3 - Métodos espectroscópicos folhetos

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20/03/2012
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MÉTODOS FÍSICOS 
APLICADOS À ANÁLISE DE 
FÁRMACOS
� Interações das radiações com as 
moléculas orgânicas:
� Ionização
� Excitação do sistema eletrônico
� Vibrações moleculares
� Rotações moleculares
� Obtenção de uma espectro de 
absorção
Representação esquemática do espectro de absorção de uma 
molécula (Adaptado de Rücker et al., 1992)
� De acordo com a região de comprimento de 
onda na qual o espectro é medido 
diferenciam-se:
� Espectros no ultravioleta (UV)
� Espectros no visível (Vis)
� Espectros no infravermelho (IV)
� Grandezas de medida utilizadas para a 
absorção de energia luminosa:
� Transmitância
� Absorbância
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� Lei de Lambert e Beer:
A absorbância é proporcional à concentração molar
c e a espessura da cubeta b (só é válida no caso
de luz monocromática e para soluções diluídas)
Construção básica de um espectrofotômetro de absorção 
(Adaptado de: Rücker et al., 1992)
Região do espectro eletromagnético utilizada na 
obtenção dos espectros de absorção
Excitação eletrônica e deformações moleculares (Adaptado de: Rücker et al., 
1992).
� Fornece informações sobre:
� o tipo e a localização de ligações químicas
� a presença de grupos funcionais
� Tipos de vibrações possíveis para uma molécula 
� Vibrações de esqueleto
 Vibrações localizadas:
• em torno do eixo de ligação: deformações axiais ou estiramentos 
• variações de ângulo: deformações angulares
ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO
Dica: observar animação no site:
� As vibrações só são registradas se ocorrer uma 
mudança na simetria da distribuição da carga 
(aparecimento de um campo elétrico que interage 
com a radiação).
� Ex.: Acetileno
Estiramentos simétricos (inativos)
Estiramentos assimétricos (3287 cm-1)
Estiramentos simétricos (inativos)
Deformações angulares simétricas 
(inativas)
Deformações angulares 
assimétricas (729 cm-1)
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� A localização de bandas de absorção no IV é
expressa em comprimento de onda (cm-1) e
tem sua intensidade classificada como forte
(s), média (m) ou fraca (w).
� Entre 4000 e 400 cm-1: vibrações mais
importantes das moléculas orgânicas
� Entre 4000 e 1450 cm-1: bandas
características dos grupos funcionais
� Entre 1450 e 650 cm-1: região das
impressões digitais; correspondem às
vibrações do esqueleto e caracterizam a
molécula como um todo.
Absorções caracterísitcas de 
alguns grupos funcionais no IV 
(Adaptado de: Rücker et al., 1992). 
Algumas bandas importantes no espectro de IV (Adaptado 
de: Beyer-Walter, 1991)
Espectro de infravermelho do ácido acético
Espectro de invravermelho da 2-butanona
ESPECTROSCOPIA NO ULTRAVIOLETA
� A absorção das molécula orgânicas leva à
transição de elétrons de orbitais ligantes para
orbitais vazios: a radiação absorvida provoca
transição entre os níveis de energia.
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� O comprimento de onda da absorção é uma
medida da distância existente entre os
níveis de energia.
� CROMÓFORO: Grupamento que absorve a
radiação, provocando a transição de
elétrons de um nível de energia menor para
um orbital com nível de energia superior.
� As espectroscopias no UV e no visível só são
adequadas para a caracterização de compostos
alifáticos insaturados e aromáticos.
� A medida que o cromóforo for aumentando, o
comprimento de onda da absorção também
aumenta, deslocando-se em direção ao visível. � ESPECTROMETRIA DE MASSAS
Representação esquemática de um espectrômetro de 
massas (Adaptado de: Rücker et al., 1992)
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� Potencial de ionização:
Energia do feixe de elétrons necessária para
a retirada de um elétron da molécula
orgânica (cerca de 10 eV).
� Energia de ionização normalmente
utilizada: 70 eV
� Os fragmentos formados são
registrados com um valor m/z (ou m/e) Espectro de massas do 5-metil-pentadecano (Adaptado de: 
Rücker et al., 1992)
� A fragmentação ocorre de tal modo que:
� os fragmentos formados tenham carga positiva
estabilizada por mesomeria ou efeitos indutivos
� haja eliminação de partículas neutras de baixa
energia
� hidrocarbonetos alifáticos: origina-se o
carbocátion mais estável:
CH2 CH2 C
CH3
CH3
CH2 CH2 + C
CH3
CH3
+
 e não: CH2 CH2 C
CH3
CH3
� A dupla ligação favorece a fragmentação em
posição alílica
� heteroátomos com um par de elétrons n
facilitam a fragmentação de ligação C-C vizinha
ao carbono que se liga a ele diretamente
CH CH CH2 CH2 CH CH CH2+ CH CH CH2
+
e não CH CH CH2 CH2
R X CH2 R X CH2+
- +R X CH2 R' R' + 
e não R X CH2 R'
.
� No caso de determinado fragmentos, podem
ocorrer rearranjos, levando à formação de íons
ainda mais estáveis:
a) Rearranjo de derivados benzílicos, com formação do
ion tropílio
b) Rearranjo de Mc Lafferty
CH2 X CH2X + + Rearranjo +
C
C
C
C
X
H
Yαβ
γ C
C β
γ
+
α
C
C
X
Y
H
X = CH2 , O, S, NR
Y = H, Alquila, OH, SH, SR, NH 2 , NHR, NR2 
c) Rearranjo de derivados da anilina, originando o ion
piridínio
� O pico de maior massa corresponde, na
maioria dos casos, ao pico do ion molecular,
e indica a massa molecular do composto
� O pico de maior intensidade do espectro:
pico base (por convenção 100 %)
OCH3
NH2
O
NH2
- CH3 - CO N
H
m/z 80
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� Utilização da espectrometria de
massas na análise de fármacos:
� permite conclusões sobre a composição
elementar e estrutura de uma substância
inédita
� na comprovação da identidade de uma
substância: através da comparação com um
padrão
� na análise quali e quantitativa de misturas
� na detecção da presença e análise de
isótopos
RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR
Estado menos energético 
(mais estável)
Estado mais energético 
(menos estável)
O fenômeno da ressonância
� Obtenção do sinal de ressonância:
� A ressonância magnética nuclear (RMN)
registra as interações entre os núcleos
atômicos e ondas eletromagnéticas da
freqüência das ondas de rádio, quando estes
são submetidos a um campo magnético
poderoso e homogêneo.
� Núcleos com momento magnético diferente
de zero comportam-se como pequenos imãs.
� Quando estes núcleos são submetidos a um
campo magnético externo, podem orientar-
se contra ou a favor do campo magnético:
� orientação a favor do campo: estado mais
estável, de menor energia.
� Orientação contrária ao campo: estado menos
estável, mais energético.
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� Quando a energia da radiação irradiada
corresponder à diferença entre dois níveis
de energia, o núcleo entra em ressonância
com o campo magnético ⇒ seu momento
magnético muda a orientação para aquela de
menor energia ⇒ uma corrente de indução
é gerada ⇒ registro na forma de sinal de
ressonância.
� Na RMN as diferenças energéticas não são
constantes moleculares, pois o campo
magnético externo encontra-se aumentado
ou diminuído devido à influência dos campos
magnéticos secundários induzidos pelos
elétrons ⇒ prótons com imediações
diferentes entram sucessivamente em
ressonância.
� 1H-RMN:
� Espectros obtidos com a amostra em solução
(CCl4, CDCl3, etc.)
� Escala: em δ = deslocamento químico
� Padrão interno TMS (é o zero da escala, por
convenção)
� Aparelhos: de diferentes potências: 60 - 600
MHz
� Os deslocamentos químicos se estendem sobre
um âmbito de 15 ppm.
� Tabela: Deslocamentos químicos de 1H-RMN
característicos de compostos orgânicos
importantes.
Tabela: deslocamentos químicos de 1H-RMN característicos de 
moléculas orgânicas (Adaptado de: Bayer-Walter et al. 1991).
� A localização de um sinal de ressonância no
espectro de RMN dá informações sobre a
vizinhança eletrônica do respectivo próton.
� A área do sinal informa a quantidade de
prótons que este representa.
� Ex.: espectro de 1H-RMN do p-butiltolueno (C11H26).
� Prótons ligados a carbonos vizinhos
apresentam interações magnéticas entre si,
e estas provocam a formação de fendas no
sinais de ressonância em dubletos,
tripletos, quartetos, etc. (Multiplicidade!!!)
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Espectro de 1H-RMN do etanol, para observação da 
multiplicidade
Espectro de 1H-RMN do metil-fenobarbital 
(Adaptado de: Auterhoff et al., 1991).
� 13C-RMN:
� Uitliza o isótopo do C disponívelna natureza na 
proporção de 1,1 %.
� Tabela: deslocamentos químicos característicos 
do espectro de 13C-RMN.
DIFRAÇÃO DE RAIOS-X
N
N
NHO
H
N
O
O
N
O
OH
Ergotamina