質問

アセトンのC=Oのnπ*遷移は水溶液中とヘキサン溶液中で波長が異なりますがなぜですか。

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回答 (2件)

質問されている遷移に限らず、一般に光学遷移の波長は溶媒によって変化します(ソルバトクロミズムという)。
これは、溶媒の極性の影響という溶媒のバルクな特性によるものから、水素結合などの微視的な影響によるものまで原因はさまざまです。
ご質問されているアセトンの場合だと、酸素原子のローンペアが水中だと水と水素結合する効果が考えられますので、水とアセトン中ではローンペアの軌道レベルに差が生じるでしょう。
また、上述したように極性の変化自体による効果も効いていると思います。
これは、基底状態と励起状態で、分子の極性が変化しますので、まわりの溶媒の双極子との相互作用が溶媒によって変化し、結果として遷移エネルギーが変化することによります。

昔習った量子化学を思い出しながら推理します(自信ないですが)。

「アセトンのカルボニルは、
・基底状態においては、電子がO側に偏った電荷分離した状態
・励起状態においては、電子がC、O間に均一に存在する状態

励起状態は周りの極性の影響を受けないが、
基底状態は、周りの環境で安定性が変化する。つまり電荷分離しているので無極性環境よりも極性環境の方がエネルギー的に安定化する。

アセトンの環境をヘキサンから水に変えると、基底状態のエネルギー準位が下がり、基底-励起状態のエネルギーギャップが大きくなる。よって水環境の方が吸収極大波長は短波化する。」

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