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Aula 7 - Ultravioleta (UV)

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X-ray: 
core electron 
excitation
UV: 
valance 
electronic 
excitation
IR: 
molecular 
vibrations
Radio waves:
Nuclear spin states
(in a magnetic field)
Electronic Excitation by UV/Vis Spectroscopy :
The wavelength and amount of light that a compound absorbs 
depends on its molecular structure and the concentration of the 
compound used.
The concentration dependence follows Beer’s Law.
A=εεεεbc
Where A is absorbance (no units, since A = log10 P0 / P )
εεεε is the molar absorbtivity with units of L mol-1 cm-1 
b is the path length of the sample - that is, the path length of the cuvette in 
which the sample is contained (typically in cm). 
c is the concentration of the compound in solution, expressed in mol L-1
Molecules have quantized energy levels:
ex. electronic energy levels. 
e
n
e
r
g
y
hv
e
n
e
r
g
y } ∆Ε 
= hv
Q: Where do these quantized energy levels come from?
A: The electronic configurations of associated with 
bonding. 
Each electronic energy 
level (configuration) has 
associated with it the 
many vibrational energy 
levels we examined with 
IR. 
C C
σ
σ∗
hv
σ
σ∗
σ σ∗
C C
H
HH H
HH λmax = 135 nm (a high energy transition)
Absorptions having λmax < 200 nm are difficult to observe because 
everything (including quartz glass and air) absorbs in this spectral 
region. 
C C
σ
σ∗
hv
pi
pi∗
σ
σ∗
pi
pi∗
pi pi∗
Example: ethylene absorbs at longer wavelengths:
λmax = 165 nm ε= 10,000
∆Ε= hv
=hc/λ
σ
σ∗
hv
pi
pi∗
n
σ
σ∗
pi
pi∗
n
C O
pi∗n
The n �to pi* transition is at even lower wavelengths but 
is not as strong as pi to pi* transitions. It is said to be 
“forbidden.”
Example: 
Acetone: n−σ∗ λmax = 188 nm ; ε= 1860
n−pi∗ λmax = 279 nm ; ε= 15
C C
C C
C O
C O
H
σ −> σ∗ 135 nm
pi −> pi∗ 165 nm
n −> σ∗ 183 nm weak
pi −> pi∗ 150 nm
n −> σ∗ 188 nm
n −> pi∗ 279 nm weak 
λ
A
180 nm
279 nm
C O
C C
HOMO
LUMO
Conjugated systems: 
Preferred transition is between Highest Occupied Molecular Orbital 
(HOMO) and Lowest Unoccupied Molecular Orbital (LUMO). 
Note: Additional conjugation (double bonds) lowers the 
HOMO-LUMO energy gap:
Example:
1,3 butadiene: λmax = 217 nm ; ε= 21,000
1,3,5-hexatriene λmax = 258 nm ; ε= 35,000
O
O
O
Similar structures have similar UV spectra: 
λmax = 238, 305 nm λmax = 240, 311 nm λmax = 173, 192 nm
Woodward-Fieser Rules for Dienes
Homoannular Heteroannular
Parent λ=253 nm λ=214 nm
=217 (acyclic)
Increments for:
Double bond extending conjugation
+30
Alkyl substituent or ring residue +5
Exocyclic double bond +5
Polar groupings:
-OC(O)CH3 +0
-OR +6
-Cl, -Br +5
-NR2 +60
-SR +30
C
C C
C
Homoannular heteroannular acyclic exocyclic
For more than 4 conjugated double bonds: 
λmax = 114 + 5(# of alkyl groups) + n(48.0-1.7n)
O
Parent: 214 (heteroannular)
3 alkyls +15 (3x5)
+5 (exocyclic)
TOTAL 234 nm
(Actual = 235 nm)
Parent: 253 (homoannular)
3 alkyls +15 (3x5)
+5 (exocyclic)
TOTAL 273 nm
(Actual = 275 nm)
O
HO
Parent: 202 (5-member ring ketone)
+35 (alpha hydroxyl)
+12 (beta alkyl - note part of ring)
Total: 249
Lycopene:
λmax = 114 + 5(8) + 11*(48.0-1.7*11) = 476 nm
λmax(Actual) = 474. 
=>
pi → pi* for 
ethylene 
and 
butadiene
Ultraviolet Spectroscopy
• 200-400 nm photons excite electrons 
from a pi bonding orbital to a pi* 
antibonding orbital.
• Conjugated dienes have MO’s that are 
closer in energy.
• A compound that has a longer chain of 
conjugated double bonds absorbs light 
at a longer wavelength. =>
Obtaining a UV Spectrum
• The spectrometer measures the intensity 
of a reference beam through solvent only 
(Ir) and the intensity of a beam through a 
solution of the sample (Is).
• Absorbance is the log of the ratio 
• Graph is absorbance vs. wavelength.
=>
The UV Spectrum
• Usually shows broad peaks.
• Read λmax from the graph.
• Absorbance, A, follows Beer’s Law:
A = εcl
where ε is the molar absorptivity, c is 
the sample concentration in moles per 
liter, and l is the length of the light path 
in centimeters.
UV Spectrum of Isoprene
=>
Woodward-Fieser Rules
=>
Conjugated Systems (Ch. 15, pp 638-678), 
Recommended Problems from the Text:
15-1 through 15-18
15-21
15-23 through 15-27
15-29 through 15-33
15-37
EFEITOS DE SOLVENTE
Aumento da polaridade do solvente:
deslocamento do máximo da banda de
absorção para o vermelho (isto é para
comprimemntos de onda maiores): energias
menores.
Modelo:
pi* é mais estabilizado do que pi pelo aumento
da polaridade do solvente.
Conseqüência:
DE
DE
p
p
p
*
p*
Aumento da polaridade
do solvente:
deslocamento do máximo
da banda de absorção pi,
pi* para o vermelho (isto
é para comprimentos de
onda maiores): energias
menores.
deslocamento do máximo
da banda de absorção n,
pi* para o azul (isto é
para comprimentos de
onda menores): energias
maiores.
Modelo: como
pi* é mais estabilizado do que pi 
n é mais estabilizado do que pi*
transição pi → pi* transição n → pi*
DE
DE
p
p
p
*
p*
menor
DE
DE
p* p*
maior
n
n
l aumenta
l diminui
deslocamento batocrômico deslocamento hipsocrômico
polaridade do solvente polaridade do solvente
O
OH
UV-Vis problems
α,β-unsaturated
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
O
OH
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
α-hydroxy group: 35 nm
O
OH
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
α-hydroxy group: 35 nm
β-alkyl group: 12 nm
O
OH
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
α-hydroxy group: 35 nm
β-alkyl group: 12 nm
O
OH
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
249 nm
O
Base value: 202 nm
α-hydroxy group: 35 nm
β-alkyl group: 12 nm
O
OH
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
249 nm
Base value: 215 nm
O
Base value: 202 nm
α-hydroxy group: 35 nm
β-alkyl group: 12 nm
O
OH
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
249 nm
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
O
Base value: 202 nm
α-hydroxy group: 35 nm
β-alkyl group: 12 nm
O
OH
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
249 nm
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
β-alkyl group: 12 
O
Base value: 202 nm
α-hydroxy group: 35 nm
β-alkyl group: 12 nm
O
OH
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
249 nm
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
β-alkyl group: 12 
237 nm
UV-Vis problems
Me
O
Me α,β-unsaturated ketone
Table 7.12
UV-Vis problems
Me
O
Me α,β-unsaturated ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
UV-Vis problems
Me
O
Me α,β-unsaturated ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
UV-Vis problems
Me
O
Me α,β-unsaturated ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
Two β-alkyl groups 24 nm
UV-Vis problems
Me
O
Me α,β-unsaturated ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
Two β-alkyl groups 24 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
Me
O
Me
Me
O
Me
UV-Vis problems
Me
O
Me α,β-unsaturated ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
Two β-alkyl groups 24 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
259 nm
UV-Vis problems
Me
O
Me α,β-unsaturated ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
Two β-alkyl groups 24 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
259 nm
OH
O
UV-Vis problems
Me
O
Me α,β-unsaturated ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
Two β-alkyl groups 24 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
259 nm
OH
O
Base value: 215 nm
UV-Vis problems
Me
O
Me α,β-unsaturated ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
Two β-alkyl groups 24 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
259 nm
OH
O
Base value: 215 nm
β-hydroxy group: 30 nm
UV-Vis problems
Me
O
Me α,β-unsaturated ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
Two β-alkyl groups 24 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
259 nm
OH
O
Base value: 215 nm
β-hydroxygroup: 30 nm
β-alkyl group: 12 
UV-Vis problems
Me
O
Me α,β-unsaturated ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 nm
Two β-alkyl groups 24 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
259 nm
OH
O
Base value: 215 nm
β-hydroxy group: 30 nm
β-alkyl group: 12 
257 nm
O
UV-Vis problems
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
Double bond
Extending conjug. 30 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
Double bond
Extending conjug. 30 nm
β-alkyl group: 12 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
Double bond
Extending conjug. 30 nm
β-alkyl group: 12 nm
γ-alkyl group: 18 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
Double bond
Extending conjug. 30 nm
β-alkyl group: 12 nm
γ-alkyl group: 18 nm
>γ-alkyl group: 18 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
Double bond
Extending conjug. 30 nm
β-alkyl group: 12 nm
γ-alkyl group: 18 nm
>γ-alkyl group: 18 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
O O
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
Double bond
Extending conjug. 30 nm
β-alkyl group: 12 nm
γ-alkyl group: 18 nm
>γ-alkyl group: 18 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
303 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
Double bond
Extending conjug. 30 nm
β-alkyl group: 12 nm
γ-alkyl group: 18 nm
>γ-alkyl group: 18 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
303 nm
O
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
Double bond
Extending conjug. 30 nm
β-alkyl group: 12 nm
γ-alkyl group: 18 nm
>γ-alkyl group: 18 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
303 nm
O
Base value: 215 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
Double bond
Extending conjug. 30 nm
β-alkyl group: 12 nm
γ-alkyl group: 18 nm
>γ-alkyl group: 18 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
303 nm
O
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 n
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
Double bond
Extending conjug. 30 nm
β-alkyl group: 12 nm
γ-alkyl group: 18 nm
>γ-alkyl group: 18 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
303 nm
O
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 n
2 β-alkyl groups: 24 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
Double bond
Extending conjug. 30 nm
β-alkyl group: 12 nm
γ-alkyl group: 18 nm
>γ-alkyl group: 18 nm
Two exocyclic
double bonds 10 nm
303 nm
O
Base value: 215 nm
α-alkyl group: 10 n
2 β-alkyl groups: 24 nm
249 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
α-alkyl group 10 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
α-alkyl group 10 nm
Two β-alkyl groups 24 nm
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
α-alkyl group 10 nm
Two β-alkyl groups 24 nm
exocyclic
double bond 5 nm O
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
α-alkyl group 10 nm
Two β-alkyl groups 24 nm
exocyclic
double bond 5 nm
241 nm
UV-Vis problems
O
O
O
CHO Br
O
OAc
UV-Vis problems
O
O
O
CHO Br
O
OAc
O
O
O
CHO Br
O
OAc
UV-Vis problems
O
O
O
CHO Br
O
OAc
O
O
O
CHO Br
O
OAc
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
UV-Vis problems
O
O
O
CHO Br
O
OAc
O
O
O
CHO Br
O
OAc
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkoxy (OMe) 35 nm
UV-Vis problems
O
O
O
CHO Br
O
OAc
O
O
O
CHO Br
O
OAc
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkoxy (OMe) 35 nm
β-alkoxy (OMe) 30 nm
UV-Vis problems
O
O
O
CHO Br
O
OAc
O
O
O
CHO Br
O
OAc
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkoxy (OMe) 35 nm
β-alkoxy (OMe) 30 nm
Double bond 
Extending conj 30 nm
UV-Vis problems
O
O
O
CHO Br
O
OAc
O
O
O
CHO Br
O
OAc
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkoxy (OMe) 35 nm
β-alkoxy (OMe) 30 nm
Double bond 
Extending conj 30 nm
>γ alkyl group 18 nm
O
O
O
CHO Br
O
OAc
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkoxy (OMe) 35 nm
β-alkoxy (OMe) 30 nm
Double bond 
extending conj 30 nm
>γ alkyl group 18 nm
Homodiene 39 nm
O
O
O
CHO Br
O
OAc
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 215 nm
α-alkoxy (OMe) 35 nm
β-alkoxy (OMe) 30 nm
Double bond 
extending conj 30 nm
>γ alkyl group 18 nm
Homodiene 39 nm
367 nm
UV-Vis problems
O
N
H
Me
Br COOCH3 triene
Table 7.5
UV-Vis problems
triene
Table 7.5
O
N
H
Me
Br COOCH3
Base value (heteroannular diene): 214 nm
UV-Vis problems
triene
Table 7.5
O
N
H
Me
Br COOCH3
Base value (heteroannular diene): 214 nm
Double bond extending conjugation 30 nm
UV-Vis problems
triene
Table 7.5
O
N
H
Me
Br COOCH3
Base value (heteroannular diene): 214 nm
Double bond extending conjugation 30 nm
Oalk group 6 nm
UV-Vis problems
triene
Table 7.5
O
N
H
Me
Br COOCH3
Base value (heteroannular diene): 214 nm
Double bond extending conjugation 30 nm
Oalk group 6 nm
N(Alk)2 60 nm
UV-Vis problems
triene
Table 7.5
Base value (heteroannular diene): 214 nm
Double bond extending conjugation 30 nm
Oalk group 6 nm
N(Alk)2 60 nm
5 alkyl residues 25 nm
O
N
H
Me
Br COOCH3
O
N
H
Me
Br COOCH3
O
N
H
Me
Br COOCH3
O
N
H
Me
Br COOCH3
O
N
H
Me
Br COOCH3
UV-Vis problems
triene
Table 7.5
Base value (heteroannular diene): 214 nm
Double bond extending conjugation 30 nm
Oalk group 6 nm
N(Alk)2 60 nm
5 alkyl residues 25 nm
4 exocyclic double bonds 20 nm
O
N
H
Me
Br COOCH3
UV-Vis problems
triene
Table 7.5
Base value (heteroannular diene): 214 nm
Double bond extending conjugation 30 nm
Oalk group 6 nm
N(Alk)2 60 nm
5 alkyl residues 25 nm
4 exocyclic double bonds 20 nm
O
N
H
Me
Br COOCH3
355 nm
UV-Vis problems
N
O
O
AcO
O
UV-Vis problems
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
N
O
O
AcO
O
UV-Vis problems
N
O
O
AcO
O
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
Extended conjugation 30 nm
N
O
O
AcO
O
UV-Vis problems
N
O
O
AcO
O
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
Extended conjugation 30 nm
β-NR2 95 nm
N
O
O
AcO
O
UV-Vis problems
N
O
O
AcO
O
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
Extended conjugation 30 nm
β-NR2 95 nm
δ-OAc 6 nm
N
O
O
AcO
O
UV-Vis problems
N
O
O
AcO
O
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
Extended conjugation 30 nm
β-NR2 95 nm
δ-OAc 6 nm
2 γ and higher alkyls 36 nm
N
O
O
AcO
O
UV-Vis problems
N
O
O
AcO
O
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
Extended conjugation 30 nm
β-NR2 95 nm
δ-OAc 6 nm
2 γ and higher alkyls 36 nm
Two exocyclic olefins 10 nm
N
O
O
AcO
O N
O
O
AcO
O
N
O
O
AcO
O
UV-Vis problems
N
O
O
AcO
O
α,β-unsaturated 
ketone
Table 7.12
Base value: 202 nm
Extended conjugation 30 nm
β-NR2 95 nm
δ-OAc 6 nm
2 γ and higher alkyls 36 nm
Two exocyclic olefins 10 nm
N
O
O
AcO
O
379 nm

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