光化學(xué)反應(yīng)基本原理公式

什么是光化學(xué)反應(yīng)？

光化學(xué)反應(yīng)在環(huán)境中主要是受陽(yáng)光的照射，污染物吸收光子而使該物質(zhì)分子處于某個(gè)電子激發(fā)態(tài)，而引起與其它物質(zhì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。如光化學(xué)煙霧形成的起始反應(yīng)是二氧化氮(NO2)在陽(yáng)光照射下，吸收紫外線(波長(zhǎng)2900~4300A)而分解為一氧化氮(NO)和原子態(tài)氧(O，三重態(tài))的光化學(xué)反應(yīng)，由此開(kāi)始了鏈反應(yīng)，導(dǎo)致了臭氧及與其它有機(jī)烴化合物的一系列反應(yīng)而zui終生成了光化學(xué)煙霧的有毒產(chǎn)物，如過(guò)氧乙酰硝酸酯(PAN)等。

大氣污染的化學(xué)原理比較復(fù)雜，它除了與一般的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律有關(guān)外，更多的由于大氣中物質(zhì)吸收了來(lái)自太陽(yáng)的輻射能量(光子)發(fā)生了光化學(xué)反應(yīng)，使污染物成為毒性更大的物質(zhì)(叫做二次污染物)。光化學(xué)反應(yīng)是由物質(zhì)的分子吸收光子后所引發(fā)的反應(yīng)。分子吸收光子后，內(nèi)部的電子發(fā)生能級(jí)躍遷，形成不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，然后進(jìn)一步發(fā)生離解或其它反應(yīng)。

基本的光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：

1、引發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)分子(A*) A(分子)+hv→A*

2、A*離解產(chǎn)生新物質(zhì)(C1，C2…) A*→C1+C2+…

3、A*與其它分子(B)反應(yīng)產(chǎn)生新物質(zhì)(D1，D2…) A*+B→D1+D2+…

4、A*失去能量回到基態(tài)而發(fā)光(熒光或磷光) A*→A+hv

5、A*與其它化學(xué)惰性分子(M)碰撞而失去活性 A*+M→A+M′

反應(yīng)1是引發(fā)反應(yīng)，是分子或原子吸收光子形成激發(fā)態(tài)A*的反應(yīng)。引發(fā)反應(yīng)1所吸收的光子能量需與分子或原子的電子能級(jí)差的能量相適應(yīng)。物質(zhì)分子的電子能級(jí)差值較大，只有遠(yuǎn)紫外光、紫外光和可見(jiàn)光中高能部分才能使價(jià)電子激發(fā)到高能態(tài)。即波長(zhǎng)小于700 nm才有可能引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)。產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)分子活性大，可能產(chǎn)生上述2～4一系列復(fù)雜反應(yīng)。反應(yīng)2和3是激發(fā)態(tài)分子引起的兩種化學(xué)反應(yīng)形式，其中反應(yīng)2于大氣中光化學(xué)反應(yīng)中zui重要的一種，激發(fā)分子離解為兩個(gè)以上的分子、原子或自由基，使大氣中的污染物發(fā)生了轉(zhuǎn)化或遷移。反應(yīng)4和5是激發(fā)態(tài)分子失去能量的兩種形式，結(jié)果是回到原來(lái)的狀態(tài)。

大氣中的N2，O2和O3能選擇性吸收太陽(yáng)輻射中的高能量光子(短波輻射)而引起分子離解：N2+hv→N+N λ<120 nm、O2+hv→O+O λ<240 nm 、O3+hv→O2+O λ=220～290 nm。顯然，太陽(yáng)輻射高能量部分波長(zhǎng)小于 290 nm的光子因被O2，O3，N2的吸收而不能到達(dá)地面。大于800 nm長(zhǎng)波輻射(紅外線部分)幾乎*被大氣中的水蒸氣和CO2所吸收。因此只有波長(zhǎng) 300～800 nm的可見(jiàn)光波不被吸收，透過(guò)大氣到達(dá)地面。大氣的低層污染物NO2、SO2、烷基亞硝酸(RONO)、醛、酮和烷基過(guò)氧化物(ROOR′)等也可發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)：NO2+bv→NO·+O HNO2(HONO)+hv→NO+HO· RONO+hv→NO·+RO· CH2O+hv→H·+HCO ROOR′+hv→RO·+R′O·

上述光化學(xué)反應(yīng)光吸收一般在 300～400 nm。這些反應(yīng)與反應(yīng)物光吸收特性，吸收光的波長(zhǎng)等因素有關(guān)。應(yīng)該指出，光化學(xué)反應(yīng)大多比較復(fù)雜，往往包含著一系列過(guò)程。

部分實(shí)驗(yàn)例舉

用以產(chǎn)生大環(huán)反應(yīng)的2+2環(huán)加成反應(yīng)，如圖：

光化學(xué)反映進(jìn)行時(shí)用的設(shè)備

這個(gè)是一個(gè)光激發(fā)的2+2反應(yīng)操作實(shí)例，zui終產(chǎn)品是擴(kuò)環(huán)產(chǎn)物。
下圖是全合成的一個(gè)利用2+2反應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)環(huán)的案例（來(lái)自于1978年Oppolzer和Godel發(fā)表的對(duì)長(zhǎng)葉烯的全合成）

利用2+2環(huán)加成之后（加成時(shí)的五元環(huán)規(guī)則產(chǎn)生了一定的立體選擇性），通過(guò)氫解脫去Cbz保護(hù)基，然后通過(guò)逆aldol反應(yīng)獲得了長(zhǎng)葉烯的骨架。