Espectrofotometria de Massa

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ANALISE ORGANICA 
Conteúdo Programático: 
 
-Análise de identificação elementar em compostos orgânicos através de 
técnicas: 
 
- Espectrometria de massa 
- Ressonância nuclear magnética de H; 
- Ressonância nuclear magnética de C 
- Espectroscopia na região do Infravermelho; 
- Espectroscopia na região do ultravioleta; 
- Cromatografia Liquida 
- Cromatografia Gasosa 
 
 
REFERENCIAS 
 
SILVERSTEIN, R. M. et al. Identificação espectrométrica de compostos 
orgânicos, 7ed., Rio de Janeiro: LTC, 2007. 
COSTA NETO, C. Análise orgânica: métodos para caracterização de 
organoquímios. 1ed., Rio de Janeiro: Editora UFRJ, 2004. 
PAVIA, D. L. et al. Introdução à espectroscopia. São Paulo: Cenage 
Learning, 2010. 
ALLINGER, N. L. et al. Química orgânica. 2ed. Rio de Janeiro: LTC, 1976. 
SKOOG, D. A. Princípios de análise instrumental. 5ed. Porto Alegre: 
Bookman, 2002. 
JONES L., ATKINS, P. - Chemistry-Molecules, Matter and Change. W.H. 
Freeman and Company, New York, USA, 2002 
 
 
 
AVALIAÇÃO 
 
 A nota será composta por 70% relativo as provas bimestrais + 30% da 
Atividade Supervisionada Disciplinar 
ATIVIDADE SUPERVISIONADA DISCIPLINAR 
 
Competências e Habilidades – Ao longo dos dois bimestres de 2016, o aluno 
trabalhará um desafio proposto pelo docente com base nos principais tópicos 
relacionados a disciplina. A proposta desse desafio é estimular o desenvolvimento 
lógico e criativo do aluno, bem como aprimorar sua capacidade de planejamento, 
organização, transmissão de informação, além do gosto pela pesquisa. 
 
Para o desenvolvimento do trabalho, os alunos terão a última aula de cada semana 
dedicada a essa atividade, sendo que na última semana de cada mês, o aluno poderá 
tirar suas duvidas com o docente durante o horário da última aula. 
 
 
Desafio – O desafio consistirá de 4 etapas descritas a seguir, que deverão ser 
executadas pelos alunos conforme cronograma do anexo I. 
 
 
 
 
 
 
Etapa 1 – Dos Temas e Pesquisa Bibliografica 
 
1.1. DEFINIR A EQUIPE - O primeiro desafio começará com a definição das 
equipes, que será formada por 2 ou 3 pessoas dependendo do número de 
alunos. 
 
1.2 ESCOLHER O TEMA - Após definição das equipes serão sorteados os 
temas a serem trabalhados 
 
1.2.a. TEMAS 
- Espectrometria de massa 
- Ressonância nuclear magnética de H; 
- Ressonância nuclear magnética de C 
- Espectroscopia na região do Infravermelho; 
- Espectroscopia na região do ultravioleta; 
- Cromatografia Liquida 
- Cromatografia Gasosa 
 
1.3. Conhecendo os temas, as equipes deverão iniciar as pesquisas 
bibliográficas para fundamentação do trabalho e cumprimento do desafio com 
êxito. 
 
 
Etapa 2 – Do Desafio 
Cada equipe deverá buscar na literatura um artigo cientifico relacionado ao 
tema sorteado para apresentar aos demais colegas de classe. Espera-se que 
o aluno aborde os principais conteúdos de cada tema fazendo um link com a 
pesquisa desenvolvida no artigo cientifico por ele escolhido. Esses artigos 
poderão ser buscados através das plataformas disponíveis na biblioteca. 
 
Etapa 3 – Da Apresentação do Desafio 
Cada equipe deverá elaborar uma apresentação de no mínimo 40 minutos. 
Serão avaliados os seguintes quesitos; 
- Organização e adequação ao tema proposto (até 2,5 pontos); 
- Coerência e clareza na exposição do tema (até 2,5 pontos); 
- Uso adequado dos recursos didáticos utilizados (até 2,5 pontos); 
- Uso adequado do tempo disponível para aula (até 2,5 pontos); 
 
 
 
 
 
Etapa 4 – Da Entrega do Material 
Cada equipe deverá entregar o trabalho em formato .doc via ministra no padrão 
detalhado no Anexo II. Ao final de todas as apresentações, o docente agrupará 
os trabalhos em forma de revista eletrônica cuja via em CD da revista digital 
PRINCIPAIS TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO DE COMPOSTOS 
ORGANICOS será deixada na Biblioteca da Instituição para consultas futuras. 
 
Do prazo de entrega e notas finais 
A equipe deverá trazer as ideias iniciais para cumprir o desafio bem como o 
artigo escolhido para analise do professor até dia 4 de abril. 
A etapa 4 do desafio deverá ser cumprida impreterivelmente até dia 6 de junho. 
Os desafios serão avaliados com notas de 0 a 10 e terão peso 3 na média final. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Anexo II – Modelo a ser seguido para entrega do trabalho no formato .doc 
I – Tema 
II – Objetivo 
III – Introdução abordando o tema do trabalho 
IV- Dissertação sobre o tema com base no artigo escolhido para o desafio 
IV – Conclusão sobre o trabalho 
V- Referencias bibliográficas 
. 
 
 
Métodos Espectroscópicos 
• Espectroscopia de absorção: é a medida da quantidade de luz 
absorvida por um composto em função do comprimento de onda da 
luz. 
• Espectroscopia de infravermelho: observa as vibrações das ligações e 
indica os grupos funcionais presentes. 
• Espectroscopia de ressonância magnética nuclear: observa o 
envolvimento químico dos átomos de hidrogénio (ou carbonos) e 
indica a estrutura dos grupos alquilo dando pistas acerca dos grupos 
funcionais existentes. 
• Espectrometria de massa: há o bombardeamento das moléculas com 
os electrons causando a sua fragmentação. 
 
Espectro Electromagnético 
• Radiações electromagnéticas são caracterizadas pelo 
– Comprimento de onda (λ): distância entre dois pontos na 
mesma fase da onda. 
– Frequência (n): número de ciclos que passam num ponto fixo, 
por segundo. 
 λn = v 
 
Energia do foton  = hn, 
Constante de Planck (h): 1,58 x10-37 Kcal/sec = 6,62 x 10-37 kJ/sec 
v = 3 x1010 cm/s que é a velocidade da luz 
 
• Raios-X são as radiações mais energéticas e que causam ionização; 
• Radiações UV-Vísivel causam transições electrónicas dentro das moléculas; 
• Radiações IV causam vibrações moleculares 
• Radiações rádio (são de muito baixa energia) causam transições de spin 
nuclear. São usadas no RMN. 
Espectrometria de massa 
Técnica analítica usada para identificar compostos desconhecidos, 
quantificar materiais conhecidos e elucidar as propriedades químicas e 
estruturais das moléculas. 
 
É uma técnica de ionização e fragmentação de moléculas que gera um 
espectro segundo a razão massa/carga dos fragmentos. 
 
Como a maior parte dos fragmentos apresenta carga unitária, o espectro 
apresenta a massa dos fragmentos. 
 
 
Espectrometria de massas 
Aplicações 
 
• Identificar estruturas de biomoléculas; 
• seqüenciar biopolímeros como proteínas e oligossacarídeos; 
• determinar como as drogas são utilizadas pelo organismo; 
• realizar análises como a confirmação e quantificação de abuso de drogas; 
• análise de poluentes ambientais; 
• determinar a idade e origens de espécies em geoquímica e arqueologia; 
• identificar e quantificar componentes de misturas orgânicas complexas 
• Elucidação estrutural de moléculas orgânicas e biológicas; 
• Determinação de massa e fórmula molecular; 
• Identificação de substâncias; 
 
 
ESQUEMA DE UM ESPECTRO DE MASSAS 
􀂃 Amostra - sólida, líquida ou vapor 
􀂃 Íons - fase gasosa 
􀂃 Condições de alto vácuo 
􀂃 Detector - íons geram um sinal elétrico 
que é proporcional ao número de íons. 
FONTE DE IONIZACAO OU IONIZADOR 
 
 Impacto de elétrons (IE) 
 Ionização química (IQ) 
 Ionização por dessorção química (DCI) 
 Ionização por campo/dessorção por campo (FI/FD) 
 Espectrometria de massas de íons secundários (SIMS) 
 Bombardeamento por átomos rápidos (FAB) 
 Dessorção por plasma (PD) 
 Dessorção por laser (LD) 
 Termospray(TSI) 
 Electronspray (ESI) 
 Ionização à pressão atmosférica (API) 
 Espectrometria de massas por neutralização - reionização (NRMS) 
ANALISADOR 
 
Principal funcao é separar os ions formados no ionizados de acordo com sua razão 
massa/carga. 
 
Há diferentes tipos: 
 
-Quadrupolos: analisador mais comum, alta eficiencia de transmissao. Consiste em 
4 eletrodos e quando os ions acelerados cruzam o quadrupolo, eles sao filtrados de 
acordo com a razao m/z fazendo que somente os ions de interesse cheguem no 
detector. 
 
- Analisador por tempo de voo (TOF): separa os ions de acordo com o tempo que 
eles levam para atravessar o tubo de voo. Os ions mais leves viajam mais rapidos 
pelo tudo e chegam primeiro ao detector. 
 
 
DETECTOR 
 
Amplificam o sinal do ion 
 
Diagrama esquematico de um espectrômetro de massa 
Moléculas neutras são inseridas no espectrômetro e são bombardeadas por eletrons com elevada 
energia que causam a fragmentação das moléculas. 
Placas aceleradoras e de focalização mandam esses íons na direção de um tubo analisador, porém 
antes passam por um campo magnético, para que pela diferença de suas cargas e massas, sofram 
diferença na trajetória. 
O campo separa os íons em um padrão chamado espectro de massas. A leitura dos espectros 
possibilita conhecer ou comparar a identidade das espécies-problema com espectros de bancos de dados. 
Instrumental 
• A amostra passa por câmaras 
onde é vaporizada e ionizada 
• Os íons resultantes são 
acelerados por um campo 
elétrico 
• Ao passar por um imã os íons 
sofrem deflexões em direção ao 
detector 
• Quanto mais pesada a espécie, 
menos ela é defletida e de acordo 
com o grau de deflexão é possível 
determinar suas massas relativas. 
O processo de ionização leva à fragmentação da molécula 
A tecnica mais comum na EM é a tecnica IONIZAÇÃO POR IMPACTO DE 
ELETRONS 
Um feixe de elétrons de alta energia (70eV) bombardeia moléculas na fase 
gasosa havendo remoção de um único elétron pelo feixe, com formação 
do íon molecular denominado CÁTION RADICAL M+. 
A maior parte desses íons se 
desintegra em 10-10 a 10-3 s 
gerando um fragmento 
carregado positivamente e 
um radical. FRAGMENTOS 
IONICOS SÃO DECOMPOSTOS 
EM FRAGMENTOS MENORES. 
Quando os ions moleculares principais permanecem intactos durante tempo suficiente 
para alcançar o detetor, um pico é registrado. 
O Espectro de massas 
As massas são colocadas num gráfico ou em tabela de acordo 
com a sua abundância relativa. 
 
Moléculas com heteroátomos 
• Isotopos: presentes na sua abundância usual. 
• Hidrocarbonetos contêm 1.1% de C-13, portanto haverá um pequeno 
pico M+1. 
• Se Br está presente, M+2 é igual a M+. 
• Se Cl está presente, M+2 é 1/3 de M+. 
• Se S está presente, M+2 será 4% de M+. 
Abundância isotópica 
81Br 
Espectro de massa do enxofre 
Se S está presente, M+2 será 4% de M+. 
Espectro de massa do cloro 
Se Cl está presente, M+2 é 1/3 de M+. 
Espectro de massa de bromo 
Se Br está presente, M+2 é igual a M+. 
Processo de ionização 
Exemplo 
 
INTERPRETANDO O ESPECTRO DE MASSAS 
Pico do íon molecular: 
aquele que apresenta 
maior massa de uma 
determinada espécie 
que contêm todos os 
elementos presentes 
na forma isotópica 
mais abundante. 
Obtenção da massa molecular da substância: é dada pela massa 
do pico do íon molecular, Em muitos casos, não é possível 
diferenciar claramente o pico do íon molecular. 
• interpretação é baseada na química de íons gasosos; 
• a massa e a abundância relativa do íon molecular indica o tamanho e a 
estabilidade da molécula; 
• o número de íons abundantes e sua distribuição na escala de massas são 
indicativos do tipo de molécula e dos grupos funcionais presentes; 
• uma molécula composta de subestruturas estáveis conectadas por 
ligações fracas gera um espectro com poucos fragmentos proeminentes, 
como o espectro de massas da nicotina. 
O Íon Molecular 
 M+. - informação mais valiosa de um espectro de massa; sua massa e 
composição elementar mostram os limites nos quais os fragmentos se situam. 
para determinados tipos de moléculas, o íon molecular não é suficientemente 
estável para ser encontrado em quantidades apreciáveis no espectro por 
impacto de elétrons; 
 
 deve ser o íon de maior massa no espectro (se coincidir com o pico base) 
 
 
Abundância do íon molecular X estrutura: 
[M+.] - depende da sua estabilidade ; 
[M+.] - é um indício da estrutura molecular; 
[M+.] - usualmente aumenta com o aumento de insaturações e número de 
anéis; 
[M+.] - usualmente diminui com o aumento do tamanho da cadeia de uma 
estrutura; 
[M+.] - diminui com as ramificações 
 
Em geral, a estabilidade da molécula se assemelha a estabilidade do íon M+., e 
é refletido na abundância do M+. . 
 Pode ser calculada a partir da abundância das fragmentações de picos 
isotópicos (M+1) para C e (M+2) para S, Br, Cl em relação ao pico do íon 
molecular. 
 
1. Se M é impar – o composto terá numero impar de N 
 Se M é par– o composto terá numero par de N 
 
2. A abundância relativa do pico M+1 determina o numero de átomos de C 
Abundancia relativa em % de M+1 / 1,1 
 
3. A abundância relativa do pico M+2 determina a presença de S, O, Cl ou Br 
 
4. Adicionar O ou H na molécula para propor a formula 
 
 
 
PROPONDO A FORMULA MOLECULAR 
Perdas neutras lógicas: há somente um certo número de fragmentos neutros de 
pequena massa que são comumente perdidos na decomposição dos íons 
moleculares; 
 
íons importantes de massas (M - 1)+ , (M - 15)+ , (M - 18)+ e (M - 20)+ 
normalmente representam a perda de H, Me, H2O e HF respectivamente a partir 
do íon molecular; 
 
íons característicos informação estrutural é difícil: há grande número de 
possibilidades. Entretanto para vários valores específicos há somente alguns 
grupos estruturais característicos; 
 
 
 m/z 30 - aminas; 
 m/z 77 - fenil; 
 m/z 105 – metilbenzil 
 m/z 149 - ftalato, embora muitos outros compostos possam também gerá-los; 
 m/z 191 - terpanos 
 m/z 74 - ésteres metílicos 
 m/z 58 - metil cetonas lineares 
Exemplo 
1. Um pico molecular com massa 84 com valores de M+1 e 
M+2 de 5,6 e 0,3 % de M+, sugere qual fórmula molecular? 
 
2. Determine a formula molecular usando a tabela abaixo e indique qual a formula 
molecular mais provavel 
 
 
 
Caracterização/identificação da substância a partir das 
fragmentações, o que pode ser feito de duas formas 
principais: 
- Comparação do espectro de massas com de um 
padrão conhecido: injeta-se a amostra e 
posteriormente um padrão conhecido e 
compara-se as fragmentações 
 
- Comparação entre espectro obtido de uma 
bibloteca compilada e o experimental 
ESPECTRO DE MASSA DAS CLASSES MAIS COMUNS DE COMPOSTOS 
 
Hidrocarbonetos 
• sofrem rearranjos randômicos, o qual é reduzido com ramificações e insaturações. 
 
Hidrocarbonetos alifáticos saturados 
• apresentam íon molecular pequeno; 
• séries típicas de (CnH2n+1)+ ; 
• ramificações levam a decréscimo na intensidade do M+. e a um aumento na 
abundância de (CnH2n+1) devido a quebra e retenção de carga no carbono ramificado; 
 
Hidrocarbonetos alifáticos insaturados 
• aumenta [M+.] somente para compostos de baixo peso molecular; 
• isomerizam com a migração da ligação dupla; 
 
Hidrocarbonetos aromáticos 
• pico do íon molecular é normalmente bem intenso; 
• processos de clivagem do anel aromático necessita de alta energia; 
• posição no anel de substituintes alquilastem pouca influência no espectro; 
• séries de íons homólogos dos fenilalcanos ocorrem a massas correspondendo a 
C6H5(CH2)n+ (m/z 77, 91, 105, 119,...) ; 
• íon mais característico desta série corresponde a ruptura da ligação benzílica com 
perda do maior grupo alquila; 
• íon benzílico é estabilizado por ressonância. 
Espectro de massa dos alcanos 
Picos moleculares apresentam baixa intensidade. 
CH3
C
H
CH3H3CH2CH2C
m/z 86
H3CH2CH2C CH
CH3
+ CH3
CH3
HC CH3
+ CH3CH2CH2
m/z 71
m/z 43
Espectro de massa dos alcenos 
Estabilização por ressonância dos cations é favorecida. 
Álcoois alifáticos saturados 
• íon molecular diminui; 
• dehidrogenação e dehidratação catalítica ou térmica podem gerar íons como 
(M - 2)+. ; (M - 18)+. e (M - 20)+. , embora também possam advir da 
fragmentação por impacto de elétrons. 
 
Álcoois alifáticos cíclicos 
• clivagem a é favorável na ligação do anel mais substituída; 
• reações posteriores pela eliminação de CnH2n leva aos íons característicos 
com m/z 44, 58, 72, 86,... 
• perda de água é um caminho principal de decomposição do M+. . 
 
Fenóis 
• o pico (M - CO)+. , usualmente acompanhado pelo (M - CHO)+ , é 
especialmente útil no reconhecimento dessa funcionalidade; 
• íons (M - 18 )+. - “efeito orto” 
• pico (M - 1)+ - advém da perda de hidrogênio benzílico 
Espectro de massa de álcoois 
• Álcoois normalmente perdem a uma molécula de água. 
• M+ pode não ser visível ou ser muito pequeno. 
Cetonas e aldeídos alifáticos 
 
• íon molecular das cetonas é usualmente observado; de aldeídos alifáticos de 
cadeia longa é normalmente pequeno, mas pode ser identificado pelos 
fragmentos característicos (M - H2O)+. e (M - C2H4)+. 
 
• pico CHO+ (m/z 29) é proeminente para aldeídos pequenos; 
• clivagem a gerando (M - H)+ é apreciável somente quando RCO+ for bem 
estabilizado; 
 
• apresentam as séries características a m/z 15, 29, 43, 57, 71, 85, 99, 113, 127. 
Aldeído 
Cetona 
Amida 
Amina 
Amina 
Aromático 
Ácido Carboxílico 
Éster 
Éter 
Haleto 
Espectrometria de massa 
• Peso molecular pode ser obtido a partir de uma amostra 
muito pequena. 
• As massas dos fragmentos e a sua abundância relativa 
fornece informação da estrutura da molécula. 
• Técnica de alta sensibilidade, destrutiva, sendo amplamente 
utilizada na química forense. 
• Não envolve a absorção ou emissão de luz. 
• O feixe de electrons de elevada energia quebra a molécula.