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'''Woodward-Fieser-Regeln''', benannt nach [[Robert Burns Woodward]], [[Louis Frederick Fieser]] und [[Mary Fieser]] – auch bekannt als '''Woodward-Regeln''' – sind empirisch ermittelte Regeln, welche ein Vorhersage der [[Wellenlänge]] am [[Absorptionsspektrum|Absorptionsmaximum]] λ<sub>max</sub> der π→π*-Bande von α,β-ungesättigte [[Carbonylgruppe|Carbonylverbindungen]]<ref name="10.1021/ja01849a066">{{ | '''Woodward-Fieser-Regeln''', benannt nach [[Robert Burns Woodward]], [[Louis Frederick Fieser]] und [[Mary Fieser]] – auch bekannt als '''Woodward-Regeln''' – sind empirisch ermittelte Regeln, welche ein Vorhersage der [[Wellenlänge]] am [[Absorptionsspektrum|Absorptionsmaximum]] λ<sub>max</sub> der π→π*-Bande von α,β-ungesättigte [[Carbonylgruppe|Carbonylverbindungen]]<ref name="10.1021/ja01849a066">{{Literatur | DOI = 10.1021/ja01849a066 | Datum = 1941 | Autor = Robert Burns Woodward | Titel = Structure and the Absorption Spectra of α,β-Unsaturated Ketones |Sammelwerk = [[J. Am. Chem. Soc.]] | Band = 63 | Seiten = 1123 | Nummer = 4 | Sprache = en }}</ref><ref name="mehta_carbonyl">{{Internetquelle |autor=Akul Mehta |url=http://pharmaxchange.info/press/2012/08/ultraviolet-visible-uv-vis-spectroscopy-–-woodward-fieser-rules-to-calculate-wavelength-of-maximum-absorption-lambda-max-of-conjugated-carbonyl-compounds/ |titel=Woodward-Fieser rules to calculate wavelength of maximum absorption of conjugated carbonyl compounds | sprache = en |zugriff=2017-08-31}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Neil Glagovich |url=http://www.chemistry.ccsu.edu/glagovich/teaching/316/uvvis/conjugated.html |titel=Woodward's Rules for Conjugated Carbonyl Compounds |datum=2007-07-19 |hrsg=[[Central Connecticut State University]] |archiv-url=https://web.archive.org/web/20080410003845/http://www.chemistry.ccsu.edu/glagovich/teaching/316/uvvis/conjugated.html |archiv-datum=2008-04-10 |sprache=en |zugriff=2017-08-31}}</ref> und von [[Diene]]n und [[Polyene]]n<ref name="10.1021/jo01164a003">{{Literatur | Autor = Louis F. Fieser, Mary Fieser, Srinivasa Rajagopalan | Titel = Absorption Spectroscopy and the Structures of the Diosterols | DOI = 10.1021/jo01164a003 | Datum = 1948 | Sammelwerk = [[J. Org. Chem.]] | Band = 13 | Seiten = 800–6 | PMID=18106021 | Nummer = 6 | Sprache = en }}</ref><ref name="mehta_diene">{{Internetquelle |autor=Akul Mehta |url=http://pharmaxchange.info/press/2012/08/ultraviolet-visible-uv-vis-spectroscopy-–-woodward-fieser-rules-to-calculate-wavelength-of-maximum-absorption-lambda-max-of-conjugated-dienes-and-polyenes/ |titel=Woodward-Fieser rules to calculate wavelength of maximum absorption for conjugated dienes |sprache=en |zugriff=2017-08-31}}</ref><ref name="Connecticut State University diene">{{Internetquelle |autor=Neil Glagovich |url=http://www.chemistry.ccsu.edu/glagovich/teaching/316/uvvis/diene.html |titel=Woodward-Fieser Rules for Dienes |datum=2007-07-19 |hrsg=[[Central Connecticut State University]] |archiv-url=https://web.archive.org/web/20080410041714/http://www.chemistry.ccsu.edu/glagovich/teaching/316/uvvis/diene.html |archiv-datum=2008-04-10 |sprache=en |zugriff=2017-08-31}}</ref> – insbesondere von [[Terpene]]n und [[Steroide]]n – erlauben. Sie haben sich als nützlich für die Analyse von UV-Spektren zur Strukturaufklärung vieler organisch-chemischer Verbindungen, insbesondere von Naturstoffen, erwiesen. Die Woodward-Fieser-Regeln sind ein Inkrementsystem. Das heißt, zu einem Basiswert des Stammchromophores werden je nach Substitution, Substitutionsmuster und anderen strukturellen Parametern, sowie dem Lösungsmittel spezifische Inkremente addiert. Das nach den Woodward-Fieser-Regeln theoretisch berechnete Absorptionsmaximum λ<sub>max</sub> der π→π*-Bande stimmt in der Regel mit einer Genauigkeit von etwa ± 10 [[Nanometer|nm]] mit dem experimentell ermittelten Wert überein. | ||
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| je zusätzlich konjugierte [[Alkene|Doppelbindung]] | | je zusätzlich konjugierte [[Alkene|Doppelbindung]] | ||
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| je [[ | | je [[exocyclische]] Doppelbindung<br />(von einem Ring weg, kann auch Teil eines Nachbarringes sein) | ||
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| je homoanulare Cyclodien-Teilstruktur im | | je homoanulare Cyclodien-Teilstruktur im konjugierten System | ||
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| [[Eigenschaften des Wassers|Wasser]] | | [[Eigenschaften des Wassers|Wasser]] | ||
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| [[Methanol]] | | [[Methanol]] | ||
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| [[Ethanol]] | | [[Ethanol]] | ||
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| [[Chloroform]] | | [[Chloroform]] | ||
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|[[1,4-Dioxan]] | |[[1,4-Dioxan]] | ||
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| [[Diethylether]] | | [[Diethylether]] | ||
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| [[n-Hexan]] | | [[n-Hexan|''n''-Hexan]] | ||
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|- | |- | ||
| je [[Thioether]]gruppe | | je [[Thioether]]gruppe | ||
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| je [[Alkoxygruppe]] | | je [[Alkoxygruppe]] | ||
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| je [[Alkylgruppe]] | | je [[Alkylgruppe]] | ||
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| je [[Alkylgruppe]] | | je [[Alkylgruppe]] | ||
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|- | |- | ||
| je [[Carbonsäureester]] | | je [[Carbonsäureester]] | ||
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| je [[Chlor]]gruppe | | je [[Chlor]]gruppe | ||
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== Fieser-Regeln == | == Fieser-Regeln == | ||
Louis Frederick Fieser und Mary Fieser untersuchten Diosterole und ermittelten Regeln, um Vorhersagen für die Wellenlänge am Absorptionsmaximum λ<sub>max</sub> zu treffen. | Louis Frederick Fieser und Mary Fieser untersuchten Diosterole und ermittelten Regeln, um Vorhersagen für die Wellenlänge am Absorptionsmaximum λ<sub>max</sub> zu treffen. | ||
Zur Berechnung der Wellenlänge am Absorptionsmaximum von Dienen und Polyenen kann folgende Tabelle dienen:<ref name="10.1021/jo01164a003" /><ref name=" | Zur Berechnung der Wellenlänge am Absorptionsmaximum von Dienen und Polyenen kann folgende Tabelle dienen:<ref name="10.1021/jo01164a003" /><ref name="mehta_diene" /><ref name="Connecticut State University diene" /> | ||
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! λ<sub>max</sub>/[[Nanometer|nm]] | ! λ<sub>max</sub>/[[Nanometer|nm]] | ||
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| | | acyclisches Dien | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="217"| 217 | |style="text-align:right" data-sort-value="217"| 217 | ||
|- | |- | ||
| homoannulares, | | homoannulares, cyclisches Dien<br />(zwei konjugierte Doppelbindungen im gleichen Ring) | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="253"| 253 | |style="text-align:right" data-sort-value="253"| 253 | ||
|- | |- | ||
| heteroannulares, | | heteroannulares, cyclisches Dien<br />(zwei [[Konjugation (Chemie)|konjugierte]] Doppelbindungen verteilt auf zwei Ringe) | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="214"| 214 | |style="text-align:right" data-sort-value="214"| 214 | ||
|} | |} | ||
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! Δλ<sub>max</sub>/nm | ! Δλ<sub>max</sub>/nm | ||
|- | |- | ||
| je zusätzlich konjugierte, | | je zusätzlich konjugierte, acyclische Doppelbindung | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="30"| + 30 | |style="text-align:right" data-sort-value="30"| + 30 | ||
|- | |- | ||
| je zusätzlich konjugierte, | | je zusätzlich konjugierte, endocyclische Doppelbindung | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="30"| + 30 | |style="text-align:right" data-sort-value="30"| + 30 | ||
|- | |- | ||
| je zusätzlich konjugierte, [[ | | je zusätzlich konjugierte, [[exocyclische]] Doppelbindung<br />(von einem Ring weg, kann auch Teil eines Nachbarringes sein) | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="35"| + 35 | |style="text-align:right" data-sort-value="35"| + 35 | ||
|} | |} | ||
|style="vertical-align: top"| | |style="vertical-align: top"| | ||
Zeile 215: | Zeile 215: | ||
|- | |- | ||
| je [[Alkoxygruppe]] | | je [[Alkoxygruppe]] | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="6"| + 6 | |style="text-align:right" data-sort-value="6"| + {{0}}6 | ||
|- | |- | ||
| je [[Alkylgruppe]] | | je [[Alkylgruppe]] | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="5"| + 5 | |style="text-align:right" data-sort-value="5"| + {{0}}5 | ||
|- | |- | ||
| [[Carbonsäureester]] haben keinen Einfluss | | [[Carbonsäureester]] haben keinen Einfluss | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="0"| ± 0 | |style="text-align:right" data-sort-value="0"| ± {{0}}0 | ||
|- | |- | ||
| je Dialkyl[[ | | je Dialkyl[[Amine|aminrest]] | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="60"| + 60 | |style="text-align:right" data-sort-value="60"| + 60 | ||
|- | |- | ||
| je [[Halogen]] ([[Chlor]], [[Brom]]) | | je [[Halogen]] ([[Chlor]], [[Brom]]) | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="10"| + 10 | |style="text-align:right" data-sort-value="10"| + 10 | ||
|- | |- | ||
| je [[Phenolether|Phenoxygruppe]] | | je [[Phenolether|Phenoxygruppe]] | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="18"| + 18 | |style="text-align:right" data-sort-value="18"| + 18 | ||
|- | |- | ||
| je [[Thioether]]gruppe | | je [[Thioether]]gruppe | ||
|style="text-align:right" data-sort-value="30"| + 30 | |style="text-align:right" data-sort-value="30"| + 30 | ||
|} | |} | ||
|} | |} | ||
Zeile 239: | Zeile 239: | ||
=== Beispielberechnungen === | === Beispielberechnungen === | ||
{| class="wikitable" style="text-align:center" | {| class="wikitable" style="text-align:center" | ||
|+ class="hintergrundfarbe6" | Berechnungsbeispiel bei konjugierten Dienen | |+ class="hintergrundfarbe6" | Berechnungsbeispiel bei konjugierten Dienen | ||
|- style="vertical-align:top" | |- style="vertical-align:top" | ||
! !! Stammchromophor 1,3-Butadien: Dien mit zwei konjugierten C=C-Doppelbindungen <br /> <br /> <br /> <br /> [[Datei:1,3-Butadiene Formula V.1.svg| zentriert |100px]] !! Heteroannulares Dien – zwei konjugierte C=C-Doppelbindungen auf zwei Ringe verteilt <br /> [[Datei:Diene (heteroannular) Formula V.3.svg| zentriert |150px]] !! Homoannulares Dien – zwei konjugierte C=C-Doppelbindungen in einem Ring <br /> [[Datei:Diene (homoannular) Formula V.3.svg| zentriert |140px]]!! Heteroannulares Trien – drei konjugierte C=C-Doppelbindungen auf drei Ringe verteilt <br /> [[Datei:Triene (heteroannular) Formula V.2.svg| zentriert |180px]] | ! !! Stammchromophor 1,3-Butadien: Dien mit zwei konjugierten C=C-Doppelbindungen<br /><br /><br /><br /> [[Datei:1,3-Butadiene Formula V.1.svg|zentriert|100px]] !! Heteroannulares Dien – zwei konjugierte C=C-Doppelbindungen auf zwei Ringe verteilt<br /> [[Datei:Diene (heteroannular) Formula V.3.svg|zentriert|150px]] !! Homoannulares Dien – zwei konjugierte C=C-Doppelbindungen in einem Ring<br /> [[Datei:Diene (homoannular) Formula V.3.svg|zentriert|140px]]!! Heteroannulares Trien – drei konjugierte C=C-Doppelbindungen auf drei Ringe verteilt<br /> [[Datei:Triene (heteroannular) Formula V.2.svg|zentriert|180px]] | ||
|- | |- | ||
| Stammchromophor (Dien): λ<sub>max</sub> | | Stammchromophor (Dien): λ<sub>max</sub> | ||
| 217 nm | |||
| 214 nm | |||
| 253 nm | |||
| 214 nm | |||
|- | |- | ||
| zusätzliche Konjugation durch eine <span style="color:green;">C=C-Doppelbindung</span> im C-Ring des [[Steroid]]s: je 30 nm | | | zusätzliche Konjugation durch eine <span style="color:green;">C=C-Doppelbindung</span> im C-Ring des [[Steroid]]s: je 30 nm | ||
| 0 nm | |||
| 0 nm | |||
| 0 nm | |||
| + 1 · 30 nm = 30 nm | |||
|- | |- | ||
| exocyclische Doppelbindung am <span style="color:red;">'''*'''</span>-markierten Kohlenstoffatom: je 5 nm | | | exocyclische Doppelbindung am <span style="color:red;">'''*'''</span>-markierten Kohlenstoffatom: je 5 nm | ||
| 0 nm | |||
| + 1 · 5 nm = 5 nm | |||
| + 1 · 5 nm = 5 nm | |||
| + 3 · 5 nm = 15 nm | |||
|- | |- | ||
| Alkylsubstituenten (markiert mit <span style="color:blue;">'''----'''</span>): je 5 nm | | Alkylsubstituenten (markiert mit <span style="color:blue;">'''----'''</span>): je 5 nm | ||
| style="border-bottom:medium solid" | 0 nm | |||
| style="border-bottom:medium solid" | + 3 · 5 nm = 15 nm | |||
| style="border-bottom:medium solid" | + 3 · 5 nm = 15 nm | |||
| style="border-bottom:medium solid" | + 5 · 5 nm = 25 nm | |||
|- | |- | ||
| Summe = λ<sub>max</sub> (berechnet) | | Summe = λ<sub>max</sub> (berechnet) | ||
| '''217 nm''' | |||
| '''234 nm''' | |||
| '''273 nm''' | |||
| '''284 nm''' | |||
|- | |- | ||
| λ<sub>max</sub> (gemessen, Steroide) | | | λ<sub>max</sub> (gemessen, Steroide) | ||
| 217,5 nm<ref>Notes - An Extension of the Woodward Rules Concerning Alkyl Substituents in Conjugated Aliphatic Systems, ''J. Org. Chem.'' 1959, 24, 3, 436–438, https://doi.org/10.1021/jo01085a617</ref> | |||
| 235 nm | |||
| 275 nm | |||
| 283 nm<ref>{{Internetquelle |autor=Akul Mehta |url=http://pharmaxchange.info/press/2012/08/ultraviolet-visible-uv-vis-spectroscopy-–-sample-problems-using-woodward-fieser-rules/ |titel=Ultraviolet-Visible (UV-Vis) Spectroscopy – Sample Problems Using Woodward-Fieser Rules |datum=2012-08-05|sprache=en|zugriff=2017-08-31}}</ref> | |||
|} | |} | ||
== Fieser-Kuhn-Regel == | == Fieser-Kuhn-Regel == | ||
Die Fieser- | Die Fieser-Regel gilt nur für kurze Polyene. Bei längeren π-Systemen, wie sie beispielsweise in [[Carotine]]n zu finden sind, weichen die theoretischen Werte stärker von den tatsächlichen Werten ab. Die Fieser-Kuhn-Regel kann diesen Fehler beheben. Nach ihr lässt sich die Wellenlänge am Absorptionsmaximum λ<sub>max</sub> sowie die Absorption ε<sub>max</sub> wie folgt berechnen:<ref>{{Internetquelle |autor=Akul Mehta |url=http://pharmaxchange.info/press/2013/05/ultraviolet-visible-uv-vis-spectroscopy-–-fieser-kuhn-rules-to-calculate-wavelength-of-maximum-absorption-lambda-max-of-polyenes-with-sample-problems/ |titel=Ultraviolet-Visible (UV-Vis) Spectroscopy – Fieser-Kuhn Rules to Calculate Wavelength of Maximum Absorption (Lambda-max) of Polyenes (with Sample Problems) |sprache=en |zugriff=2017-08-31}}</ref> | ||
:<math>\lambda_{max} = 114 | :<math>m</math>… Anzahl der Alkylgruppen | ||
:<math>\ | :<math>n</math>… Länge des π-Systemes | ||
:<math>R_\text{endo}</math>… Anzahl der endocyclischen Doppelbindungen | |||
:<math>R_\text{exo}</math>… Anzahl der exocyclischen Doppelbindungen | |||
:<math>\lambda_\text{max} = \left( 114{,}0 + 5{,}0\cdot m + 48{,}0\cdot n - 1{,}7\cdot n^2 - 16{,}5\cdot R_\text{endo} - 10{,}0\cdot R_\text{exo} \right)\,\text{nm}</math> | |||
:<math>\varepsilon_\text{max} = 1{,}74\cdot10^4\cdot n</math> | |||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
<references /> | <references /> | ||
[[Kategorie:Spektroskopie]] | [[Kategorie:Spektroskopie]] |
Woodward-Fieser-Regeln, benannt nach Robert Burns Woodward, Louis Frederick Fieser und Mary Fieser – auch bekannt als Woodward-Regeln – sind empirisch ermittelte Regeln, welche ein Vorhersage der Wellenlänge am Absorptionsmaximum λmax der π→π*-Bande von α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen[1][2][3] und von Dienen und Polyenen[4][5][6] – insbesondere von Terpenen und Steroiden – erlauben. Sie haben sich als nützlich für die Analyse von UV-Spektren zur Strukturaufklärung vieler organisch-chemischer Verbindungen, insbesondere von Naturstoffen, erwiesen. Die Woodward-Fieser-Regeln sind ein Inkrementsystem. Das heißt, zu einem Basiswert des Stammchromophores werden je nach Substitution, Substitutionsmuster und anderen strukturellen Parametern, sowie dem Lösungsmittel spezifische Inkremente addiert. Das nach den Woodward-Fieser-Regeln theoretisch berechnete Absorptionsmaximum λmax der π→π*-Bande stimmt in der Regel mit einer Genauigkeit von etwa ± 10 nm mit dem experimentell ermittelten Wert überein.
Robert Burns Woodward erforsche α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen und stellte die ursprünglichen Regeln auf:[1][2]
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Der Einfluss der Substituenten, und damit die Inkremente, ist positionsabhängig:
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Louis Frederick Fieser und Mary Fieser untersuchten Diosterole und ermittelten Regeln, um Vorhersagen für die Wellenlänge am Absorptionsmaximum λmax zu treffen. Zur Berechnung der Wellenlänge am Absorptionsmaximum von Dienen und Polyenen kann folgende Tabelle dienen:[4][5][6]
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Lösungsmittel haben praktisch keinen Einfluss auf die Wellenlänge und können daher vernachlässigt werden.
Stammchromophor 1,3-Butadien: Dien mit zwei konjugierten C=C-Doppelbindungen |
Heteroannulares Dien – zwei konjugierte C=C-Doppelbindungen auf zwei Ringe verteilt |
Homoannulares Dien – zwei konjugierte C=C-Doppelbindungen in einem Ring |
Heteroannulares Trien – drei konjugierte C=C-Doppelbindungen auf drei Ringe verteilt | |
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Stammchromophor (Dien): λmax | 217 nm | 214 nm | 253 nm | 214 nm |
zusätzliche Konjugation durch eine C=C-Doppelbindung im C-Ring des Steroids: je 30 nm | 0 nm | 0 nm | 0 nm | + 1 · 30 nm = 30 nm |
exocyclische Doppelbindung am *-markierten Kohlenstoffatom: je 5 nm | 0 nm | + 1 · 5 nm = 5 nm | + 1 · 5 nm = 5 nm | + 3 · 5 nm = 15 nm |
Alkylsubstituenten (markiert mit ----): je 5 nm | 0 nm | + 3 · 5 nm = 15 nm | + 3 · 5 nm = 15 nm | + 5 · 5 nm = 25 nm |
Summe = λmax (berechnet) | 217 nm | 234 nm | 273 nm | 284 nm |
λmax (gemessen, Steroide) | 217,5 nm[7] | 235 nm | 275 nm | 283 nm[8] |
Die Fieser-Regel gilt nur für kurze Polyene. Bei längeren π-Systemen, wie sie beispielsweise in Carotinen zu finden sind, weichen die theoretischen Werte stärker von den tatsächlichen Werten ab. Die Fieser-Kuhn-Regel kann diesen Fehler beheben. Nach ihr lässt sich die Wellenlänge am Absorptionsmaximum λmax sowie die Absorption εmax wie folgt berechnen:[9]