المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11123 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر


Photochemistry : Carbonyl Compounds  
  
2758   02:26 مساءً   date: 2-9-2018
Author : William Reusch
Book or Source : Virtual Textbook of Organic Chemistry
Page and Part : ............


Read More
Date: 7-6-2019 762
Date: 10-6-2019 865
Date: 9-6-2019 1439

Photochemistry : Carbonyl Compounds

Conjugated ketones are often good sensitizers, thanks to the efficiency of intersystem crossing from the

n π* singlet to the triplet. However, before discussing this application it will be helpful to consider the bonding structure of the carbonyl group itself. In the case of the simple compound formaldehyde, the Lewis formula consists of two C–H sigma bonds, a C–O sigma bond, a C=O pi bond and two non-bonding electron pairs.

As shown in the diagram on the right, two Lewis structures, differing in the hybridization of oxygen, may be drawn, The structure on the left is a common representation in which an sp2 oxygen replaces one of the CH2 groups of an ethylene molecule. However, based on the principle that stable molecules will adopt the strongest bonding possible, the right hand structure becomes an attractive alternative.

An sp2–sp sigma bond should be stronger and shorter than a sp2–sp2 sigma bond, and the shorter bond distance will enhance the pi-bonding. Double bonds are of course shorter and stronger than equivalent single bonds. The average values given in the following table indicate that C=C is 13% shorter and 76% stronger than a C–C bond, whereas C=O is 15% shorter and over 100% stronger than a C–O bond, possibly reflecting the sp hybridization of the oxygen. An important difference between these models is found in the nature of the non-bonding electron pairs on oxygen. In the sp2-oxygen model these occupy very similar (degenerate) orbitals, but in the sp-oxygen model one pair is in a relatively low energy sp-orbital and the other in a higher energy p-orbital. Molecular orbital calculations clearly show that the latter model is a better representation than the former.

Bond Length, Å   C–C, 1.54     C=C, 1.34     C–O, 1.44     C=O, 1.22  
Bond Energy, kcal/mole C–C, 84 C=C, 146 C–O, 86 C=O, 177

A general diagram illustrating the two major electronic excitations of a carbonyl group is shown below. This terminology has been defined in the UV-Visible Spectroscopy chapter. The weak nature of the n π* absorption is due to the poor overlap of the p-orbital housing the higher energy electron pair with the π* orbital (they are essentially orthogonal). In contrast, π and π* orbitals overlap almost completely, so the probability of a π π* excitation being achieved by a photon of proper energy is high. This spatial overlap requirement has been termed a selection rule by spectroscopists. A second important selection rule concerns the probability of electronic transitions between states of different spin multiplicity, the spin selection rule. This rule reflects the high probability of transitions between different singlet states, or between different triplet states, but the low probability of singlet-triplet or triplet-singlet transitions. A table summarizing these rules is given below.

Formaldehyde, acetaldehyde and acetone show strong π π* absorption at 180 to 190nm (ε = 103 to 104), and weak n π* absorption at 280 to 300 nm (ε = 12 to 20). Conjugation with the π-electrons of a double bond or a benzene ring shifts both absorptions to longer wavelength and increases the strength of absorption.

Compound Cyclohexanone (CH3)2C=CHCOCH3 C6H5CHO C6H5COCH3
λmax π π* 200 nm (ε 2000) 230 nm (ε 12,300) 242 nm (ε 14,000) 238 nm (ε 13,000)
λmax n π* 285 nm (ε 14) 325 nm (ε 90) 328 nm (ε 50) 320 nm (ε 40)

Aryl ketones such as acetophenone (right hand compound in the table above), undergo rapid intersystem crossing of the n π* singlet excited state to an energetically close π π* triplet state. The latter then quickly decays to the lower energy n π* triplet, as shown for benzophenone in the diagram below. This circuitous route for the low probability direct conversion reflects modified selection rules formulated by Prof. M. A. El Sayed of UCLA (last two entries in the following table). This pathway is not available to most aliphatic ketones, so their intersystem crossing rates from n π* singlets to triplets are slow.
As noted in the diagram, there is very little fluorescent decay from the S1 state, and radiationless decay to S0 is less than 1% of the intersystem crossing to T2. In the absence of quenching reactions, T1 returns to S0 by a mixture of phosphorescent and radiationless decay.

Benzophenone Excited States

Some Carbonyl Selection Rules

Transition Probability Factor
S0 S1(n , π*)

S0 S1(π , π*)
forbidden
----------------
allowed
orbital overlap
in space
(also symmetry)
Sn S1 S0
Tn T1
allowed no change in
spin multiplicity
S(n , π*) T(n , π*)
S(π , π*) T(π , π*)
forbidden change in
spin multiplicity
S(n , π*) T(π , π*)
S(π , π*) T(n , π*)
allowed change in
orbital configuration



هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .