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Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 MÉTODOS DE IDENTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS Profa. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra Silvania Maria Netto 2020 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INTRODUÇÃO Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INTRODUÇÃO Deformação axial Deformação angular Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Astronomia - Telescópios ▪ Revelam informações sobre o Universo; ▪ Objetos, como os centro de nossa galáxia, por exemplo, não podem ser vistos com radiação do visível porque as nuvens de poeira estão no caminho; ▪ No entanto, podem ser "vistos" através da luz infravermelha emitida. Fisioterapia ▪ Existem aquecedores infravermelhos que são usados para tratar lesões musculares; ▪ Os efeitos físicos do calor superficial são muitos e vale destacar elevação da temperatura local superficial, aumento do fluxo sanguíneo para a área aquecida, da drenagem linfática e venosa, da hiperemia, da vasodilatação das arteríolas e vasos capilares, e, ainda, diminuição do tônus muscular e espasmo muscular. INTRODUÇÃO Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Fotografia: Termografia ▪ A termografia é usada para determinar a temperatura relativa dos objetos, detectando a quantidade de radiação que ela produz; ▪ Os termogramas usam cristais sensíveis à luz para gerar informações elétricas que se convertem em uma imagem (visão noturna). Meteorologia: Satélites meteorológicos ▪ A tecnologia infravermelha é usada para determinar a temperatura da água, mapear padrões de nuvens e fazer previsões meteorológicas. INTRODUÇÃO Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INTRODUÇÃO ▪ O termo espectroscopia tem sido utilizado para designar métodos analíticos em que se estuda a interação de radiações eletromagnéticas com moléculas ou partículas: ▪ Espectrofotometria de absorção molecular ▪ Região do Visível ▪ Região do Ultravioleta ▪ Região do Infravermelho ▪ Fotometria de Chama (Emissão) ▪ Espectrofotometria de absorção atômica ▪ Tanto as radiações como as moléculas possuem, no entanto, energias características, cuja consequência é a propriedade de uma molécula absorver energia proveniente de uma radiação; ▪ O fenômeno, no entanto, não ocorre em todos os casos, mas somente naqueles onde a energia do fóton (sinônimo para radiação) for compatível com a energia da vibração molecular. Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos c hhE == E = energia h = constante de Planck (6,626x10-34 J s) = frequência c = velocidade da luz (2,998x108 m s-1) = comprimento de onda Baixa energia Alta energia ◼ Comprimento de onda e energia INTRODUÇÃO Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INTRODUÇÃO ▪ O espectro no infravermelho (IR) é baseado nas vibrações moleculares ▪ Mede diferentes tipos de vibrações entre átomos, de acordo com suas ligações interatômicas, observando-se absorção ou espalhamento dessa radiação ▪ Os fótons de infravermelho têm baixa energia, as únicas transições que têm diferenças de energia comparáveis são as vibrações e rotações moleculares. Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ UV/UV-Vis versus IR INTRODUÇÃO Ultravioleta/Ultravioleta-Visível Infravermelho Transições Eletrônicas Transições Vibracionais IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ O que ocorre quando uma amostra absorve energia UV/Vis? Excitação Eletrônica (tipicamente elétrons p e n) Eelectrônica aumenta momentaneamente ▪ O que ocorre quando uma amostra absorve energia IR? Deformações axiais e angulares (tipicamente em ligações covalentes) Evibração aumenta momentaneamente UV/Vis p p* amostra p → p* Transição IR -O-H -O (3500 cm-1) —H (200 nm) Interação matéria/energia INTRODUÇÃO Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Deformações axiais Estiramento simétrico Stretching Estiramento assimétrico Stretching Deformações angulares No plano Simétrica Tesoura Bending Assimétrica Balanço Rocking Fora do plano Assimétrica Agitação Wagging Simétrica Torção Twisting Animação MODOS VIBRACIONAIS http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Modo_wag.gif http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Modo_twist.gif http://www.chemtube3d.com/vibrationsH2O.htm Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos The IR regions of spectrum INFRAVERMELHO Designation Wavelength (m) Frequency (Hz) Wave number (cm–1) Transition Near IR Overtone region 0.78 ~ 2.5 1.2 ~ 3.8×1014 12,800 ~ 4,000 Molecular vibration Mid IR Fundamental region 2.5 ~ 50 6×1012 ~ 1.2×1014 4,000 ~ 200 Molecular vibration Conjugation region 2,500 ~ 2,000 Triple bond 2,000 ~ 1,540 Double bond Group frequency 4,000 ~ 1,300 Functional group Finger print region 1,300 ~ 650 Complete molecule Far IR 50 ~ 1000 3×1011 ~ 6×1012 200 ~ 10 Molecular rotation Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ O objetivo da espectroscopia de absorção no IR é a determinação dos grupos funcionais de um dado material. ▪ Cada grupo absorve em frequência característica de radiação na região do IR. Assim, um gráfico de intensidade de radiação versus frequência, permite caracterizar os grupos funcionais de um padrão ou de um material desconhecido ▪ Algumas das vantagens dessa técnica são a facilidade de preparação da amostra; a possibilidade do uso de amostras em filmes sólidos, amostras líquidas e gasosas; bem como o custo, o tamanho e a versatilidade do equipamento necessário para as análises. ▪ O preparo das amostras, em outras técnicas, necessitam de, por exemplo, dissolução, extração ou calcinação, e, ainda, podem demandar equipamentos muito caros. Um espectrofotômetro IR custa menos que a metade que um de raios X, por exemplo. IR spectrum of n-butanal INFRAVERMELHO Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Aplicações da Espectrometria no Infravermelho Identificação de grupos funcionais ▪ Grupos funcionais característicos Absorções típicas ▪ Identificação TOTAL de um composto por IR... Muito difícil Deve-se conhecer a proveniência do composto, suas propriedades químicas e características físicas Espectro no infravermelho Muito útil para indicar a presença de grupos característicos que absorvem entre 1400 e 4000 cm-1 INFRAVERMELHO Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra.Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ Átomos, ou os grupos atômicos nas moléculas, estão em movimento contínuo em relação um ao outro. Os espectros de IR originam-se dos modos de diferença de vibração e rotação de uma molécula, enquanto que as bandas de absorção UV-visíveis são principalmente decorrentes da transição eletrônica ▪ Para absorver a radiação IR, uma molécula deve sofrer uma alteração no momento dipolar como consequência de seu movimento vibracional ou rotacional. ▪ O momento dipolar é determinado pela diferença da magnitude da carga e pela distância entre os dois centros de carga ▪ A mudança no comprimento, ou ângulo de ligação, devido ao movimento vibracional ou rotacional deve causar uma alteração do momento dipolar da molécula ▪ Não ocorre mudança no momento dipolar durante a vibração ou rotação de espécies homonucleares como O2, N2 ou Cl2; consequentemente, tais compostos não podem absorver no IR Mesmo que a molécula não tenha dipolo permanente, pode ocorrer uma oscilação do dipolo que pode interagir com a radiação. ORIGEM do ESPECTRO de IR ▪ Os modos vibracionais que não envolvem uma mudança no do momento dipolar são ditos IR-inativos ▪Com exceção de alguns compostos desse tipo, todas as espécies moleculares apresentam atividade IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ A radiação infravermelha é em grande parte energia térmica ▪ Isso induz vibrações moleculares mais fortes em ligações covalentes, que podem ser vistas como molas que mantêm juntas duas massas ou átomos. Specific bonds respond to (absorb) specific frequencies k m1 m2 De acordo com este modelo, os átomos são representados por bolas de tamanho variável e as ligações são descritas como molas com elasticidades diferentes. = frequência k = constante para a força da ligação m1 e m2= massa de cada átomo = massa reduzida do sistema = (m1 * m2)/(m1+m2) ▪ A frequência vibracional da ligação deve aumentar com o aumento da força de ligação ▪ A frequência vibracional da ligação deve aumentar com a diminuição da massa reduzida do sistema VIBRAÇÕES MOLECULARES Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 150020002500300035004000 T ra n sm is si o n Wavenumber (cm-1) 4500 VIBRAÇÕES MOLECULARES Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ Uma molécula N átomos - 3N graus de liberdade (x, y, z) ▪ Para uma molécula não linear com N átomos, existem 3N-6 modos de vibração ▪ Para uma molécula linear com N átomos, existem 3N-5 modos de vibração H2O 3 átomos: 3 x 3 - 6 = 3 modos de vibração CO2 3 átomos: 3 x 3 - 5 = 4 modos de vibração O=C=O H-O-H H-O-H O=C=O VIBRAÇÕES MOLECULARES CO2 (cm -1) IR Estiramento (simétrico) 1340 Inativo Estiramento (assimétrico) 2349 Ativo Deformação 667 Ativo ▪ Para moléculas muito grandes e com diferentes tipos de ligação muitos modos de vibração espectros complexos Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ Cada tipo de vibração apresenta uma banda de absorção. No entanto, algumas vibrações têm mesma frequência ocorrendo a sobreposição ▪ Bandas no espectro vibração deve produzir uma radiação no momento dipolar da ligação que irá interagir com as ondas eletromagnéticas da luz provocando absorção ▪ Diferentes ligações químicas possuem diferentes frequências vibracionais ▪ O espectro no infravermelho indica a presença destes diferentes tipos de ligações nas moléculas. Vibrations and characteristic frequencies of acetaldehyde C-H bending 1460 cm–1 1365 cm–1 C-C stretching 1165 cm–1 C=O stretching 1730 cm–1 C-H stretching of CH3 2960 cm–1 2870 cm–1 C-H stretching of CHO 2720 cm–1 VIBRAÇÕES MOLECULARES Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Tipos de ligações facilmente detectáveis C – C, C – H, C – O, C – N, C – S, C – P, C – M, etc. C = C, C = O, C = N, C = S, S = O, N = O, C = P, etc. INFRAVERMELHO Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ Fonte de Radiação ▪ Área de amostras ▪ Combinador de Feixe ▪ Rede de Difração ▪ Detector Fonte Amostra Referência Combinador de Feixe Rede de Difração Detector Aquisição de dados A radiação IV é produzida por uma fonte aquecida eletricamente, usualmente um filamento de Nernst. O feixe de radiação produzido pela fonte é dividido por dois espelhos. Cada um dos feixes é focalizado na área de amostras com auxilio de outros dois espelhos. No compartimento, os feixes atravessam células, uma correspondendo a um material de referência e outra á amostra desconhecida. Obturadores montados no compartimento da fonte permitem bloquear um ou outro feixe. A área de amostras de um espectrofotômetro permite acomodar uma grande variedade de acessórios para a medida de gases, líquidos e sólidos. ESPECTRÔMETRO de IR https://www.youtube.com/watch?v=6Jo3AZd7NIk Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ESPECTROGRAMA Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos BRUKE TENSORTM Series Perkin ElmerTM Spectrum One ESPECTRÔMETRO de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ESPECTRÔMETRO de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos PREPARAÇÃO DE AMOSTRA amostragem anidra 26 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos PREPARAÇÃO DE AMOSTRA 27 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos PREPARAÇÃO DE AMOSTRAMétodo 1: filmes de nujol Comum para análise de amostras sólidas 28 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos PREPARAÇÃO DE AMOSTRAMétodo 1: filmes de nujol Comum para análise de amostras sólidas 29 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos PREPARAÇÃO DE AMOSTRAMétodo 1: filmes de nujol 30 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos PREPARAÇÃO DE AMOSTRAMétodo 1: filmes de nujol 31 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos PREPARAÇÃO DE AMOSTRAMétodo 2: pastilhas 32 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos PREPARAÇÃO DE AMOSTRAMétodo 2: pastilhas 33 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos deIdentificação de Compostos PREPARAÇÃO DE AMOSTRAMétodo 3: amostragem em solução 34 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos PREPARAÇÃO DE AMOSTRAMétodo 3: amostragem em solução 35 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHObons e maus exemplos... Um bom espectro de IV para o ferroceno / pastilhas de KBr 36 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHObons e maus exemplos... Excesso de amostra em pastilha de KBr 37 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHObons e maus exemplos... Excesso de nujol 38 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO ANTISIMÉTRICO SIMÉTRICO ESTIRAMENTOS (deformações axiais) 39 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO Scissoring DEFORMAÇÕES Rocking Wagging Twisting [simétrica dentro do plano] [assimétrica dentro do plano] [simétrica fora do plano] [assimétrica fora do plano] 40 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHOAs vibrações de deformação e estiramento ocorrem em frequências características. A energia absorvida pela radiação não altera a frequência, apenas a amplitude das vibrações Região de grupo funcional Região “impressão digital” ESTIRAMENTOS DEFORMAÇÃO (maioria)41 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO 1. Por que existem bandas mais intensas que as outras? Entre C=C e C=O, quem deve ter o pico mais intenso? 42 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO Lei de HOOKE Ligações fortes e átomos leves levam a números de onda (frequências) maiores 43 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO Ligações fortes e átomos leves levam a números de onda (frequências) maiores44 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Interpretação de espectros de IVAlgum grau de memorização Uso de tabelas Algumas horas de meditação... 45 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ Após incidir na referência e na amostra, a fração de radiação transmitida é comparada no fotômetro, a parte do aparelho responsável por indicar a diferença de energia entre amostra e referência, através da radiação pulsante ▪ O monocromador, dispersa a luz proveniente da fonte em diferentes comprimentos de onda. O dispositivo permite isolar bandas de comprimento de onda geralmente muito mais estreitas que as obtida por filtros, sendo formado por um elemento de dispersão, que pode ser um prisma ou uma rede de difração, junto com duas fendas estreitas que servem como aberturas de entrada e de saída de radiação ▪ Por meio de um movimento circular, a rede de difração focaliza no detector, um a um, todos os comprimentos de onda separadamente (4.000 cm-1, 3.999 cm-1, 3.998 cm-1, 3.997 cm-1), e assim sucessivamente até completar a varredura. O espectro final será semelhante ao da figura abaixo Picos aparecem nos valores 3260 cm-1, 1550 cm-1, 1080 cm-1 e 610 cm-1, onde a molécula absorve a radiação ESPECTRÔMETRO de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ Aplicação em Análise Qualitativa (Identificação de Compostos) ▪ O uso do IR, com NMR (Ressonância Magnética Nuclear) e MS (Espectrometria de Massa), na década de 1950 revolucionou a Química Orgânica ▪ Diminuiu o tempo para confirmar a identificação do composto 10-1000 vezes ▪ Esquema geral ▪ Determina os grupos funcionais presentes via frequência (~ 3600 cm-1 - 1200 cm-1) INFRAVERMELHO Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Bond Type of Compound Frequency cm-1 Intensity C-H Alkanes 2850-2970 Strong C-H Alkenes 3010-3095 675-995 Medium strong C-H Alkynes 3300 Strong C-H Aromatic rings 3010-3100 690-900 Medium strong 0-H Monomeric alcohols, phenols Hydrogen-bonded alchohols, phenols Monomeric carboxylic acids Hydrogen-bonded carboxylic acids 3590-3650 3200-3600 3500-3650 2500-2700 Variable Variable, sometimes broad Medium broad N-H Amines, amides 3300-3500 medium C=C Alkenes 1610-1680 Variable C=C Aromatic rings 1500-1600 Variable Alkynes 2100-2260 Variable C-N Amines, amides 1180-1360 Strong Nitriles 2210-2280 Strong C-O Alcohols, ethers,carboxylic acids, esters 1050-1300 Strong C=O Aldehydes, ketones, carboxylic acids, esters 1690-1760 Strong NO2 Nitro compounds 1500-1570 1300-1370 Strong ESPECTROMETRIA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ Região da maioria dos sinais de ligação simples ▪ Muitos têm frequências semelhantes, então afetam- se e mostram características padrão da estrutura esquelética geral de um composto ▪ A interpretação exata dessa região de espectros raramente é possível devido à complexidade Fingerprint Region Região de impressão digital (1200-700 cm-1) ESPECTROMETRIA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Feições de absorção no IR ESPECTROMETRIA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Contaminants Concn (ppm) Found (ppm) Relative error (%) Carbon Monoxide 50 49.1 1.8 Methylethyl ketone 100 98.3 1.7 Methyl alcohol 100 99.0 1.0 Ethylene oxide 50 49.9 0.2 chloroform 100 99.5 0.5 ▪ Aplicação em Análise Quantitativa ▪ Não apresenta a mesma precisão e exatidão como a UV-Vis ▪ Espectros são mais complexos com bandas mais estreitas ▪ Limitações dos instrumentos de IR (luz, detectores mais fracos) ▪ Difícil combinar células de referência e de amostra ▪ Vantagem potencial é boa seletividade, já que tantos compostos possuem espectros diferentes ▪ Uma aplicação comum é a determinação de contaminantes do ar ESPECTROMETRIA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO 52 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO 53 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO 54Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO 55 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO 56 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos INFRAVERMELHO 57 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ESPECTROSCOPIA VIBRACIONAL 58 INFRAVERMELHO ❑Variação periódica de momento dipolo elétrico ❑Policromático ❑4000 à 400 cm-1 RAMAN ❑Momento dipolo induzido ❑Monocromático ❑632 nm Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ▪ The spectrum is for a substance with an empirical formula of C3H5N. What is the compound? Nitrile (C≡N) or alkyne group (C≡C) No aromatics Aliphatic hydrogens C-H One or more alkane groups (C-C) ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Alkanes have no functional groups. Their IR spectrum displays only C-C and C-H bond vibrations. Of these the most useful are the C-H bands, which appear around 3000 cm-1. Since most organic molecules have such bonds, most organic molecules will display those bands in their spectrum. Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 5th ed. Pearson Education Inc., 2003 ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Besides the presence of C-H bonds, alkenes also show sharp, medium bands corresponding to the C=C bond stretching vibration at about 1600-1700 cm-1. Some alkenes might also show a band for the =C-H bond stretch, appearing around 3080 cm-1 as shown below. However, this band could be obscured by the broader bands appearing around 3000 cm-1 (see next slide) Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 5th ed. Pearson Education Inc., 2003 ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos This spectrum shows that the band appearing around 3080 cm-1 can be obscured by the broader bands appearing around 3000 cm-1. Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 6th ed. Pearson Prentice Hall Inc., 2006 ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 6th ed. Pearson Prentice Hall Inc., 2006 ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos In a manner very similar to alkynes, nitriles show a prominent band around 2250 cm-1 caused by the CN triple bond. This band has a sharp, pointed shape just like the alkyne C-C triple bond, but because the CN triple bond is more polar, this band is stronger than in alkynes. Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 6th ed. Pearson Prentice Hall Inc., 2006 ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos The most prominent band in alcohols is due to the O-H bond, and it appears as a strong, broad band covering the range of about 3000 - 3700 cm-1. The sheer size and broad shape of the band dominate the IR spectrum and make it hard to miss. Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 6th ed. Pearson Prentice Hall Inc., 2006 ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 6th ed. Pearson Prentice Hall Inc., 2006 Aldehydes and ketones ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos A carboxylic acid functional group combines the features of alcohols and ketones because it has both the O-H bond and the C=O bond. Therefore carboxylic acids show a very strong and broad band covering a wide range between 2800 and 3500 cm-1 for the O-H stretch. At the same time they also show the stake-shaped band in the middle of the spectrum around 1710 cm-1 corresponding to the C=O stretch. Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 6th ed. Pearson Prentice Hall Inc., 2006 ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos The most characteristic band in amines is due to the N-H bond stretch, and it appears as a weak to medium, somewhat broad band (but not as broad as the O-H band of alcohols). This band is positioned at the left end of the spectrum, in the range of about 3200 - 3600 cm-1. Primary amines have two N-H bonds, therefore they typically show two spikes that make this band resemble a molar tooth. Secondary amines have only one N-H bond, which makes them show only one spike, resembling a canine tooth. Finally, tertiary amines have no N- H bonds, and therefore this band is absent from the IR spectrum altogether. The spectrum below shows a secondary amine. Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 6th ed. Pearson Prentice Hall Inc., 2006 ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos The amide functional group combines the features of amines and ketones because it has both the N-H bond and the C=O bond. Therefore amides show a very strong, somewhat broad band at the left end of the spectrum, in the range between 3100 and 3500 cm-1 for the N-H stretch. At the same time they also show the stake-shaped band in the middle of the spectrum around 1710 cm-1 for the C=O stretch. As with amines, primary amides show two spikes, whereas secondary amides show only one spike. Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 6th ed. Pearson Prentice Hall Inc., 2006 ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos BASE VALUES (+/- 10 cm-1) These are the minimum number of values to memorize. O-H 3600 N-H 3400 C-H 3000 C ≡ N 2250 C ≡ C 2150 C=O 1715 C=C 1650 C - O ~1100 large range Table source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 6th ed. Pearson Prentice Hall Inc., 2006 ESPECTROGRAMA de IR Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos CH3CH2CH2CH2CH3 3000 cm-1 1470 - 1375 cm-1 2850-2960 cm-1 sat’d C-H Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos CH3CH2CH2CH2CH2CH3 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica deLiandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 2-methylbutane https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C78784&Type=IR-SPEC&Index=1#IR-SPEC Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 2,3-dimethylbutane https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C79298&Units=SI&Type=IR-SPEC&Index=2#IR-SPEC Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 1-butanol CH3CH2CH2CH2-OH C-O 1o 3200-3640 (b) O-H Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 2-butanol C-O 2o O-H Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos tert-butyl alcohol C-O 3o O-H Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 2-butanone C=O ~1700 (s) Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos C-H unsat’d or sat’d 1500 - 1600 benzene mono C9H12 – C6H5 = -C3H7 isopropylbenzene n-propylbenzene? Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos n-propylbenzene Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos isopropyl split 1385-1370 isopropylbenzene Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Qual é o composto? a) 2-pentanona b) 1-pentanol c) 1-bromopentano d) 2-methylpentano 1-pentanol C-H 2850-2970 O-H 3600-3200 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Bond Type of Compound Frequency cm-1 Intensity C-H Alkanes 2850-2970 Strong C-H Alkenes 3010-3095 675-995 Medium strong C-H Alkynes 3300 Strong C-H Aromatic rings 3010-3100 690-900 Medium strong 0-H Monomeric alcohols, phenols Hydrogen-bonded alchohols, phenols Monomeric carboxylic acids Hydrogen-bonded carboxylic acids 3590-3650 3200-3600 3500-3650 2500-2700 Variable Variable, sometimes broad Medium broad N-H Amines, amides 3300-3500 medium C=C Alkenes 1610-1680 Variable C=C Aromatic rings 1500-1600 Variable Alkynes 2100-2260 Variable C-N Amines, amides 1180-1360 Strong Nitriles 2210-2280 Strong C-O Alcohols, ethers,carboxylic acids, esters 1050-1300 Strong C=O Aldehydes, ketones, carboxylic acids, esters 1690-1760 Strong NO2 Nitro compounds 1500-1570 1300-1370 Strong Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos Qual é o composto? a) 1-bromopentano b) 1-pentanol c) 2-pentanona d) 2-metilpentano 2-pentanone C-H 2850-2970 C=O 1690-1760 C-H Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos EXERCÍCIOS Identifique os compostos a seguir... Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 1 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 2 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 3 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 4 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 5 Métodos de Identificação de Compostos Profa. Dra. Erica de Liandra Salvador Profa. Dra. Silvania M Netto 2022 Métodos de Identificação de Compostos 6