Introdução à Espectroscopia no Infravermelho

Apresentação em tema: "Introdução à Espectroscopia no Infravermelho"— 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, l = comprimento de onda

6 Escala Comprimento de onda (l) mm = 10-6m Número de onda (n )

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

10

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: H2, Cl2, O2)

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.

24

25 Propriedades das Ligações
Freqüência de vibração (n) 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 C C = C C – 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 m na equação Assim, maior massa, menor frequência

29 Exemplos C-H C-C C-O C-Cl C-Br C-I Aumentando m
3000cm cm cm cm cm cm-1 Aumentando m

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 > sp2 > sp3 e as freqüências observadas para as vibrações de C – H ilustram isso facilmente: sp sp sp3 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 sp3 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 – 1630cm-1 C = C – 1620cm-1

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

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 C-H C-H NH2 O-H

39 Tabelas de Correlação

40

41

42

43

44

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
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. 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? Amidas Há também N–H?
- 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 Ésteres Tem C–O ? - Absorção intensa ~1300 – 1100cm-1
Aldeído Há 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, Fenol Verificar O–H
Confirmar encontrando C-O ~1300 – 1000cm-1 Aminas Checar N–H Absorção média ~3400cm-1 Éter Observar C-O e ausência de O-H

50 Estratégias 4. Ligações Duplas e/ou aromáticos
- C=C dá uma absorção fraca ~1650 - 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 Alcano CH3 bend CH2 bend Octano sp3 C-H C8H18

54 Ciclo-hexano 1 insaturação = 1 alceno ou cicloalcano Sem CH3 bend
Sem C=C stretch CH2 bend Ciclo-hexano sp3 C-H C6H12

55 1-hexeno 1 insaturação = 1 alceno ou cicloalcano sp2 C-H C=C sp3 C-H

56 Ciclo-hexeno 2 insaturações = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno
cis C=C CH2 bend sp2 C-H Ciclo-hexeno sp3 C-H C6H10

57 1-octino 2 insaturações = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno C≡C ≡C–H
bend sp C-H 1-octino sp3 C-H C8H14

58 4-octino 2 insaturações = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno C≡C ?
≡C–H Bend ? sp C-H ? sp3 C-H 4-octino C8H14

59 Estiramento C=C aromático
4 insaturações = verificar aromático Mono subst. sp2 C-H sp3 C-H Estiramento C=C aromático Mono subst. oop tolueno C7H8

60 Estiramento C=C aromático
4 insaturações = verificar aromático orto subst. sp2 C-H Estiramento C=C aromático orto subst. oop sp3 C-H orto-dietilbenzeno C10H14

61 Estiramento C=C aromático
4 insaturações = verificar aromático meta subst. sp2 C-H Estiramento C=C aromático sp3 C-H meta subst. oop meta-dietilbenzeno C10H14

62 Estiramento C=C aromático
4 insaturações = verificar aromático para subst. sp2 C-H para subst. oop Estiramento C=C aromático sp3 C-H para-dietilbenzeno C10H14

63 1-hexanol Sem insaturações CH3 bend CH2 bend C-O Estiramento sp3 C-H
stretch Estiramento O–H sp3 C-H 1-hexanol C6H14O

64 Estiramento C=C aromático
4 insaturações = verificar aromático para subst. sp2 C-H para subst. oop Estiramento O–H C-O stretch Estiramento C=C aromático p-cresol C7H8O

65 Dibutil-éter Sem insaturações CH3 bend CH2 bend C-O sp3 C-H stretch
C6H14O

66 nonanal 1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) C=O sobretom
CH3 bend sp2 C-H Aldeído CH2 bend C=O sp3 C-H nonanal C9H18O

67 3-pentanona 1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) C=O
sobretom CH3 bend CH2 bend sp3 C-H C=O 3-pentanona C5H10O

68 Ácido isobutírico 1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
sp3 C-H O-H oop O –H stretch. C-O stretch C=O Ácido isobutírico C5H10O

69 Etil-butirato 1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) sp3 C-H
stretch C=O Etil-butirato C6H12O2

70 propionamida 1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) N-H oop
stretch C-N stretch C=O propionamida C3H7NO

71 butilamina C-N stretch NH2 bend CH3 bend NH2 CH2 bend N-H oop sp3 C-H

72 C≡N butironitrila C4H7N

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

74

75

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