Infravermelho [Modo de Compatibilidade]

Prévia do material em texto

Introdução à 
Espectroscopia no 
Infravermelho
Infravermelho (IV)
Infravermelho
Energia
• Todos os comprimentos de onda do espectro
eletromagnético têm associados uma certa
quantidade de energia, dada por:
• Onde: h = cte. Plank, c = vel. Luz, λ =
comprimento de onda
λ
ν
ch
hE
=
=
 
Escala
• Comprimento de onda (λ)
µm = 10-6m
• Número de onda (ν )
)(
1)( 1
cm
cm λν =
−
Escala
• A região do infravermelho se dá entre
4000 e 400cm-1.
• Energia varia de 4,8kJ.mol-1 a 48,0kJ.mol-1
• Há interação entre a radiação e as
moléculas
Efeito da Absorção no IV
• A radiação infravermelha quando absorvida,
fornece energia suficiente apenas para
alterar as vibrações entre os átomos em uma
molécula.
Tipos de Vibração
• Existem um grande número de vibrações possíveis. As
mais comuns são:
– Estiramentos axiais:
• Estiramento simétrico
• Estiramento assimétrico
– Deformação angular:
• Angular simétrica no plano (tesoura)
• Angular assimétrica no plano (balanço)
• Angular simétrica fora do plano (torção)
• Angular assimétrica fora do plano (abano)
Deformação axial 
simétrica/assimétrica
Angular simétrica no plano 
(tesoura)
Angular simétrica fora do plano 
(torção)
Angular assimétrica fora do plano 
(abano)
Angular assimétrica no plano 
(balanço)
Todos
Resultado da Absorção
• Quando uma molécula absorve a radiação
Infravermelha, passa para um estado de
energia excitado.
• A absorção se dá quando a energia da
radiação IV tem a mesma freqüência que
a vibração da ligação.
• Após a absorção, verifica-se que a
vibração passa ter uma maior amplitude
Requisitos para Ocorrer Absorção 
no Infravermelho
• Nem toda molécula absorve no
infravermelho.
• É necessário que o momento de dipolo da
ligação varie em função do tempo
• Ligações químicas simétricas não
absorvem no IV (Exemplos: H2, Cl2, O2)
Moléculas Simétricas
• Verifica-se também que moléculas
simétricas, ou praticamente simétricas
também se mostrarão inativas no
Infravermelho.
• Exemplos:
H3C
C C
CH3
CH3H3C
H3C C C CH3
Equipamento
Utilidade Infravermelho
• Uma vez que cada tipo de ligação covalente
apresenta uma diferente freqüência de vibração
natural, então duas moléculas diferentes não
deverão apresentar um idêntico comportamento
de absorção no infravermelho, ou Espectro de
Infravermelho
Uso da Espectroscopia no 
Infravermelho
• Determinar informações estruturais sobre 
uma molécula.
• As absorções de cada tipo de ligação,(p. 
ex. N-H; C-O; O-H; C-X; C=O;C-O; C-C; 
C=C; C C; C N), são comumente 
encontradas em uma pequena porção da 
região do infravermelho.
Propriedades das Ligações
• A equação a seguir, derivada da lei de Hooke, estabelece relação 
entre frequência de oscilação, massas atômica e constante de força 
de ligação.
µpi
ν
k
c2
1
=
21
21
mm
mm
+
=µ
ʋ= frequência vibracional (cm-1)
C= velocidade da luz (cm/s)
K= Constante de força da ligação
Efeito da Força de Ligação
• Em geral ligações triplas são mais fortes que
ligações duplas que é mais forte que ligação
simples
• Essa força corresponde ao parâmetro “k” da
equação
• Assim, maior o k, maior a freqüência
µ
ν
k12,4=
Exemplos
C C C = C C – C
2150cm-1 1650cm-1 1200cm-1
Aumentando k
Efeito das Massas
• A medida que o átomo ligado, por
exemplo, a um átomo de carbono,
aumenta em massa, a freqüência de
vibração diminui
• Essas massas correspondem ao
parâmetro µ na equação
• Assim, maior massa, menor frequência
µ
ν
k12,4=
Exemplos
C-H C-C C-O C-Cl C-Br C-I
3000cm-1 1200cm-1 1100cm-1 750cm-1 600cm-1 500cm-1
Aumentando µµµµ
Movimento de Deformação
• O movimento de deformação se dá em 
menores energias (menor frequência) que 
um movimento estiramento típico, porque 
apresentam menores valores para a 
constante de força k.
• Exemplo:
C – H (estiramento) C – H (deformação)
~ 3000cm-1 ~1340cm-1
Efeito de Hibridização
• A hibridização afeta a constante de força, 
k. Ligações são mais fortes na ordem: 
sp > sp2 > sp3
e as freqüências observadas para as
vibrações de C – H ilustram isso
facilmente:
sp sp2 sp3
C – H =C – H –C – H
3300cm-1 3100cm-1 2900cm-1
O Que Deve Ser Examinado?
• O equipamento produz um gráfico entre a 
intensidade de absorção versus o número 
de onda. Este gráfico corresponde ao 
Espectro de Infravermelho
Estiramento
C-H sp3 Estiramento
C=O 
Características das Absorções
• Num espectro deve ser observadas 
algumas características das bandas 
(picos) de absorção.
• Caracteriza-se pela Intensidade e forma
– Quando uma absorção intensa e estreita
aparece em 1715cm-1 é característico de 
estiramento de ligação C=O (carbonila)
Características das Absorções
• Só o número de onda pode não ser
suficiente para caracterizar uma ligação.
O C=O e C=C absorvem na mesma região
do espectro de infravermelho, porém não
se confundem!
C = O 1850 – 1630cm-1
C = C 1680 – 1620cm-1
C=O
C=C
Enquanto a ligação
C=O absorve
intensamente, a
ligação C=C,
absorve apenas
fracamente,
evitando assim
qualquer confusão
Características das Absorções
• No que se refere à forma, esta também é 
importante, pois pode caracterizar melhor 
uma ligação.
• Neste caso as regiões das ligações N – H 
e O – H se sobrepõem
O – H 3640-3200cm-1
N – H 3500-3300cm-1
O-H
C-H C-H
NH2
Tabelas de Correlação
Observações Diretas
• Os primeiros esforços devem permanecer
na determinação da presença (ou
ausência) dos principais grupos
funcionais.
• C=O; O–H; N–H; C–O; C=C; C C; C N
• Não tente analisar em detalhes as
absorções ~3000cm-1.
Estratégias
• Use lista de itens para verificar seu
composto
1. Uma carbonila está presente?
O grupo C=O é identificado por uma absorção
intensa na região de 1820 – 1660cm-1.
Normalmente este é o pico mais intenso do
espectro e ocorre no meio do espectro.
2. Se C=O está presente, confira os tipos a
seguir (se estiver presente siga até o item 3)
Estratégias
Ácidos O–H também está 
presente?
- Absorção larga 3400-
2400cm-1
Amidas Há também N–H?
Absorção média em 
~3400cm-1; às vezes 
um pico duplo com 
duas metades 
equivalentes
Estratégias
Ésteres Tem C–O ?
- Absorção intensa 
~1300 – 1100cm-1
Aldeído Há C–H de aldeído?
- Dois picos fracos de 
absorção ~2850 –
2750cm-1
Cetonas Se as demais forem 
eliminadas
Estratégias
3) Se C=O estiver ausente:
Álcool, Fenol Verificar O–H 
Confirmar encontrando 
C-O ~1300 – 1000cm-1
Aminas Checar N–H 
Absorção média 
~3400cm-1
Éter Observar C-O e 
ausência de O-H
Estratégias
4. Ligações Duplas e/ou aromáticos
- C=C dá uma absorção 
fraca ~1650
- Absorção de média 
para forte 1600-1450cm- 1; 
geralmente implica em um 
anel aromático
- C-H aromático e vinílico 
aparecem à esquerda de 
3000cm-1
Estratégias
5. Ligações Triplas
- C N é uma 
absorção média, fina 
~2250cm-1
- C C é uma 
absorção fraca, fina 
~2150cm-1
- Verificar C-H 
acetilênico ~3300cm-1
Sugestão
• Concentre esforços na identificação dos
picos principais, reconhecendo sua
presença ou ausência.
C8H18
Alcano
CH2
bend
sp3 C-H
CH3
bend
Octano
C6H12
1 insaturação = 1 alceno ou cicloalcano
CH2
bend
sp3 C-H
Sem CH3 bend
Sem C=C stretch
Ciclo-hexano
C6H12
1 insaturação = 1 alceno ou cicloalcano
C=Csp3 C-H
sp2 C-H
1-hexeno
C6H10
2 insaturações = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno
cis C=C
sp3 C-H
sp2 C-H
Ciclo-hexeno
CH2
bend
C8H14
2 insaturações = 1 alcinoou cicloalceno ou um dieno
C≡C
sp3 C-H
sp C-H
1-octino
≡C–H 
bend
C7H8
4 insaturações = verificar aromático
tolueno
sp2 C-H
Harmônicas
aromático
Mono substEstiramento C=C 
aromático
sp3 C-H
C10H14
4 insaturações = verificar aromático
orto-dietilbenzeno
sp2 C-H
harmônicas.
orto subst.Estiramento C=C 
aromático
sp3 C-H
C10H14
4 insaturações = verificar aromático
sp2 C-H
harmônicas
Estiramento C=C 
aromático
sp3 C-H
meta subst
meta-dietilbenzeno
C10H14
4 insaturações = verificar aromático
sp2 C-H
harmônicas
Estiramento C=C 
aromáticosp
3 C-H
para subst.
oop
para-dietilbenzeno
C6H14O
Sem insaturações
CH2
bendsp3 C-HEstiramento
O–H
1-hexanol
C-O
stretch
CH3
bend
C7H8O
4 insaturações = verificar aromático
sp2 C-H
para subst.
Estiramento C=C 
aromático p-cresol
Estiramento
O–H
C-O
stretch
para subst.
oop
CH2
bendsp3 C-H
Dibutil-éter
C-O
stretch
CH3
bend
C6H14O
Sem insaturações
CH2
bend
sp3 C-H
nonanal
CH3
bend
C9H18O
sp2 C-H
Aldeído
C=O
1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
CH2
bend
CH3
bend
C=O
1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
sp3 C-H
C
O
CC
bend
3-pentanona
C5H10O
C=O
1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
Ácido isobutírico
C5H10O
sp3 C-H
O –H stretch.
C-O
stretch
C=O
sp3 C-H
C-O
stretch
1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
Etil-butirato
C6H12O2
C=O
C-N
stretch
propionamida
C3H7NO
NH2
stretch
N-H
1 insaturação (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
C-N
stretch
N-H
CH2
bend
CH3
bend
NH2
bend
sp3 C-H
NH2
butilamina
C4H11N
C≡N
butironitrila
C4H7N
Exercício 1
• Relacione cada uma estrutura química
apresentada com um dos espectros de
infra-vermelho a seguir
CH3
CH CH3CH3
NH2
CH3
OH
CH3 O
Exercício 2
• Considere as estruturas a seguir:
• Indique para cada uma, que picos de
absorção são esperados e quais não
O
OH
O
OH O