Química Orgânica III Docente Prof. Dicesar IDENTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS ONDA ELETROMAGNÉTICA Centro Universitário Padre Anchieta

Química Orgânica IIIDocente Prof.

Dicesar

IDENTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS

ONDA ELETROMAGNÉTICA

Centro Universitário Padre Anchieta


Espectroscopia e o Espectro Eletromagnético

A espectroscopia Infravermelho (IV), Ultra Violeta (UV) e a Ressonância Magnética Nuclear, apresentam diferenças em relação a Espectroscopia de Massa (MS):

MS – Envolve um feixe de elétrons de alta energia, que fragmentam a molécula, dando origem a cátions-radicais;

IV; UV; RMN: envolvem interações de moléculas com energia eletromagnética.

IDENTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOSEspectro EletromagnéticoOs diferentes tipos de radiação eletromagnética, como Luz visível, Raio X, Microondas, ondas de radio, compõe o “Espectro eletromagnético”.

OBS:

E λ E λ

Fundamentos:

A espectroscopia de absorção na região do infravermelho é uma técnica analítica qualitativa e quantitativa amplamente utilizada em laboratórios industriais de controle de qualidade e de pesquisa e desenvolvimento, e laboratórios de pesquisa acadêmica.

Como as demais técnicas espectroscópicas, ela pode ser usada para identificar um composto ou investigar a composição de uma amostra. fornecendo resultados rápidos e precisos.

INFRAVERMELHO (IV)Introdução

INFRAVERMELHO (IV)Introdução

A fim de se fazer medidas em uma amostra, um raio monocromático de luz infravermelha é passada pela amostra, e a quantidade de energia transmitida é registrada.

Operando ao longo de uma faixa de comprimentos de onda de interesse (normalmente 4000-400 cm-1) um gráfico pode ser construído, com "número de onda" em cm-1 no eixo horizontal e transmitância em % no eixo vertical.

OBS: Radiação (ou OBS: Radiação (ou luz) monocromática é a radiação produzida por apenas ) monocromática é a radiação produzida por apenas uma uma cor (em rigor, de apenas um (em rigor, de apenas um comprimento de onda). O termo ). O termo "monocromático" não é empregado para o "monocromático" não é empregado para o preto (ausência de cor/luz) ou o (ausência de cor/luz) ou o branco (soma de todas as cores).branco (soma de todas as cores).

As amostras líquidas podem ser prensadas entre duas placas de um sal de alta pureza como o cloreto de sódio.

Essas placas têm de ser transparente à luz infravermelha e, dessa forma, não introduzirem nenhuma linha no espectro da amostra.

Essas placas obviamente são bem solúveis em água, então as amostra, os reagentes de lavagem e o meio precisam ser anídros (isto é, sem água),

As placas usadas nos laboratórios de química orgânica são feitos de cloreto de sódio polido. Cloreto de sódio é escolhido porque é transparente à radiação infravermelha. Estas placas, são bastante caros, porque cada prato é cortado a partir de um cristal gigante único, pois eles são muito frágeis e sensíveis à umidade, incluindo a umidade em seus dedos.

INFRAVERMELHO (IV)Preparação da amostra

Um feixe de luz infravermelha é produzido e dividido em dois raios separados. Um passa pela a amostra, e o outro por uma referência que é normalmente a substância na qual a mostra está dissolvida ou misturada (solvente puro).

Ambos os feixes são refletidos de volta ao detector, porém primeiro eles passam por divisor que rapidamente alterna qual dos dois raios entra no detector.

Os dois sinais são comparados e então os dados são coletados.

INFRAVERMELHO (IV)Aparato típico

IDENTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOSComportamento dos compostos

Orgânicos ESPECTRO DE ABSORÇÃO

Figura: Espectro na região do IV

O espectro de absorção de compostos na região do IV são dispostos em número de onda(cm-1) x Quantidade de radiação transmitida (intensidade).

No topo do espectro a linha base corresponde a 100% de Transmitância (0% de Absorbância); e o pico decrescente significa que ocorreu absorção de energia naquele comprimento de onda.

A radiação absorvida, pode provocar nas ligações o estiramento ou uma deformação angular mais vigorosa no composto.


INFRAVERMELHO (IV) O IV indica os grupos funcionais presentes em uma molécula;

A região do IV no espectro eletrônico, cobre uma faixa que vai de 7,8x10-7m até 10-4m aproximadamente, mas para o compostos orgânicos a porção de interesse varia de 2,5x10-6m (2,5x10-4cm) até 2,5x10-5m (2,5x10-3cm).

O comprimento de onda no IV são dados em micrometro (1 μm = 10-6m) e a frequencia dada em Hz. O número de ondas (v) em cm-1

(O número de ondas é recíproco ao comprimento de ondas .

Todas as moléculas apresentam uma quantidade de energia distribuída pela sua estrutura, provocando estiramento (alongamento) e contração das ligações, e ainda a movimentação dos átomos para frente e para traz entre outros movimentos;


INFRAVERMELHO (IV)

Modos de Estiramento Modos de Deformação(no plano e fora do plano)


Interpretação dos Espectros na Região do IV

A interpretação de um espectro na região do IV é complexa, já que nas moléculas muito grandes ocorrem vários movimentos de estiramento e deformação. Porém existe uma região do espectro, chamada de REGIÃO DE IMPRESSÃO DIGITAL cujo comprimento de onda vai de 1500cm-1 até 400cm-1 .

Portanto para compostos “ditos idênticos”, basta interpretar somente parte do espectro, para diferencia-los; pois a maioria dos grupos funcionais possuem bandas de absorção característicos no IV.Exemplo: Os álcoois absorvem energia quase sempre na faixa de 3400cm-1 a 3650cm-1.

IDENTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS Absorção no IV de alguns grupos funcionais

IDENTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS Absorção no IV de alguns grupos funcionais


Divisão de absorção específica no IV entre 4000 a 400cm-1.

Na região de 4000 a 2500 – absorção por estiramento de ligações: N—H; O—H; C—H. (N—H; O—H de 3300 a 3660 e C—H próximo a 3000).

Na região 2500 a 2000 - absorção por estiramento de tripla ligação: RC≡N e C≡C (nitrilas e alcinos).

Na região de 2000 a 1500 – absorção de C=O; e C=C. onde 1680 a 1750 os grupos carbonílicos (C=O) e 1640 a 1680 os alcenos


a) Quando curta as ligações são mais fortes e vibram a alta energia e em maior frequencia, que as ligações mais fracas.

EXEMPLO: a tripla ligação de um alcinos, onde os carbonos estão mais próximos faz com que absorvam uma frequencia maior que alcenos e alcanos)

Interpretação dos Espectros na Região do IV

Os grupos funcionais absorvem em regiões diferentes:

Intensidade de absorção forte (Ligação mais forte)

Intensidade de absorção fraca (Ligação mais fraca)

b) As ligações tem sua intensidade absorção aumentada de acordo com os seus ligantes, ou seja, ligantes menores vibram mais rapidamente que ligantes maiores.

Exemplo: C—H; O—H, vibram em freqüências maiores que C—C; C=O etc.Intensidade de absorção forte

Intensidade de absorção fraca

IDENTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOSInterpretação dos Espectros na Região do IV dos HC.

Alcanos

Na região abaixo de 1500cm-1 há um grande número de absorções, devido a variedade de vibrações de ligações simples (C-C // C-O //C-N //C-X).

No espectro no IV dos alcanos, há poucas informações, já que nenhum grupo funcional está presente, e as absorções nessa região são devidas as ligações C—H e H—H.

As ligações C—H dos HC absorvem de 2850 a 2960 cm-1

As ligações C—C dos HC absorvem de 800 a 1300 cm-1

Figura. O espectro do hexano provavelmente se encontrará na região de impressão digital (entre 1500 e 400cm-1).


Ao alcenos apresentam absorções de estiramento: As vinílicas (=C-H) absorvem energia que varia 3020 e 3100 cm-1.

As ligações (C = C), absorvem energia que varia de 1640 a 1680 cm-1; Alcenos monosubstituidos (RCH = CH2), absorve energia entre 910 a 990 cm-1;

Alcenos disubstituidos (R2C = CH2), absorve energia abaixo de 890 cm-1

Interpretação dos Espectros na Região do IV dos HC Alcenos

Figura. O hex-1-eno é um alceno e portanto mostra uma absorção (C = C) em 1600 e outra vinílica em 3100 cm-1


Ao alcenos apresentam absorções de estiramento e portanto mostra uma absorção em 2100 a 2600 cm-1 para (C ≡ C) e outra para (≡C-H) em 3300 cm-1

Interpretação dos Espectros na Região do IV dos HC Alcenos

Figura. O hex-1-ino é um alcino e portanto mostra uma absorção em 2100 cm-1 para (C ≡ C) e outra para (≡C-H) em 3300 cm-1.


Os álcoois são reconhecidos pela presença do grupo funcional hidroxila (OH), no espectro IV são fáceis de serem reconhecidos por possuírem uma banda larga e intensa na região do espectro que varia de 3400 a 3650 cm-1.

Interpretação dos Espectros na Região do IV de alguns Grupos Funcionais

Álcoois

Número de onda cm-1

Fig.: 2-metil-prop-2-en-1-ol.

O—H

C—H

C=C

C-O=CH2


AminasOs aminas são reconhecidos por serem uma função nitrogenada, e que absorve energia numa faixa que varia de 3300 a 3500. Apesar de absorver energia no mesmo comprimento que os álcoois, seu pico é mais nítido e menos intenso. Exemplo: dietilamina:


AromáticosApresentam absorção de estiramento fraca na faixa de 3030 cm-

1 para a ligações C—H, e outros pontos de absorção mais fracas na faixa de 1660 a 2000 cm-1. Exemplo: Benzeno:

C—H 3030 cm-1 fraca

Anel 1660 a 2000 fraca 1450 a 1600 média


Carbonílicos: fáceis de identificar, pois apresentam picos nítidos e absorvem na faixa de 1670 a 1780 cm-1. Aldeídos saturados absorvem na faixa de 1730 cm-1. Aldeídos que próximos a dupla ligação ou anel benzênico absorvem próximo a 1705cm-1.

Cetonas de cadeia aberta saturadas cíclicas com anéis de seis carbonos absorvem em 1715 cm-1. Cetonas cíclicas saturadas com 5 carbonos absorvem em 1750 cm-1;

Cetonas próximas a dupla ligação ou anel aromático absorvem a 1690 cm-1

Fig. 2-metil-propanal

Espectroscopia Infravermelho (IV) / Exercícios 1 – Acetona e o Prop-2-en-1-ol, são isômeros. Como você faria para distingui-los por espectroscopia IV.

2 – Consultem a tabela de absorção no IV (apostila) e faça uma dedução a respeito dos grupos funcionais que as seguintes moléculas podem conter.a) Um composto com forte absorção a 1710 cm-1.

b) Um composto com forte absorção a 1540 cm-1.

c) Um composto com forte absorção a 1720 cm-1 e a 2500 a 3100cm-1.

3 – Como usar a Espectroscopia Infravermelho para distinguir entre os seguintes pares de isômeros: a) CH3CH2OH e CH3OCH3 b) ciclo-hexano e hex-1-eno


4 – O espectro IV do filacetileno. Quais são as bandas identificáveis.


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