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此部分為 flash-quench 實驗的延續,藉由第四章之實驗結果可以得知,整個反應過 程中,錯合物 RuII 經激發、淬熄以及還原反應後回到穩定的基態 RuII,氧化淬熄劑 ArN2+ 則是形成穩定的 N2(g) 及 ArH,而 Br 最終是被 RuIII 氧化得到了較不穩定的 Br。因此除了獲得第四章動力學的相關資訊之外,接著還可以再利用瞬時吸收光譜來 觀察 Br 的後續反應,根據文獻記載 Br 會很快地與 Br 結合形成 Br2─‧,藉由觀 察波長 380 nm 的光譜變化便可以進一步觀察 Br2─‧38 圖五十四分別為不同條件下 380 及 486 nm 的瞬時吸收光譜。

圖五十四:波長 486 (red) 及 380 nm (blue) 的瞬時吸收光譜圖。(a) 5.0 x 10-5 M 的錯合 物 3。(b) 5.0 x 10-5 M 的錯合物 3 與 5 mM ArN2+。(c)(d) 5.0 x 10-5 M 的錯合物 3、5 mM ArN2+ 與 1 mM 溴離子。

圖 (a) 為激發態錯合物 Ru* 回到基態所呈現之光譜,此條件下 380 nm (blue) 代表 的是激發態錯合物上 bpy─‧ 的吸收,圖 (b) 為激發態錯合物被 ArN2+ 淬熄後生成 RuIII 的 bleach。圖 (c) 便可以很明顯地看到當 RuIII還原回到 RuII 的同時 (red),在 380 nm (blue) 處生成了一個新的產物,根據文獻記載此產物則是 Br2─‧,將觀察時間拉長至 1 ms 後,圖 (d) 便可更清楚地看到 Br2

─‧ 的變化,此光譜提供了兩個相當重要的資訊,

首先 380 nm 處衰退 fitting 出來的結果為 equal-concentration bimolecular reaction,其 反應速率常數為 5 x 109 M-1 s-1,推測 Br2─‧ 的後續反應如 Eq 24 所示,而並非與溶液 中其他物質或是溶劑反應,其次則是 380 nm 處的光譜衰退並沒有完全回到零,而是還

2 Br2─‧ → Br3 + Br (Br2 + 2 Br) (24)

有殘留些許的訊號,這個訊號雖然很小但是卻有著很重大的意義,它代表的是此反應之 最終產物,根據文獻記載 Br2─‧ 在 380 nm 處莫耳消光係數為 4500 M-1 cm-1 而 Br3

在 380 nm 處為 790 M-1 cm-1(Br2 at 380 nm = 200 M-1 cm-1),由以上數據則更加確定 Eq 24 的合理性。

除了利用瞬時吸收光譜得到上述資訊之外,電子吸收光譜也能夠提供相關的佐證,

將含有 5 x 10-5 M 錯合物 3、5 mM ArN2+ 以及 5 mM 溴離子的去氧乙腈溶液置於 490 nm 的光源下進行光催化反應,圖五十五為照光後 1-7 小時每小時所紀錄之光譜變化,

把所得到的光譜與 Br3

及 Br2 對照比較後,可再次確認此反應之最終產物為 Br3

及 Br2。

圖五十五:利用 490 nm 的光源照射含錯合物 3、ArN2+ 與溴離子之乙腈溶液 1-7 小 時所得到的吸收光譜變化。插圖中紅線為第七小時之光譜、藍線為 Br2 之光譜、綠線 為 Br3

之光譜而黑線則是將藍綠兩光譜相加所得。

對於光催化反應產物 Br3 或 Br2 最佳確認方式為雙鍵加成反應,於是 1-hexene 在此被使用,並利用 NMR 圖譜來推測此反應之產率。將含有 5 x 10-5 M 錯合物 3、

20 mM ArN2+ 以及 20 mM 溴離子的氘化乙腈溶液照 490 nm 的光並使其完全反應,再 加入 10 mM 的 1-hexene,接著利用液態氮將溶劑取出並測其 NMR 圖譜,氫譜中變 化最大的三根 peaks 分別為 1、2 號位上的三個氫,接下來會依此作為判斷依據。

圖五十六:1H NMR。(a) 1-hexene、(b) 光催化反應產物及 (c) 1,2-dibromohexane。

由圖五十六中可發現 1-hexene 的三個氫化學位移分別落於 5 ppm 及 6 ppm 間,

而 1,2-dibromohexane 則是落在 4 ppm 附近,藉此便可非常容易地判斷出產物之差異 並計算出其產率為 40%。圖五十六個別之全譜圖置於附圖一一六至一一八。總結以上 實驗 Scheme III 可充分地表示此光催化反應之機構。

Scheme III

:光催化反應

之反應機構。

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