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Introdução à Espectroscopia no Infravermelho. Radiação Eletromagnética.

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Apresentação em tema: "Introdução à Espectroscopia no Infravermelho. Radiação Eletromagnética."— Transcrição da apresentação:

1 Introdução à Espectroscopia no Infravermelho

2 Radiação Eletromagnética

3 Espectro Eletromagnético

4 Infravermelho (IV) Infravermelho

5 Energia Todos os comprimentos de onda do espectro eletromagnético têm associados uma certa quantidade de energia, dada por: Onde: h = cte. Plank, c = vel. Luz, = comprimento de onda

6 Escala Comprimento de onda ( m = m Número de onda ( )

7 Escala A região do infravermelho se dá entre 4000 e 400cm -1. Energia varia de 4,8kJ.mol -1 a 48,0kJ.mol -1 Há interação entre a radiação e as moléculas

8 Absorção de Radiação A radiação eletromagnética pode interagir com a matéria, sendo assim absorvida. Exemplo: Transição eletrônica (radiação visível)

9 Efeito da Absorção no IV A radiação infravermelha quando absorvida, fornece energia suficiente apenas para alterar as vibrações entre os átomos em uma molécula. Exemplo: H-Cl

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11 Tipos de Vibração Existem um grande número de vibrações possíveis. As mais comuns são: –Estiramentos axiais: Estiramento simétrico Estiramento assimétrico –Deformação angular: Angular simétrica no plano (tesoura) Angular assimétrica no plano (balanço) Angular simétrica fora do plano (torção) Angular assimétrica fora do plano (abano)

12 Deformação axial simétrica/assimétrica

13 Angular simétrica no plano (tesoura)

14 Angular simétrica fora do plano (torção)

15 Angular assimétrica fora do plano (abano)

16 Angular assimétrica no plano (balanço)

17 Todos

18 Resultado da Absorção Quando uma molécula absorve a radiação Infravermelha, passa para um estado de energia excitado. A absorção se dá quando a energia da radiação IV tem a mesma freqüência que a vibração da ligação. Após a absorção, verifica-se que a vibração passa ter uma maior amplitude

19 Requisitos para Ocorrer Absorção no Infravermelho Nem toda molécula absorve no infravermelho. É necessário que o momento de dipolo da ligação varie em função do tempo Ligações químicas simétricas não absorvem no IV (Exemplos: H 2, Cl 2, O 2 )H 2

20 Moléculas Simétricas Verifica-se também que moléculas simétricas, ou praticamente simétricas também se mostrarão inativas no Infravermelho. Exemplos:

21 Equipamento

22 Utilidade Infravermelho Uma vez que cada tipo de ligação covalente apresenta uma diferente freqüência de vibração natural, então duas moléculas diferentes não deverão apresentar um idêntico comportamento de absorção no infravermelho, ou Espectro de Infravermelho

23 Uso da Espectroscopia no Infravermelho Determinar informações estruturais sobre uma molécula. As absorções de cada tipo de ligação,(p. ex. N-H; C-O; O-H; C-X; C=O;C-O; C-C; C=C; C C; C N), são comumente encontradas em uma pequena porção da região do infravermelho.

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25 Propriedades das Ligações Freqüência de vibração ( ) K = força corresponde

26 Efeito da Força de Ligação Em geral ligações triplas são mais fortes que ligações duplas que é mais forte que ligação simples Essa força corresponde ao parâmetro k da equação Assim, maior o k, maior a freqüência

27 Exemplos C CC = CC – C 2150cm cm cm -1 Aumentando k

28 Efeito das Massas A medida que o átomo ligado, por exemplo, a um átomo de carbono, aumenta em massa, a freqüência de vibração diminui Essas massas correspondem ao parâmetro na equação Assim, maior massa, menor frequência

29 Exemplos C-HC-CC-OC-ClC-BrC-I 3000cm cm cm cm cm cm -1 Aumentando

30 Movimento de Deformação O movimento de deformação se dá em menores energias (menor frequência) que um movimento estiramento típico, porque apresentam menores valores para a constante de força k. Exemplo: C – H (estiramento) C – H (deformação) ~ 300cm -1 ~1340cm -1

31 Efeito de Hibridização A hibridização afeta a constante de força, k. Ligações são mais fortes na ordem: sp > sp 2 > sp 3 e as freqüências observadas para as vibrações de C – H ilustram isso facilmente: sp sp 2 sp 3 C – H=C – H–C – H 3300cm cm cm -1

32 O Que Deve Ser Examinado? O equipamento produz um gráfico entre a intensidade de absorção versus o número de onda. Este gráfico corresponde ao Espectro de Infravermelho

33 Estiramento C-H sp 3 Estiramento C=O

34 Características das Absorções Num espectro deve ser observadas algumas características das bandas (picos) de absorção. Caracteriza-se pela Intensidade e forma –Quando uma absorção intensa e estreita aparece em 1715cm -1 é característico de estiramento de ligação C=O (carbonila)

35 Características das Absorções Só o número de onda pode não ser suficiente para caracterizar uma ligação. O C=O e C=C absorvem na mesma região do espectro de infravermelho, porém não se confundem! C = O 1850 – 1630cm -1 C = C 1680 – 1620cm -1

36 C=O C=C Enquanto a ligação C=O absorve intensamente, a ligação C=C, absorve apenas fracamente, evitando assim qualquer confusão

37 Características das Absorções No que se refere à forma, esta também é importante, pois pode caracterizar melhor uma ligação. Neste caso as regiões das ligações N – H e O – H se sobrepõem O – H cm -1 N – H cm -1

38 O-H C-H NH 2

39 Tabelas de Correlação

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45 Observações Diretas Os primeiros esforços devem permanecer na determinação da presença (ou ausência) de dos principais grupos funcionais. C=O; O–H; N–H; C–O; C=C; C C; C N Não tente analisar em detalhes as absorções ~3000cm -1.

46 Estratégias Use lista de itens para verificar seu composto 1.Uma carbonila está presente? O grupo C=O é identificado por uma absorção intensa na região de 1820 – 1660cm -1. Normalmente este é o pico mais intenso do espectro e ocorre no meio do espectro. 2.Se C=O está presente, confira os tipos a seguir (se estiver presente siga até o item 3)

47 Estratégias Ácidos O–H também está presente? - Absorção larga cm -1 Amidas Há também N–H? Absorção média em ~3400cm -1 ; às vezes um pico duplo com duas metades equivalentes

48 Estratégias ÉsteresTem C–O ? - Absorção intensa ~1300 – 1100cm -1 AldeídoHá C–H de aldeído? - Dois picos fracos de absorção ~2850 – 2750cm -1 Cetonas Se as demais forem eliminadas

49 Estratégias 3) Se C=O estiver ausente: Álcool, FenolVerificar O–H Confirmar encontrando C-O ~1300 – 1000cm -1 AminasChecar N–H Absorção média ~3400cm -1 ÉterObservar C-O e ausência de O-H

50 Estratégias 4. Ligações Duplas e/ou aromáticos - C=C dá uma absorção fraca ~ Absorção de média para forte cm -1 ; geralmente implica em um anel aromático - C-H aromático e vinílico aparecem à esquerda de 3000cm -1

51 Estratégias 5. Ligações Triplas - C N é uma absorção média, fina ~2250cm -1 - C C é uma absorção fraca, fina ~2150cm -1 - Verificar C-H acetilênico ~3300cm -1

52 Sugestão Concentre esforços na identificação dos picos principais, reconhecendo sua presença ou ausência.

53 C 8 H 18 Alcano CH 2 bend sp 3 C-H CH 3 bend Octano

54 C 6 H 12 1 insaturação = 1 alceno ou cicloalcano CH 2 bend sp 3 C-H Sem CH 3 bend Sem C=C stretch Ciclo-hexano

55 C 6 H 12 1 insaturação = 1 alceno ou cicloalcano C=C sp 3 C-H sp 2 C-H 1-hexeno

56 C 6 H 10 2 insaturações = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno cis C=C sp 3 C-H sp 2 C-H Ciclo-hexeno CH 2 bend

57 C 8 H 14 2 insaturações = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno CC sp 3 C-H sp C-H 1-octino C–H bend

58 C 8 H 14 2 insaturações = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno CC ? sp 3 C-H sp C-H ? 4-octino C–H Bend ?

59 C7H8C7H8 4 insaturações = verificar aromático tolueno sp 2 C-H Mono subst. oop Estiramento C=C aromático sp 3 C-H

60 C 10 H 14 4 insaturações = verificar aromático orto-dietilbenzeno sp 2 C-H orto subst. oop Estiramento C=C aromático sp 3 C-H

61 C 10 H 14 4 insaturações = verificar aromático sp 2 C-H meta subst. Estiramento C=C aromático sp 3 C-H meta subst. oop meta-dietilbenzeno

62 C 10 H 14 4 insaturações = verificar aromático sp 2 C-H para subst. Estiramento C=C aromático sp 3 C-H para subst. oop para-dietilbenzeno

63 C 6 H 14 O Sem insaturações CH 2 bend sp 3 C-H Estiramento O–H 1-hexanol C-O stretch CH 3 bend

64 C7H8OC7H8O 4 insaturações = verificar aromático sp 2 C-H para subst. Estiramento C=C aromático p-cresol Estiramento O–H C-O stretch para subst. oop

65 CH 2 bend sp 3 C-H Dibutil-éter C-O stretch CH 3 bend C 6 H 14 O Sem insaturações

66 CH 2 bend sp 3 C-H nonanal CH 3 bend C 9 H 18 O sp 2 C-H Aldeído C=O 1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) C=O sobretom

67 CH 2 bend CH 3 bend C=O sobretom 1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) sp 3 C-H 3-pentanona C 5 H 10 O

68 C=O 1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) Ácido isobutírico C 5 H 10 O sp 3 C-H O –H stretch. C-O stretch O-H oop

69 C=O sp 3 C-H C-O stretch 1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) Etil-butirato C 6 H 12 O 2

70 C=O C-N stretch propionamida C 3 H 7 NO NH 2 stretch N-H oop 1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)

71 C-N stretch N-H oop CH 2 bend CH 3 bend NH 2 bend sp 3 C-H NH 2 butilamina C 4 H 11 N

72 CN butironitrila C4H7NC4H7N

73 Exercício 1 Relacione cada uma estrutura química apresentada com um dos espectros de infra-vermelho a seguir

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76 Exercício 2 Considere as estruturas a seguir: Indique para cada uma, que picos de absorção são esperados e quais não


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