下列何種官能基可作為 UV-Vis之發色團（ chromophore ）？①OH ②COOH ③CHO ④CH3 ⑤NH2

本題觀念：

本題考查藥物分析光譜學中 發色團 (Chromophore) 與 助色團 (Auxochrome) 的定義與區別。

1. 發色團 (Chromophore)：

   • 定義：分子中含有不飽和鍵（$\pi$ 電子）的官能基，能吸收紫外光 (UV) 或可見光 (Vis) 產生電子躍遷（主要為 $\pi \to \pi^*$ 或 $n \to \pi^*$）。
   • 特徵：通常含有雙鍵或三鍵。
   • 常見例子：$\ce{C=C}$ (烯)、$\ce{C=O}$ (羰基，如酮、醛、酸)、$\ce{N=N}$ (偶氮)、$\ce{NO2}$ (硝基)、苯環等。

2. 助色團 (Auxochrome)：

   • 定義：本身在 UV 區通常沒有顯著吸收（或僅在遠紫外區吸收），但當其連接在發色團上時，因其具有未共用電子對 ($n$ 電子)，能與發色團的 $\pi$ 電子系統產生共軛效應，導致吸收波長變長（紅移, Bathochromic shift）並增強吸收強度（增色效應, Hyperchromic effect）。
   • 特徵：通常為飽和基團，且含有孤對電子 (Lone pair) 的雜原子。
   • 常見例子：$\ce{-OH}$ (羥基)、$\ce{-NH2}$ (胺基)、$\ce{-OR}$ (烷氧基)、$\ce{-Cl}$、$\ce{-SH}$ 等。

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選項分析

• ① $\ce{OH}$ (Hydroxyl group)：

  • 含有孤對電子 ($n$ 電子)，但在一般 UV 範圍 (>200 nm) 不具備特徵吸收。
  • 當它連接在苯環或其他共軛系統上時，會造成紅移。
  • 分類：助色團 (Auxochrome)。

• ② $\ce{COOH}$ (Carboxyl group)：

  • 結構中含有 $\ce{C=O}$ (羰基)。
  • $\ce{C=O}$ 雙鍵具有 $\pi$ 電子，可進行 $n \to \pi^*$ (約 200-210 nm) 及 $\pi \to \pi^*$ 躍遷。
  • 雖然其吸收波長較短，但因含有不飽和的羰基，定義上屬於發色團。
  • 分類：發色團 (Chromophore)。

• ③ $\ce{CHO}$ (Aldehyde group)：

  • 結構中含有 $\ce{C=O}$ (羰基)。
  • 醛類的 $\ce{C=O}$ 基團是經典的發色團，在 UV 光譜中通常於 280-300 nm 附近有弱吸收 ($n \to \pi^*$)，並在更短波長有強吸收 ($\pi \to \pi^*$)。
  • 分類：發色團 (Chromophore)。

• ④ $\ce{CH3}$ (Methyl group)：

  • 飽和烷基，僅含 $\sigma$ 鍵。
  • 其電子躍遷為 $\sigma \to \sigma^*$，吸收波長落在遠紫外區 (<150 nm)，在標準 UV-Vis 光譜範圍內視為透明。
  • 分類：既非發色團，通常也不視為典型的助色團 (雖有超共軛效應，但影響極微)。

• ⑤ $\ce{NH2}$ (Amino group)：

  • 含有孤對電子 ($n$ 電子)。
  • 類似於 $\ce{-OH}$，本身不產生特徵 UV 吸收，但連接在共軛體系（如苯環）上會顯著改變吸收波長。
  • 分類：典型的助色團 (Auxochrome)。

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答案解析

題目詢問何者可作為 發色團 (chromophore)。 根據上述分析：

• ② $\ce{COOH}$ 與 ③ $\ce{CHO}$ 皆含有不飽和的 $\ce{C=O}$ 鍵，具備吸收 UV 光的能力，屬於發色團。
• ① $\ce{OH}$ 與 ⑤ $\ce{NH2}$ 為助色團。

因此，正確組合為 ②③。

故本題答案為 (B)。

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核心知識點

考生應針對 紫外光-可見光光譜 (UV-Vis) 複習以下重點：

1. 基團分類記憶：

   • 發色團 (Chromophore)：含 $\pi$ 鍵不飽和基團。
     • 例：$\ce{C=C}$, $\ce{C=O}$ (醛、酮、酸、酯、醯胺), $\ce{NO2}$, $\ce{N=N}$, $\ce{C=N}$, 苯環。
   • 助色團 (Auxochrome)：含孤對電子 ($n$) 的飽和基團。
     • 例：$\ce{-OH}$, $\ce{-NH2}$, $\ce{-OR}$, $\ce{-SH}$, $\ce{-X}$ (鹵素)。

2. 電子躍遷類型：

   • $\sigma \to \sigma^*$：烷類 (能量最高，波長最短，<150 nm)。
   • $n \to \sigma^*$：含 N, O, S, X 的飽和化合物 (如醇、胺，波長約 150-200 nm)。
   • $\pi \to \pi^*$：烯、炔、羰基、芳香族 (能量中等，吸收強，UV 主要偵測區)。
   • $n \to \pi^*$：羰基 $\ce{C=O}$ (能量最低，波長最長，通常吸收較弱，如酮類在 280 nm 附近的吸收)。

3. 光譜位移術語：

   • 紅移 (Bathochromic shift)：波長變長 (向長波長移動)，通常由助色團或溶劑效應引起。
   • 藍移 (Hypsochromic shift)：波長變短。
   • 增色 (Hyperchromic)：吸收強度 ($\epsilon$) 增加。
   • 減色 (Hypochromic)：吸收強度 ($\epsilon$) 減少。

參考資料

1. Skoog, D. A., et al. Principles of Instrumental Analysis. Chapter on Molecular Absorption Spectrometry. (定義 Chromophore 與 Auxochrome)
2. Silverstein, R. M., et al. Spectrometric Identification of Organic Compounds. (官能基的 UV 吸收特性)
3. 114年第二次專技高考藥師考試試題 藥物分析學