aula 3 - infravermelho 2022.2

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INFRAVERMELHO
QUÍMICA ORGÂNICA IV
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA
CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
Capítulo 1
Fundamentação 
Teórica
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA
CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
3
Infravermelho
VIBRAÇÕES MOLECULARES
A radiação IV causa alteração nos modos rotacionais e
vibracionais das moléculas.
é transformada 
em energia 
vibracional 
Entre 10000 e 100 cm-1 Abaixo de 100 cm-1
é convertida em 
energia de rotação 
molecular.
4
Infravermelho
INTRODUÇÃO
14
29
0 
e
 2
00
 c
m
-1
IV próximo 
(14.290 a 4.000 cm-1)
IV distante 
(50 a 1.000 mm)
Análise 
quantitativa de 
amostras com 
matrizes 
complexas
IV médio 
(4.000 a 400 cm-1)
Região mais 
utilizada pelos 
Químicos 
Orgânicos
5
Infravermelho
Modelo clássico
Uma molécula diatômica pode ser
comparada com um sistema formado por
esferas de massas m1 e m2 representando
os átomos, unidas por uma ligação com
propriedades parecidas com as de uma
mola, cuja constante de força seja f.
VIBRAÇÕES MOLECULARES
6
Infravermelho
VIBRAÇÕES MOLECULARES
 
)/()(2
1
2/1
2121








mmmm
f
c
v

Equação derivada da lei de Hooke:
em que:

 = número de onda (cm-1)
c = velocidade da luz (cm s-1);
f = constante da força de ligação (dina cm-1); e
m1 e m2 = massas dos átomos (g).
Equação 1.5
calcula o valor 
aproximado do 
número de onda 
de absorção de 
determinada 
ligação.
7
Infravermelho
VIBRAÇÕES MOLECULARES
Os efeitos das constantes de força são observados nos
seguintes casos:
C C C C C C
= 2150 cm-1
_
= 1200 cm-1 (valores médios)
_
= 1650 cm-1
_
sp sp2 sp3
C H C H C H
=3300 cm-1
_
= 3080 cm-1
_
= 2950 cm-1 (valores médios)
_
8
Infravermelho
Constantes de força para algumas ligações
9
Infravermelho
VIBRAÇÕES MOLECULARES
Ex. Estimar a vibração fundamental de estiramento de
uma ligação O–H que tem uma constante de força, K =
7,6 × 105 dinas/cm.:
10
Infravermelho
VIBRAÇÕES MOLECULARES
Ex. A vibração de estiramento da carbonila de trans-2-
hexenal aparece em 1669 cm−1 (5,99 μm). A partir desta
informação, estime a constante de força da ligação C=O.
11
Infravermelho
VIBRAÇÕES MOLECULARES
• A absorção da radiação infravermelha somente ocorre
quando resulta na variação do momento de dipolo da
molécula.
12
Infravermelho
NÚMERO E INTENSIDADE DAS BANDAS DE ABSORÇÃO
De modo geral:
As vibrações de estiramento resultam em bandas mais intensas do que
aquelas de deformações angulares.
Grupos funcionais formados por átomos com grande diferença de
eletronegatividade, como carbonila, hidroxila, amino etc., geralmente
darão origem a bandas de absorção intensas.
Composto carbonílico Álcool
C OR2 
R3
R1

C O
R2
R1  

Figura 1.9 - Dipolos permanentes em compostos carbonílicos e álcoois.
13
Infravermelho
Intensidade da banda da Carbonila
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
0
20
40
60
80
100
F
E
D
C
A
B
T
ra
ns
m
itâ
nc
ia
 / 
%
Número de ondas / cm-1Número de onda/cm-1
Tr
an
sm
itâ
nc
ia
/%
Figura 4.33 - Isobutil metil cetona (filme líquido, NaCl).
C: 1715 cm-1,  C=O.
 C=O
14
Infravermelho
Intensidade da banda de OH
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
20
40
60
80
100
Número de Onda / cm-1
F
E
D
C
B
A
 
T
ra
n
sm
itâ
n
ci
a
 / 
%
Figura 4.15 - Octan-1-ol (filme líquido, NaCl). 
A: 3328 cm-1,  O-H participando de ligação de hidrogênio. 
 O-H
15
Infravermelho
Fatores que podem complicar a interpretação de um espectro de IV:
1. Bandas harmônicas: aparece quando a transição a transição ocorre
de  = 0 para outros níveis de energia diferente de 1 (= 2, 3, 4 etc).
harmônica
fundamental
16
Infravermelho
Banda harmônica
Hex-1-eno (filme líquido, KBr).
Banda C: 1820 cm-1, harmônica da banda em 910 cm-1.
harmônica
fundamental
17
Infravermelho
NÚMERO E INTENSIDADE DAS BANDAS DE ABSORÇÃO
Fatores que podem complicar a interpretação de um espectro de IV:
2. Bandas de combinação: Ocorrem quando duas bandas fundamentais
que absorvem em 1 e 2 se combinam. A banda resultante aparecerá
em número de onda igual à soma de 1 e 2.
 
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
G
F
E
D
C
B
A
T
ra
n
sm
itâ
n
ci
a 
/ %
Número de ondas / cm-1
C: 2000-1667 cm-1, bandas 
harmônicas e de combinação.
Tolueno (filme líquido, NaCl). 
18
Infravermelho
NÚMERO E INTENSIDADE DAS BANDAS DE ABSORÇÃO
Fatores que podem complicar a interpretação de um espectro de IV:
3. Ressonância de Fermi: Ocorre quando uma banda harmônica ou de
combinação tem a mesma frequência, ou frequência muito
semelhante, à de uma banda fundamental.
 Observa-se duas bandas, de mesma intensidade, aparecendo muito
próximas, quando apenas uma seria esperada entre elas.
19
Infravermelho
Ressonância de Fermi
 Nos espectros de aldeídos ocorrem duas bandas de intensidade média a
fraca nas regiões 2830-2810 cm-1 e 2740-2650 cm-1.
 A presença dessas duas bandas é atribuída à ressonância de Fermi entre a
vibração de estiramento da ligação C-H e a primeira harmônica da banda de
deformação angular da ligação C(O)-H que ocorrem em 1390 cm-1.
20
Infravermelho
NÚMERO E INTENSIDADE DAS BANDAS DE ABSORÇÃO
Fatores que podem complicar a interpretação de um espectro de IV:
4. Bandas de acoplamento: Ocorrem comumente entre estiramento C-C,
estiramento C-O, estiramento C-N, estiramento C-H, balanço e
movimentos tipo “abanando” de C-H. Um outro requerimento é que seja
fortemente acoplada e o movimento deve estar na mesma parte da
molécula.
O estiramento da ligação C-O de álcoois e fenóis - região de 1250-1000 cm-1.
O modo de vibração da ligação C-O acopla-se à vibração da ligação C-C adjacente,
resultando em alteração na posição dessa banda. Para um álcool primário, essa vibração
seria descrita como sendo devida ao estiramento da ligação C-C-O.
- Álcoois primários absorvem na região de 1085-1030 cm-1,
- Álcoois secundários em 1125-1085 cm-1,
- Álcoois terciários em 1205-1125 cm-1
- Fenóis em 1260-1180 cm-1.
21
Infravermelho
Fatores que podem complicar a interpretação de um espectro de IV:
Muitas vezes, nem todas as vibrações previstas são observadas no
espectro no IV, devido aos seguintes fatores:
• A absorção pode ser muito fraca para ser observada.
• A absorção pode coalescer com outra absorção.
• A absorção pode ocorrer fora da região do espectro.
Por exemplo, a vibração de estiramento C–I aparece entre
602–500 cm−1, fora do alcance de alguns instrumentos IV.
• Duas ou mais absorções podem ser degeneradas (da mesma energia),
ocorrendo, assim, na mesma frequência.
• Pode não haver mudança líquida (ou muito pouca alteração) no momento
dipolar da ligação durante a vibração.
22
Infravermelho
MÉTODOS DE PREPARO DE AMOSTRAS
• Espectros no IV de amostras sólidas, líquidas e
gasosas, podem ser obtidos por dois métodos:
Transmissão
Reflectância
23
Infravermelho
INSTRUMENTAÇÃO
24
Infravermelho
INSTRUMENTAÇÃO
25
Infravermelho
Obtendo um espectro no IV pelo método interferométrico
Figura 2.3 - Obtenção de um espectro no infravermelho pelo método interferométrico: (A) o
interferograma da fonte de radiação (background), transformado por meio de uma transformação de
Fourier no espectro e salvo no computador; (B) a amostra é, então, colocada no local adequado no
equipamento e o procedimento repetido; e (C) o espectro do background é subtraído do espectro na
amostra.
26
Infravermelho
MÉTODOS DE PREPARO DE AMOSTRAS
• ACESSÓRIOS PARA TRANSMISSÃO
27
Infravermelho
TIPOS DE AMOSTRAS
AMOSTRAS SÓLIDAS: PASTILHAS EM KBr
Prensa 
hidráulica
Prensa 
manual
28
Infravermelho
Material Limite de 
utilidade (cm-1)
Ind. de 
refração
Propriedades*
NaCl 650 149 Solúvel em água, glicerina e etanol; ligeiramente solúvel em éter
dietílico; baixa resistência mecânica a choque térmico.
KCl 400 1,46 Propriedades muito semelhantes às do NaCl, sendo menos solúvel em
água e mais higroscópico.
KBr 400 1,52 Solúvelem água, glicerina e etanol; ligeiramente solúvel em éter
dietílico; baixa resistência mecânica e a choque térmico.
CaF2 900 1,39 Insolúvel em água; resistente a ácidos e bases; sensível a soluções de sais
de NH4+.
BaF2 800 1,52 Insolúvel em água; solúvel em ácido e NH4Cl; sensível a choques
mecânico e térmico.
CsI 200 1,74 Solúvel em água e etanol; macio; muito higroscópico.
AgBr 285 2,20 Insolúvel em água; fotossensível.
ZnS 
Irtran-2
720 2,20 Insolúvel na maioria dos ácidos e outros solventes, e resistente a choque
térmico.
* Solubilidade em g/100 mL de água a 20 oC
TABELA 2.1 - PROPRIEDADES DE ALGUNS MATERIAIS UTILIZADOS EM 
CÉLULAS PARA ESPECTROSCOPIA NO IV POR TRANSMISSÃO
Capítulo 4
Absorções de 
Grupos 
Funcionais 
Comuns
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA
CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
30
Infravermelho
ALCANOS E GRUPOS ALQUILA
Vibrações de 
estiramento C-H 
e C-C
Deformação 
angular de 
ligações C-C-C
•Estiramento de C-H: 
3000-2850 cm-1
•Estiramento de C-C
(vibrações esquele-
tais): 1260-700 cm-1
Vibrações de 
deformação 
angular C-C-C e
H-C-H
•Deformação angular de 
C-H: 1450-1365 cm-1.
•Deformação angular 
tipo balanço: em torno 
de 720 cm-1 (> 4 CH2).
Abaixo de 600 cm-1
31
Infravermelho
32
Infravermelho
Bandas de deformação angular para compostos 
contendo grupos isopropil e tert-butil
•Para o grupo isopropil e gem-dimetil, duas bandas de mesma intensidade:
o em 1385 cm-1 (ligeiramente menor)
o em 1365 cm-1.
•Para o grupo tert-butil, duas bandas com intensidades diferentes:
oem 1365 cm-1 (bem mais intensa)
oem 1390 cm-1.
1390
A B C D
Figura 4.4 - Exemplos
típicos estilizados dos
formatos das bandas de
deformação angular
simétrica de grupo (A)
metila; (B) e (C) grupo
gem-dimetil (incluindo iso-
propil) e (D) grupo tert-butil.
33
Infravermelho
http://sdbs.db.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi
34
Infravermelho
Espectro no infravermelho do 2,2,4-trimetilpentano.
A: 2952 cm-1, as CH3; 2901 cm-1, as CH2; 2871 cm-1, s CH3; 2847 cm-1, s CH2.
B: 1469 cm-1, s CH2 e as CH3; 1385 e 1365 cm-1, CH3 devido ao grupo t-butila.
As bandas devidas ao grupo isopropila aparecem sobrepostas a essas.
C: bandas de deformação esqueletal na região de impressão digital.
D: observa-se a ausência da banda em 721 cm-1 devido a r [CH2]n, n≥4.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
0
20
40
60
80
100
120
Número de ondas / cm-1
 
D
C
B
A
T
ra
ns
m
itâ
n
ci
a
 / 
%
CH3-C-CH2CHCH3
CH3
CH3 CH3
35
Infravermelho
Espectro no infravermelho do pentadecano. A: 2957 cm-1, as
CH3; 2923 cm-1, as CH2; 2871 cm-1 , s CH3; 2853 cm-1,s CH2. 
B: 1466 cm-1, s CH2; 1458 cm-1, as CH3; 1377 cm-1 , s CH3. 
C: 721 cm-1 , rCH2.
36
Infravermelho
Alcanos cíclicos não ramificados não mostram absorções em 
1385–1365 cm–1
37
Infravermelho
ALQUENOS
Estiramento e 
deformação angular 
de ligação Csp3-H (de 
grupos CH3, CH2, CH)
Deformação angular 
de ligação Csp2-H:
no plano (np =C-H) e 
fora do plano (g =C-H)
Estiramento de ligação 
Csp2-H ( =C-H) e 
estiramento de ligação 
C=C ( C=C)
Estiramento de ligação C=C: 
• de 1680-1620 cm-1.
• Ausente nos espectros dos alquenos simétricos.
• Fraca nos de alquenos quase simétricos.
•Variam em função do padrão de substituição da 
ligação dupla.
Vinil, vinilideno e
alquenos cis absorvem
<1650 cm-1.
Alquenos trans-, tri- e
tetrassubstituídos
absorvem >1650 cm-1.
38
Infravermelho
CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE UM ESPECTRO
Região de estiramento de ligações duplas (C=C, C=N, N=O): 
1650 a 1500 cm-1
Alquenos não conjugados:
•absorções de estiramento C=C: de 1620 a 1680 cm-1; 
39
Infravermelho ALQUENOS
40
Infravermelho
Espectro no infravermelho do hex-1-eno (filme líquido sobre KBr).
A: 3080 cm-1,  =CH.
B: bandas de estiramento de ligações Csp3-H (CH3, CH2).
C: 1820 cm-1, harmônica da banda em 910 cm-1.
D: 1645 cm-1,  C=C.
E: bandas de deformação angular de CH3 e CH2,
F: 990 e 910 cm-1, g =C-H.
G: 736 cm-1, r CH2.
41
Infravermelho
Espectro no infravermelho do cis-pent-2-eno (filme líquido sobre KBr).
oop = fora do plano
42
Infravermelho
ALQUINOS E OUTROS GRUPOS 
COM LIGAÇÃO TRÍPLICE
Grupos contendo tríplice ligação, tais como CC, CN 
absorvem na faixa aproximada de 2300-2100 cm-1.
Para alquinos, as vibrações mais importantes são:
•Estiramentos das ligações CC (de 2140-2100 cm-1)
•Estiramento da ligação C-H (banda intensa em 3340-3000 cm-1)
43
Infravermelho
ALQUINOS E OUTROS GRUPOS 
COM LIGAÇÃO TRÍPLICE
44
Infravermelho
ALQUINOS E OUTROS GRUPOS 
COM LIGAÇÃO TRÍPLICE
45
Infravermelho
COMPOSTOS AROMÁTICOS
Estiramento das 
ligações =C-H
Deformação 
angular de ligações 
=C-H e C=C
Estiramento das 
ligações C=C
Estiramento de ligação C=C: (1600, 1500 e 1450 cm-1)
Podem-se observar até 4 bandas nas seguintes regiões:
1625-1590 cm-1  ausente em composto p-substituídos com grupos idênticos
1590-1575 cm-1
1525-1470 cm-1
1465-1430 cm-1  se sobrepõe à banda de deformação angular de grupo CH2
46
Infravermelho
Região de 2000 a 1650 cm-1 bandas de combinação e harmônicas.
PADRÃO DE SUBSTITUIÇÃO DE 
COMPOSTOS AROMÁTICOS
47
Infravermelho
Região de 2000 a 1650 cm-1 bandas de combinação e harmônicas.
COMPOSTOS AROMÁTICOS
48
Infravermelho COMPOSTOS AROMÁTICOS
(A) 1923–1724 cm−1: harmônica e combinação bandas, sugerindo monossubstituição.
(B) 1601 e 1500 cm−1: estiramento simétrico do anel. (C) 1250-769 cm−1: região
“impressão digital”. A deformação angular no plano de CH é encontrada nesta região,
mas as absorções são variáveis. (D) 728 cm−1: deformação simétrica fora do plano dos
hidrogênios do anel, sugerindo um anel monossubstituído. (E) 728 e 693 cm−1:
vibrações de deformação angular fora do plano de C–H aromático, sugerindo um anel
monossubstituído.
49
Infravermelho
COMPOSTOS AROMÁTICOS
50
Infravermelho COMPOSTOS AROMÁTICOS
51
Infravermelho
ÁLCOOIS E FENÓIS
O grupo O-H se apresenta geralmente na forma associada, resultando em 
uma banda larga.
A B
O
H
C
O
CH3O
R
H
O
R
H O
R
H O
R
H
Figura 4.17 - Exemplos de ligação de hidrogênio (A) intermolecular e (B) intramolecular.
52
EFEITO DA LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO 
NO ESTIRAMENTO DA LIGAÇÃO O-H
OH
Livre 
OH
Livre 
C-H C-H
C-H
ligação de H 
OH
ligação de H 
OH
Líquido puro Solução diluída Solução muito diluída(a) (b) (c)
4000 3600 3200 2800 4000 3600 3200 2800 4000 3600 3200 2800
Espectro no IV do Butan-1-ol
53
Infravermelho
ÁLCOOIS E FENÓIS
A
B
Número de onda/cm-1
Tr
an
sm
itâ
nc
ia
/%
Número de onda/cm-1
Tr
an
sm
itâ
nc
ia
/%
Figura 4.18 - Etanol (célula de NaCl).
A: solução 10% v/v
em CCl4, caminho
óptico de 0,1 mm.
B: solução 1% v/v
em CCl4, caminho
óptico de 1,0 mm.
54
Infravermelho ÁLCOOIS E FENOIS
55
Infravermelho ÁLCOOIS
56
Infravermelho ÁLCOOIS
57
Infravermelho ÁLCOOIS
58
Infravermelho FENOL
59
Infravermelho ÉTERES
Apresentam uma absorção típica na região de 1300-1000
cm-1 (estiramento assimétrico da ligação C-O)
Éteres cíclicos: 1270-1030 cm-1
Éteres alifáticos: 1150-1060 cm-1
 A posição da banda de as C-O depende do grupo ligado 
diretamente ao átomo de oxigênio. 
60
Infravermelho ÉTERES
61
Infravermelho ÉTERES