ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO NO ULTRAVIOLETA (1ª parte)

ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO NO ULTRAVIOLETA (1ª parte)
Análise Espectrométrica de Fármacos ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO NO ULTRAVIOLETA (1ª parte) Profa. Veni Maria Andres Felli 2014

ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
A luz visível, os raios gamas e as microondas são todas manifestação do mesmo fenômeno de radiação eletromagnética, apenas possuem diferentes comprimentos de onda

 = 400 – 800 nm ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
Faixa de absorção Efeito e informação deduzida Ultravioleta  = 190 – 400 nm Visível  = 400 – 800 nm Mudança nos níveis de energia eletrônica da molécula (característico de extensão dos sistemas de elétrons , presença de insaturação conjugada e conjugação com elétrons não-ligantes)

ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
E = h  = h c /  NA MOLÉCULA: E interna = E eletrônica + E vibracional + E rotacional translacional UV

Quando radiação, na faixa de UV, passa pela amostra ocorre absorção. b) a) Eo Eo

NÍVEIS DE ENERGIA ELETRÔNICA E TRANSIÇÕES POSSÍVEIS Níveis desocupados Nível ocupado Nível ocupado de mais alta energia (HOMO) Nível desocupado de menor energia (LUMO)

.. C = O: ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
A molécula tem vários tipos de ligações químicas: ..  C = O: n 

C - C ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL Alcanos  E  1/
Transição  * Requer alta energia E  1/  = 175 a 200 nm  C - C Energia

Álcoois, éteres, aminas e compostos de enxofre Moléculas saturadas com pares isolados de elétrons n  * Transições de energia alta, mas absorvem radiações dentro de faixa acessível experimentalmente Álcoois, amidas – 175 a 200 nm Tióis, sulfetos – 200 a 220 nm C - O - C C - NH2 Energia C - SH C - S - C

C = C C  C ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL Alcenos e alcinos
  * Energia maior, mas suas posições são sensíveis à presença de substituintes Alcenos  ~ 175 nm Alcinos  ~ 170 nm C  C Energia

Compostos carbonílicos n  * E  1/ = 280 a 290 nm  = 15   * ~ 188 nm  = 900 Energia

orbitais de energia molecular mais baixos desocupados (LUMO) Energia C-O C-S C-N C=O orbitais de energia molecular mais altos ocupados (HOMO) C=C C=O C-C

NÍVEIS DE ENERGIA ELETRÔNICA E TRANSIÇÕES POSSÍVEIS ∆ E  1/λ E   * em alcanos TRANSIÇÃO DE ALTA ENERGIA   nm   * em compostos carbonílicos n  * em halogênios, éter, tioéter, amino, hidróxi, etc. GRUPOS FUNCIONAIS COM PARES DE ELÉTRONS DESEMPARELHADOS    * em alcenos, compostos carbonílicos, alcinos, imino, azo compostos INSATURAÇÕES NA MOLÉCULA n  * em compostos carbonílicos E = h  = h c / 

RELAÇÃO ENTRE ENERGIA E COMPRIMENTO DE ONDA
E = h  = h c /  E  1/ E

Absorções típicas de cromóforos isolados

Exemplo de espectro Abs vs  Log  vs  Absorção no UV/VIS se deve ao grupo cromóforo

Exemplo de espectro Abs vs  Log  vs  A =  b c Absorções de alta intensidade mostram   104

APLICAÇÕES 1 - Amostra desconhecida: identificação 2 - Amostra conhecida: a) identificação b) quantificação c) atribuição 3 - Mistura: amostras conhecidas e desconhecidas 4 - Análise estrutural: a) distribuições eletrônicas b) presença /ausência de elementos estruturais característicos c) formação de ligações químicas, ponte de hidrogênio d) interações eletrônicas/atômicas através do espaço e) estereoquímica f) atividade ótica

APLICAÇÕES DA ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA E VISÍVEL
1 - IDENTIFICAÇÃO QUALITATIVA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS Característica do cromóforo e não da molécula completa b) Pode-se diferenciar sistemas conjugados a) Número de duplas ligações pode ser calculado A A  (nm)  (nm)

2 - DETERMINAÇÃO DA ESTRUTURA DE COMPOSTO DESCONHECIDO A – Identificar cromóforo B – Estimar a extensão da conjugação Observar Posição da banda ( máx.) Intensidadeda banda (A, %T,  ,log ) a) Banda de baixa intensidade: 10 >    máx = 270 a 350 nm Um cromóforo contendo elétrons n ( n *) banda fraca b) Muitas bandas, inclusive no visível: Composto com conjugação extendida c) Composto colorido: 4 ou 5 cromóforos ou axócromos    sistema aromático    cetona ,-insaturada ou um dieno

ESPECTRO DE ABSORÇÃO NO ULTRAVIOLETA
A (%T)  log  máx A = .b.c nm FATORES QUE DETERMINAM INTENSIDADE - concentração - absortividade FATORES DE DETERMINAM  máx. - cromóforo substituinte no cromóforo geometria do cromóforo solvente

3 – DETERMINAÇÃO DA PUREZA  ~ a 105 Pequena quantidade de impureza pode ser detectada 4 - DETERMINAÇÃO DE CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS Vitamina K através do UV foi descoberto sistema da -naftoquinona Vitamina B através do UV foram descobertos sistemas 4-metiltiazol (tiamina) e 2,5-dimetil-6-aminopiridina

5 - ANÁLISE QUANTITATIVA A =  . b . c A  concentração da amostra 6 - DETERMINAÇÃO DAS CONSTANTES DE DISSOCIAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES A A Absorbância em vários valores de pH  = 550 nm pK ~ 7,0 pH = 6 Forma básica pK X Forma ácida pH Comprimento de onda (nm)

7 - DETECÇÃO DE IMPEDIMENTOS ESTÉRICOS cis-estilbeno  máx = 278 nm  = Estericamente impedida trans-estilbeno  máx = 294 nm  = Coplanaridade facilitada

8 - ESTUDO DAS VELOCIDADES DE REAÇÃO (Acompanhando desaparecimento do reagente ou formação do produto)  (nm) Amáx

TOMADAS DE MEDIDAS ESPECTROMÉTRICAS
1 - Computadorizada (software específico para cada tipo de aparelho) 2 - Rápido tratamento de dados 3 - Expansão de determinadas regiões do espectro, permitindo informações detalhadas 4 - Espectro de diferença: subtração do solvente, impurezas desconhecidas 5 - “Soma” de espectros: diminui a intensidade do ruído de fundo e aumenta a razão sinal/ruído

LEI DE LAMBERT BEER Io I T = I/Io A = log 1/T A = log Io/I = bc ou  = A/bc Onde: A = absorbância Io = intensidade da luz incidente na cela I = intensidade da luz que sai pela cela c = conc. molar do soluto b = espessura da cela  = absortividade molar (propriedade da molécula)

LEI DE LAMBERT BEER Io I A = log Io/I = log Io – log I A = log log I absorvida incidente transmitida Logo: A = log I

 é característico de um composto em
ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL LEI DE LAMBERT BEER A = bc ou  = A/bc ou c = A/b Ex: UV da acetona em hexano  máx 187 nm (  = 900)  máx 270 nm (  = 15) Sendo c = 1,0 M b = 1,0 cm A1 = 900x1x1= 900 A2 = 15x1x1= 15  é característico de um composto em determinado comprimento de onda

INSTRUMENTAÇÃO Amostra Fonte de luz Monocromador Detector Espectrofotômetro ultravioleta/visível Fonte de luz = lâmpada de deutério (UV) e lâmpada de tungstênio (visível) Monocromador = rede de difração (separa feixe de luz nos comprimentos de onda) Detector = tubo fotomultiplicador ou diiodos (versão mais moderna)

Espectrofotômetro ultravioleta/visível Monocromador – rede de difração que espalha o feixe de luz em seus comprimentos de onda correspondente Um sistema de fendas foca o comprimento de onda desejado na cela com amostra A luz que passa pela cela atinge o detector que detecta a intensidade da luz transmitida Detector – geralmente um tubo fotomultiplicador ou um fotodiodo Instrumento de feixe duplo – a luz é dividida em 2 feixes: amostra e referência Celas - vidro ou quartzo (VIS) - quartzo (UV)

 = 230 nm ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
APRESENTAÇÃO DAS ABSORÇÕES a) b) A maior parte das indicações na literatura  = 230 nm cicloexano máx

EFEITO DO SOLVENTE 1 – Solvente deve ser transparente na região estudada

EFEITO DO SOLVENTE 2 – Efeito do solvente na estrutura fina de uma banda de absorção solvente apolar - semelhante ao produzido no estado gasoso solvente polar - ponte de H, perde estrutura fina Em etanol Em isooctano

EFEITO DO SOLVENTE Grau diferente para estado fundamental e excitado solvatação Altera os níveis de energia eletrônica de um cromóforo

SOLVATAÇÃO NAS TRANSIÇÕES    * ( - C = C -)
Em geral, o estado excitado é mais polar que o estado fundamental Solvente polar estabiliza mais o estado excitado E * *   SEM INTERAÇÃO DO SOLVENTE SOLVENTE POLAR E  1/  então  E    deslocamento batocrômico Ex: - C = C - C = C - (1,3-butadieno)  hexano = 217 nm  etanol >219 nm

SOLVATAÇÃO NAS TRANSIÇÕES n   * C = O
* * Interação com o solvente é maior no estado fundamental n n   SOLVENTE APRÓTICO SOLVATADO (ponte de H)  E    deslocamento hipsocrômico

DESLOCAMENTOS DAS ABSORÇÕES NO UV/VIS
Efeito Batocrômico: (Vermelho): mudança da absorção para maiores comprimentos de onda () devido a substituição ou efeito do solvente. Efeito Ipsocrômico: (Azul): mudança da absorção para menores comprimentos de onda () devido a substituição ou efeito do solvente. Efeito Hipercrômico: Aumento na intensidade da absorção. Efeito Hipocrômico: Diminuição na intensidade da absorção.

FATORES QUE AFETAM ABSORÇÃO NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL

FATORES QUE AFETAM ABSORÇÃO NO UV / VIS
EFEITO DA CONJUGAÇÃO NA ABSORÇÃO Efeito batocrômico Dimetilpolienos CH3-(CH=)n-CH3 (A) n=3, (B) n=4, (C) n=5

FATORES QUE AFETAM ABSORÇÃO NO UV / VIS
EEITO DA CONJUGAÇÃO NA ABSORÇÃO Efeito batocrômico

PRINCIPAIS TRANSIÇÕES E
RESPECTIVAS ABSORÇÕES

TRANSIÇÕES EM COMPOSTOS CONTENDO ELÉTRONS 
(etileno, alquino, carbonila, aromático, heteroaromático)

TRANSIÇÕES DE ALCENOS   *

ABSORÇÃO DE ALCENOS

ABSORÇÕES DE ALCENOS CONJUGADOS
Transições   * Banda K etileno vapor 2 ou mais =  ,  Alquila  Ciclização não afeta -Caroteno (11 duplas)

ABSORÇÕES DE ALCENOS Transições   * Banda K

ABSORÇÕES DE ALCENOS CONJUGADOS
Efeito batocrômico no butadieno

Regras para predizer as absorções de dienos
(Woodward e Fieser) 1 - SISTEMAS COM ATÉ QUATRO LIGAÇÕES Base para dieno heteroanelar (transóide): Base para dieno homoanelar (cisóide): Incrementos: Dupla ligação que estende a conjugação: Substituinte alquila ou resíduo anelar: Dupla ligação exocíclica (2ª dupla no anel) Grupos polares: OAc: OAlq : SAlq: Cl, Br: N (Alq)2:

ABSORÇÃO DE DIENOS CONJUGADOS
1 - Sistemas com até 4 duplas ligações  máx. = valor base + resíduos de anéis + duplas exocíclicas (cisóide) (transóide) Exemplo: colesta-3,5-dieno  = 214 (valor base) + 3x5 (resíduos) + 5 (2a dupla)  calc = 234 nm  obs = 235 nm

EXEMPLOS DE ABSORÇÕES DE DIENOS

EXEMPLOS DE DIENOS Ou 15 5 273

EXEMPLOS DE TRIENOS E POLIENOS

VITAMINA D3 em metanol 214 (base) 20 (4 res.) 10 (2 exo) 30 ( 1 ext.)
264 nm

ABSORÇÃO DE DIENOS CONJUGADOS (cont.)
2 - SISTEMAS COM MAIS DE 4 DUPLAS LIGAÇÕES  máx. = M + n(48,0 - 1,7n) - 16,5 R endo - 10,0 R exo  máx = (1,7 x 104 )n n = número de duplas conjugadas M = número de substituintes alquila no sistema conjugado R endo = número de anéis com duplas endocílicas conjugadas R exo = número de anéis com duplas exocíclicas conjugadas Exemplo:  máx. calc. = ( 8 ) + 11 ( 48,0 - 1,7 x 11) = 476 nm  obs. = 474 nm  máx. calc. = (1,7 x 104) 11 = 18,  máx. obs. = 18, nm (hexano)

máx. = M + n(48,0 - 1,7n) - 16,5 R endo - 10,0 R exo máx = X (48-1,7X11)-16,5X2= 453 nm máx = (1,7 x 104 )n máx = (1,7 X 104)11 = 18,

ABSORÇÃO DE POLIINOS CONJUGADOS (transição   * )
acetileno HC  CH vapor  2 bandas com estrutura fina  a primeira é extremamente fina

Obrigado!

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