Introduo Espectroscopia no Infravermelho

Radiao Eletromagntica

Espectro Eletromagntico

Infravermelho (IV)Infravermelho

Energia Todos os comprimentos de onda do espectro eletromagntico tm associados uma certa quantidade de energia, dada por:

Onde: h = cte. Plank, c = vel. Luz, l = comprimento de onda

EscalaComprimento de onda (l)

mm = 10-6m

Nmero de onda (n )

EscalaA regio do infravermelho se d entre 4000 e 400cm-1.

Energia varia de 4,8kJ.mol-1 a 48,0kJ.mol-1

H interao entre a radiao e as molculas

Absoro de RadiaoA radiao eletromagntica pode interagir com a matria, sendo assim absorvida.Exemplo:Transio eletrnica(radiao visvel)

Efeito da Absoro no IVA radiao infravermelha quando absorvida, fornece energia suficiente apenas para alterar as vibraes entre os tomos em uma molcula.Exemplo:H-Cl

Tipos de VibraoExistem um grande nmero de vibraes possveis. As mais comuns so:Estiramentos axiais:

Estiramento simtricoEstiramento assimtrico

Deformao angular:

Angular simtrica no plano (tesoura)Angular assimtrica no plano (balano)Angular simtrica fora do plano (toro)Angular assimtrica fora do plano (abano)

Deformao axial simtrica/assimtrica

Angular simtrica no plano (tesoura)

Angular simtrica fora do plano (toro)

Angular assimtrica fora do plano (abano)

Angular assimtrica no plano (balano)

Todos

Resultado da AbsoroQuando uma molcula absorve a radiao Infravermelha, passa para um estado de energia excitado.A absoro se d quando a energia da radiao IV tem a mesma freqncia que a vibrao da ligao.Aps a absoro, verifica-se que a vibrao passa ter uma maior amplitude

Requisitos para Ocorrer Absoro no InfravermelhoNem toda molcula absorve no infravermelho. necessrio que o momento de dipolo da ligao varie em funo do tempoLigaes qumicas simtricas no absorvem no IV (Exemplos: H2, Cl2, O2)

Molculas SimtricasVerifica-se tambm que molculas simtricas, ou praticamente simtricas tambm se mostraro inativas no Infravermelho.Exemplos:

Equipamento

Utilidade InfravermelhoUma vez que cada tipo de ligao covalente apresenta uma diferente freqncia de vibrao natural, ento duas molculas diferentes no devero apresentar um idntico comportamento de absoro no infravermelho, ou Espectro de Infravermelho

Uso da Espectroscopia no InfravermelhoDeterminar informaes estruturais sobre uma molcula.As absores de cada tipo de ligao,(p. ex. N-H; C-O; O-H; C-X; C=O;C-O; C-C; C=C; C C; C N), so comumente encontradas em uma pequena poro da regio do infravermelho.

Propriedades das LigaesFreqncia de vibrao (n)K = fora corresponde

Efeito da Fora de LigaoEm geral ligaes triplas so mais fortes que ligaes duplas que mais forte que ligao simplesEssa fora corresponde ao parmetro k da equao

Assim, maior o k, maior a freqncia

ExemplosC CC = CC C2150cm-11650cm-11200cm-1

Aumentando k

Efeito das MassasA medida que o tomo ligado, por exemplo, a um tomo de carbono, aumenta em massa, a freqncia de vibrao diminuiEssas massas correspondem ao parmetro m na equao

Assim, maior massa, menor frequncia

ExemplosC-HC-CC-OC-ClC-BrC-I3000cm-1 1200cm-1 1100cm-1 750cm-1 600cm-1 500cm-1

Aumentando m

Movimento de DeformaoO movimento de deformao se d em menores energias (menor frequncia) que um movimento estiramento tpico, porque apresentam menores valores para a constante de fora k.Exemplo:

C H (estiramento)C H (deformao)~ 300cm-1~1340cm-1

Efeito de HibridizaoA hibridizao afeta a constante de fora, k. Ligaes so mais fortes na ordem: sp > sp2 > sp3e as freqncias observadas para as vibraes de C H ilustram isso facilmente: sp sp2 sp3C H=C HC H3300cm-1 3100cm-1 2900cm-1

O Que Deve Ser Examinado?O equipamento produz um grfico entre a intensidade de absoro versus o nmero de onda. Este grfico corresponde ao Espectro de Infravermelho

Caractersticas das AbsoresNum espectro deve ser observadas algumas caractersticas das bandas (picos) de absoro.Caracteriza-se pela Intensidade e formaQuando uma absoro intensa e estreita aparece em 1715cm-1 caracterstico de estiramento de ligao C=O (carbonila)

Caractersticas das AbsoresS o nmero de onda pode no ser suficiente para caracterizar uma ligao. O C=O e C=C absorvem na mesma regio do espectro de infravermelho, porm no se confundem!

C = O 1850 1630cm-1C = C 1680 1620cm-1

C=OC=CEnquanto a ligao C=O absorve intensamente, a ligao C=C, absorve apenas fracamente, evitando assim qualquer confuso

Caractersticas das AbsoresNo que se refere forma, esta tambm importante, pois pode caracterizar melhor uma ligao.Neste caso as regies das ligaes N H e O H se sobrepem

O H 3640-3200cm-1N H3500-3300cm-1

O-HC-HC-HNH2

Tabelas de Correlao

Observaes DiretasOs primeiros esforos devem permanecer na determinao da presena (ou ausncia) de dos principais grupos funcionais.C=O; OH; NH; CO; C=C; C C; C NNo tente analisar em detalhes as absores ~3000cm-1.

EstratgiasUse lista de itens para verificar seu compostoUma carbonila est presente?O grupo C=O identificado por uma absoro intensa na regio de 1820 1660cm-1. Normalmente este o pico mais intenso do espectro e ocorre no meio do espectro.Se C=O est presente, confira os tipos a seguir (se estiver presente siga at o item 3)

EstratgiascidosOH tambm est presente?- Absoro larga 3400-2400cm-1AmidasH tambm NH?Absoro mdia em ~3400cm-1; s vezes um pico duplo com duas metades equivalentes

EstratgiassteresTem CO ?- Absoro intensa ~1300 1100cm-1AldedoH CH de aldedo?- Dois picos fracos de absoro ~2850 2750cm-1 CetonasSe as demais forem eliminadas

Estratgias3) Se C=O estiver ausente:lcool, FenolVerificar OH Confirmar encontrando C-O ~1300 1000cm-1AminasChecar NH Absoro mdia ~3400cm-1terObservar C-O e ausncia de O-H

Estratgias4. Ligaes Duplas e/ou aromticos- C=C d uma absoro fraca ~1650- Absoro de mdia para forte 1600-1450cm-1; geralmente implica em um anel aromtico- C-H aromtico e vinlico aparecem esquerda de 3000cm-1

Estratgias5. Ligaes Triplas- C N uma absoro mdia, fina ~2250cm-1- C C uma absoro fraca, fina ~2150cm-1- Verificar C-H acetilnico ~3300cm-1

SugestoConcentre esforos na identificao dos picos principais, reconhecendo sua presena ou ausncia.

C8H18AlcanoCH2 bendsp3 C-HCH3 bendOctano

C6H121 insaturao = 1 alceno ou cicloalcanoCH2 bendsp3 C-HSem CH3 bendSem C=C stretchCiclo-hexano

C6H121 insaturao = 1 alceno ou cicloalcanoC=Csp3 C-Hsp2 C-H1-hexeno

C6H102 insaturaes = 1 alcino ou cicloalceno ou um dienocis C=Csp3 C-Hsp2 C-HCiclo-hexenoCH2 bend

C8H142 insaturaes = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno CCsp3 C-Hsp C-H1-octinoCH bend

C8H142 insaturaes = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno CC ?sp3 C-Hsp C-H ?4-octinoCH Bend ?

C7H84 insaturaes = verificar aromticotolueno

C10H144 insaturaes = verificar aromticoorto-dietilbenzenoorto subst.oop

C10H144 insaturaes = verificar aromticometa-dietilbenzeno

C10H144 insaturaes = verificar aromticopara subst.ooppara-dietilbenzeno

C6H14OSem insaturaes CH2 bendsp3 C-HEstiramentoOH1-hexanolC-Ostretch CH3 bend

C7H8O4 insaturaes = verificar aromticop-cresolEstiramentoOHC-Ostretchpara subst.oop

CH2 bendsp3 C-HDibutil-terC-Ostretch CH3 bendC6H14OSem insaturaes

CH2 bendsp3 C-Hnonanal CH3 bendC9H18OC=O1 insaturao (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)

CH2 bend CH3 bendC=O1 insaturao (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)sp3 C-H3-pentanonaC5H10O

C=O1 insaturao (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)cido isobutricoC5H10OC-OstretchO-Hoop

C=Osp3 C-HC-Ostretch1 insaturao (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)Etil-butiratoC6H12O2

C=OC-NstretchpropionamidaC3H7NON-Hoop1 insaturao (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)

C-NstretchN-Hoop CH2 bend CH3 bend NH2 bendsp3 C-HbutilaminaC4H11N

CNbutironitrilaC4H7N

Exerccio 1Relacione cada uma estrutura qumica apresentada com um dos espectros de infra-vermelho a seguir

Exerccio 2Considere as estruturas a seguir:

Indique para cada uma, que picos de absoro so esperados e quais no

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