其他可以通过经验规则计算出λmax值，与实测值比较，即可证实化合物是哪种异构体，因而可用于异构体的确定，如乙酰乙酸乙酯的酮-烯醇式互变异构。
溶剂分子与溶质分子缔合生成氢键时，对溶质分子的UV光谱有较大的影响。
对于羰基化合物，根据在极性溶剂和非极性溶剂中R带的差别，可以近似测定氢键的强度。
溶剂分子与溶质分子缔合生成氢键时，对溶质分子的UV光谱有较大的影响。
对于羰基化合物，根据在极性溶剂和非极性溶剂中R带的差别，可以近似测定氢键的强度。
此外，还可用于测定位阻作用。
由于位阻作用会影响共轭体系的共平面性质，当组成共轭体系的生色基团近似处于同一平面，两个生色基团具有较大的共振作用时，λmax不改变，εmax略为降低，空间位阻作用较小；当两个生色基团具有部分共振作用，两共振体系部分偏离共平面时，λmax和εmax略有降低；当连接两生色基团的单键或双键被扭曲得很厉害，以致两生色基团基本未共轭，或具有极小共振作用或无共振作用，剧烈影响其UV光谱特征时，情况较为复杂化。
在多数情况下，该化合物的紫外光谱特征近似等于它所含孤立生色基团光谱的“加合”。
3 卟啉化合物简介卟啉类化合物是近些年来学术界研究较多的热点课题之一，由于其独特的结构和性能，已被人们广泛的应用于生物化学、医药化学、分析化学和光化催化等各个研究域。
目前已独立形成一门新兴的边缘学科——卟啉化学。
卟啉是由4个吡咯环通过亚甲基相连形成的具有18电子体系的共轭大环化合物，如图2所示，其分子配位性能突出，周期表上几乎所有的金属原子都能和中心的氮原子配位形成金属卟啉配合物。
在卟啉分子周围，有两类取代位置，分别为间位和β位，可以通过化学方法引入不同的取代基。
卟啉在自然界和生命体中广泛存在，如叶绿素、血红蛋白、细胞色素P450等取代卟啉化合物都是生命体新陈代谢过程中至关重要的组成部分，卟啉对生命过程中(如呼吸、光合作用等)的电子转移和传递起着十分重要的作用，被誉为生命色素。
天然卟啉化合物具有如此特殊的生理活性正是因为卟啉独特的结构和性能，所以人工合成卟啉来模拟天然卟啉的各种性能一直是人们感兴趣和研究的重要课题。
利用卟啉进行功能分子的设探讨卟啉化合物在生命体中的作用机理，并寻求该类化合物的实际应用，大大推动了有机合成、仿生化学、生物有机、材料化学、药物化学诸方面学科的发展。
N N NN βmesoMM=2H,metal图2 卟啉分子结构4 紫外吸收光谱对卟啉结构的表征卟啉化合物因具有刚性共平面的大环共轭结构体系而在紫外-可见光区有特定的吸收。
化合物紫外光谱的最大吸收峰常对应于该化合物的最高占据轨道(HOMO)与最低空轨道(LUMO)之间的能级差。
对卟啉类化合物电子光谱研究较早的有Gouterman 的四轨道模型，认为其电子光谱吸收峰是由两个最高占据分子轨道(HOMOS)和两个最低空轨道(LUMOS)之间的p-p*跃迁引起的。
并将其记为Soret 带和Q 带，Soret 带是两个跃迁的线性偶合，表现为强吸收；Q 带则是两个跃迁偶合相互抵消的结果，因而表现为弱吸收。
因此，可以通过对相关卟啉类化合物光谱形状和谱峰位置进行分析比对，可以推断出卟啉环是否生成、金属离子是否络合进入卟啉分子中；根据表现出的蓝移红移，来判断功能基团是否接上，以及取代基团是否与卟啉环发生了相互作用等等。
具体应用包括：（1）判断卟啉环的生成。
卟啉的特征吸收带：一个Soret带和四个Q 带[1]。
通过对样品的紫外-可见光谱图进行分析，即可知道卟啉环生成与否。
相比于其他检测手段，这种方法更为简单有效。
（2）判断配位化合物是否生成。
金属卟啉相对于卟啉来说，其紫外光谱表现为Q带吸收峰的个数减少和减弱，Soret带发生位移。
Soret 带发生位移的原因可以用配位键加以解释[2]。
当金属与卟啉配体络合时，金属原子接受卟啉环上N的弧对电子形成σ授予键，电子由卟啉环流向金属原子，使得卟啉换上电子云密度降低；同时金属原子d 轨道的电子反过来与卟啉环的空轨道交盖重叠，形成π反馈键，电子由金属原子流向卟啉环并使卟啉环上的电子云增加。
两者对卟啉环上电子云密度的影响相反。
若σ授予键对电子云密度的影响大于π键反馈，会使卟啉环的电子云密度降低，从而增加了电子跃迁所需的能量，使卟啉吸收带蓝（紫）移。
反之若π反馈键对电子云密度影响大于σ授予键，会使卟啉环的电子云密度增加，从而降低了电子跃迁所需的能量，会使卟啉吸收带红移。
可以根据这一规律，来判断金属离子是否络合进入卟啉分子中。
（3）判断取代基与卟啉环之间有无相互作用。
赵胜芳[3]等用紫外-可见光普法研究了卟啉-蒽醌化合物及其金属配合物与DNA作用，从紫外可见吸收光谱滴定曲线图可以看出．随着DNA浓度的增加，卧啉的Soret带出现减色，而卟啉的Q1带随着DNA浓度增大而发生轻微增色效应，说明DNA与卟啉发生了相互作用。
（4）根据所接基团的极性不同，有针对性地进行分子结构的设计。
四苯基卟啉（TPP），四甲氧基苯基卟啉（TMPP），四羧基苯基卟啉（TCPP）及其金属卟啉（Co、Fe、Zn)在丙酮中的紫外-可见光谱数据如图3[4]所示。
由图可知，TPP的Soret带λmax为413.5nm，当苯环上取代基为甲基（—CH3）、甲氧基（—OCH3）时，Soret带λmax分别红移到415nm和418nm；三种卟啉都有4个Q带峰，TPP的Q带λmax 分别为511nm、545nm、589nm和646nm，随着苯环上取代基为甲基和甲氧基时每个Q带峰λmax也相应红移，也就是说，随着苯环上6位上取代基供电子能力增强，其UV特征吸收峰波长值增大，这可能是取代基使卟啉环上的电子云密度增大，从而使卟啉更稳定。
另外，由图可知，金属卟啉与其卟啉配体相比，Q带谱峰数目减少，但强度有所提高，这是由于生成金属配合物后，分子的对称性由D2h增到D4h，分子轨道的分裂程度减少，简并度增加，使得吸收峰数目减少[5]。
对于Soret带的λmax，相对于原来的卟啉配合物，Co卟啉都蓝移了，而Zn卟啉则相反，都红移了；Fe卟啉的Soret带峰都比其他卟啉配合物宽，λmax则随卟啉配合物的不同而红移或蓝移，紫外可见光谱的明显变化说明了金属离子已与卟啉配体配位生成了金属配合物，且不同金属离子和不同取代基对金属卟啉配合物紫外可见光谱的影响不同。
图3 卟啉及金属卟啉化合物的紫外光谱(5)对光敏染料吸光能力进行判定。
