Ultravioleta - aula 2014 -1a parte

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Profa. Veni Maria Andres Felli
guiluve@usp.br
ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO NO ULTRAVIOLETA (1ª parte)
Análise Espectrométrica de Fármacos
2014
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ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
A luz visível, os raios gamas e as microondas são todas manifestação do mesmo fenômeno de radiação eletromagnética, apenas possuem diferentes comprimentos de onda
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Faixa de absorção Efeito e informação deduzida
Mudança nos níveis de energia eletrônica da molécula 
(característico de extensão dos sistemas de elétrons , presença de insaturação conjugada e conjugação com elétrons não-ligantes)
ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
Ultravioleta
  = 190 – 400 nm
Visível
  = 400 – 800 nm
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
NA MOLÉCULA:
E interna = E eletrônica + E vibracional + E rotacional translacional 
E = h  = h c / 
UV
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
Quando radiação, na faixa de UV, passa pela amostra ocorre absorção.
a)
b)
Eo
Eo
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
NÍVEIS DE ENERGIA ELETRÔNICA E TRANSIÇÕES POSSÍVEIS
 
Nível ocupado de mais alta energia (HOMO) 
 Nível desocupado de menor energia (LUMO)
Níveis desocupados
Nível ocupado
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
A molécula tem vários tipos de ligações químicas:
 C = O:


..
n
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
Alcanos
C - C

Energia
Transição  *
Requer alta energia
 E  1/
  = 175 a 200 nm
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
Álcoois, éteres, aminas e compostos de enxofre
 C - O - C
C - NH2 
C - S - C
 Moléculas saturadas com 
 pares isolados de elétrons
 n  *
 Transições de energia alta,
 mas absorvem radiações 
 dentro de faixa acessível 
 experimentalmente 
 Álcoois, amidas – 175 a 200 nm
 Tióis, sulfetos – 200 a 220 nm
C - SH
Energia
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
Alcenos e alcinos
C = C
C  C
  *
Energia maior, mas suas posições são sensíveis à presença de substituintes 
Alcenos  ~ 175 nm
Alcinos  ~ 170 nm
Energia
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
Compostos carbonílicos
n  *
E  1/
 = 280 a 290 nm  = 15
  * 
 ~ 188 nm 
 = 900
Energia
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
orbitais de energia molecular mais altos ocupados (HOMO)
orbitais de energia molecular mais baixos desocupados (LUMO)
Energia
C-C
C-O C-S C-N
C=C C=O
C=O
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E = h  = h c / 
   * em alcanos TRANSIÇÃO DE ALTA ENERGIA   190 nm
   * em compostos carbonílicos
 n  * em halogênios, éter, tioéter, amino, hidróxi, etc.
 GRUPOS FUNCIONAIS COM PARES DE ELÉTRONS DESEMPARELHADOS
    * em alcenos, compostos carbonílicos, alcinos, imino, azo 
 compostos INSATURAÇÕES NA MOLÉCULA 
 n  * em compostos carbonílicos
 ∆ E  1/λ
ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
NÍVEIS DE ENERGIA ELETRÔNICA E TRANSIÇÕES POSSÍVEIS
E
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RELAÇÃO ENTRE ENERGIA E COMPRIMENTO DE ONDA
E = h  = h c / 
 E  1/
E
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
Absorções típicas de cromóforos isolados
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
Absorção no UV/VIS se deve ao grupo cromóforo
Exemplo de espectro
Abs vs  
Log  vs 
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
Abs vs  
Log  vs 
Exemplo de espectro
Absorções de alta intensidade mostram   104
A =  b c
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APLICAÇÕES
1 - Amostra desconhecida: identificação
2 - Amostra conhecida:
 a) identificação
 b) quantificação 
 c) atribuição
3 - Mistura: amostras conhecidas e desconhecidas
4 - Análise estrutural:
 a) distribuições eletrônicas
 b) presença /ausência de elementos estruturais característicos
 c) formação de ligações químicas, ponte de hidrogênio
 d) interações eletrônicas/atômicas através do espaço
 e) estereoquímica
 f) atividade ótica
ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
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APLICAÇÕES DA ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA E VISÍVEL
1 - IDENTIFICAÇÃO QUALITATIVA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS 
 Característica do cromóforo e não da molécula completa
 b) Pode-se diferenciar sistemas conjugados
a) Número de duplas ligações 
 pode ser calculado
 (nm)
 (nm)
A
A
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2 - DETERMINAÇÃO DA ESTRUTURA DE COMPOSTO DESCONHECIDO
A – Identificar cromóforo
B – Estimar a extensão da conjugação 
 Observar
 Posição da banda ( máx.)
 Intensidadeda banda (A, %T,  ,log )
a) Banda de baixa intensidade: 10 >  100  máx = 270 a 350 nm
 Um cromóforo contendo elétrons n ( n *) banda fraca 
b) Muitas bandas, inclusive no visível: Composto com conjugação extendida
c) Composto colorido: 4 ou 5 cromóforos ou axócromos
1.000    10.000 sistema aromático 10.000    20.000 cetona ,-insaturada ou um dieno
APLICAÇÕES DA ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA E VISÍVEL
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A = .b.c 
FATORES DE DETERMINAM  máx. 
- cromóforo - substituinte no cromóforo - geometria do cromóforo - solvente 
FATORES QUE DETERMINAM INTENSIDADE
- concentração
- absortividade
ESPECTRO DE ABSORÇÃO NO ULTRAVIOLETA
máx
nm
 A (%T)  log  
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3 – DETERMINAÇÃO DA PUREZA
 ~ 104 a 105
Pequena quantidade de impureza pode ser detectada
4 - DETERMINAÇÃO DE CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS
Vitamina K através do UV foi descoberto sistema da -naftoquinona
Vitamina B1 através do UV foram descobertos sistemas 4-metiltiazol (tiamina) e 2,5-dimetil-6-aminopiridina 
APLICAÇÕES DA ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA E VISÍVEL
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5 - ANÁLISE QUANTITATIVA 
A =  . b . c
A  concentração da amostra
6 - DETERMINAÇÃO DAS CONSTANTES DE DISSOCIAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES
Absorbância em vários valores de pH
 = 550 nm 
pK ~ 7,0
A
 Comprimento de onda (nm)
pH = 6
 pH
X
Forma básica
Forma ácida
pK 
APLICAÇÕES DA ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA E VISÍVEL
A
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7 - DETECÇÃO DE IMPEDIMENTOS ESTÉRICOS
cis-estilbeno  máx = 278 nm  = 9.350
Estericamente impedida
trans-estilbeno  máx = 294 nm  = 24.000
Coplanaridade facilitada
APLICAÇÕES DA ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA E VISÍVEL
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8 - ESTUDO DAS VELOCIDADES DE REAÇÃO 
 (Acompanhando desaparecimento do reagente ou formação do produto)
APLICAÇÕES DA ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA E VISÍVEL
 (nm)
Amáx
TABELA - Dados do ensaio de liberação do derivado orotidil
 pirimetamina, em pH = 2,0 e a 25 oC.
Tempo (min)
A máx.
1
3
7
10
13
16
19
25
28
31
303
328
276,0
236,0
278,0
234,0
276,0
236,0
278,0
236,0
280,0
236,0
278,0
234,0
282,0
236,0
278,0
236,0
276,0
232,0
278,0
236,0
276,0
234,0
276,0
236,0
0,382
0,318
0,463
0,398
0,379
0,316
0,400
0,337
0,267
0,203
0,444
0,380
0,241
0,178
0,386
0,323
0,894
0,825
0,331
0,268
0,290
0,256
0,293
0,259
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TOMADAS DE MEDIDAS ESPECTROMÉTRICAS
1 - Computadorizada (software específico
para cada tipo de aparelho)
2 - Rápido tratamento de dados
3 - Expansão de determinadas regiões do espectro, permitindo informações 
 detalhadas
4 - Espectro de diferença: subtração do solvente, impurezas desconhecidas
5 - “Soma” de espectros: diminui a intensidade do ruído de fundo e aumenta a
 razão sinal/ruído 
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LEI DE LAMBERT BEER
Io
I
ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
T = I/Io
A = log 1/T
A = log Io/I = bc ou  = A/bc 
Onde: A = absorbância
 Io = intensidade da luz incidente na cela
 I = intensidade da luz que sai pela cela
 c = conc. molar do soluto
 b = espessura da cela
  = absortividade molar (propriedade da molécula)
*
*
A = log Io/I = log Io – log I 
 A = log 100 - log I 
 
 absorvida incidente transmitida 
Logo: A = 2 - log I 
LEI DE LAMBERT BEER
Io
I
ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
LEI DE LAMBERT BEER
A = bc ou  = A/bc ou c = A/b 
Ex: UV da acetona em hexano
 
  máx 187 nm (  = 900)
  máx 270 nm (  = 15)
 
 Sendo c = 1,0 M b = 1,0 cm
 A1 = 900x1x1= 900
 A2 = 15x1x1= 15
 é característico de um composto em
 determinado comprimento de onda
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
INSTRUMENTAÇÃO
Espectrofotômetro ultravioleta/visível
Fonte de luz = lâmpada de deutério (UV) e lâmpada de tungstênio (visível)
Monocromador = rede de difração (separa feixe de luz nos comprimentos de onda)
Detector = tubo fotomultiplicador ou diiodos (versão mais moderna)
Fonte de luz
Monocromador
Amostra
Detector
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
Espectrofotômetro ultravioleta/visível
 Monocromador – rede de difração que espalha o feixe de luz em seus
 comprimentos de onda correspondente
 Um sistema de fendas foca o comprimento de onda desejado na cela
 com amostra
 A luz que passa pela cela atinge o detector que detecta a intensidade
 da luz transmitida
 Detector – geralmente um tubo fotomultiplicador ou um fotodiodo
 Instrumento de feixe duplo – a luz é dividida em 2 feixes: amostra e
 referência
 Celas - vidro ou quartzo (VIS)
 - quartzo (UV)
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APRESENTAÇÃO DAS ABSORÇÕES
ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
A maior parte das indicações na literatura
a)
b)
 = 230 nm
máx
cicloexano
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1 – Solvente deve ser transparente na região estudada
ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
EFEITO DO SOLVENTE
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
EFEITO DO SOLVENTE
 solvente apolar
- semelhante ao produzido no estado gasoso
 solvente polar 
- ponte de H, perde estrutura fina
Em etanol
Em isooctano
2 – Efeito do solvente na estrutura fina de uma banda de absorção
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solvatação
Altera os níveis de energia eletrônica de um cromóforo
Grau diferente para estado fundamental e excitado
ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
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SOLVATAÇÃO NAS TRANSIÇÕES    * ( - C = C -)
Em geral, o estado excitado é mais polar que o estado fundamental
Solvente polar estabiliza mais o estado excitado
E  1/  então  E    deslocamento batocrômico
Ex: - C = C - C = C - (1,3-butadieno)
  hexano = 217 nm  etanol >219 nm
SEM INTERAÇÃO DO SOLVENTE
SOLVENTE POLAR

*

*
E
*
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SOLVATAÇÃO NAS TRANSIÇÕES n   * C = O
Interação com o solvente é maior no estado fundamental
 E    deslocamento hipsocrômico
E
SOLVENTE APRÓTICO
SOLVATADO (ponte de H)

*
n

*
n
*
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Efeito Hipocrômico: 
Diminuição na intensidade da absorção.
Efeito Hipercrômico: 
Aumento na intensidade da absorção.
Efeito Ipsocrômico: 
(Azul): mudança da absorção para menores comprimentos de onda () devido a substituição ou efeito do solvente.
Efeito Batocrômico:
(Vermelho): mudança da absorção para maiores comprimentos de onda () devido a substituição ou efeito do solvente.
DESLOCAMENTOS DAS ABSORÇÕES NO UV/VIS
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FATORES QUE AFETAM ABSORÇÃO NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
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FATORES QUE AFETAM ABSORÇÃO NO UV / VIS
EFEITO DA CONJUGAÇÃO NA ABSORÇÃO
Efeito batocrômico
Dimetilpolienos
CH3-(CH=)n-CH3
(A) n=3, (B) n=4, (C) n=5
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FATORES QUE AFETAM ABSORÇÃO NO UV / VIS
EEITO DA CONJUGAÇÃO NA ABSORÇÃO
Efeito batocrômico
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PRINCIPAIS TRANSIÇÕES E
 RESPECTIVAS ABSORÇÕES
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TRANSIÇÕES EM COMPOSTOS CONTENDO ELÉTRONS  
 (etileno, alquino, carbonila, aromático, heteroaromático)
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TRANSIÇÕES DE ALCENOS
   *
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ABSORÇÃO DE ALCENOS
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ABSORÇÕES DE ALCENOS CONJUGADOS
 Transições   * Banda K
 Alquila 
 -Caroteno (11 duplas) 465 125.000
 Ciclização não afeta
 2 ou mais =  , 
 etileno 165 15.000 vapor
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ABSORÇÕES DE ALCENOS Transições   * Banda K
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ABSORÇÕES DE ALCENOS CONJUGADOS
 Efeito batocrômico no butadieno
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Regras para predizer as absorções de dienos
Base para dieno heteroanelar (transóide): +214
Base para dieno homoanelar (cisóide): +253
Incrementos:
Dupla ligação que estende a conjugação: +30
Substituinte alquila ou resíduo anelar: +5
Dupla ligação exocíclica (2ª dupla no anel) +5 Grupos polares:
OAc: 0
OAlq : +6
SAlq: +30
Cl, Br: +5
N (Alq)2: +60
(Woodward e Fieser)
1 - SISTEMAS COM ATÉ QUATRO LIGAÇÕES
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ABSORÇÃO DE DIENOS CONJUGADOS
1 - Sistemas com até 4 duplas ligações
 máx. = valor base + resíduos de anéis + duplas exocíclicas
Exemplo: colesta-3,5-dieno
 = 214 (valor base) + 3x5 (resíduos) + 5 (2a dupla)
 calc = 234 nm
 obs = 235 nm
(cisóide)
(transóide)
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EXEMPLOS DE ABSORÇÕES DE DIENOS
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EXEMPLOS DE ABSORÇÕES DE DIENOS
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EXEMPLOS DE DIENOS
Ou 253 
 15
 5
 273
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EXEMPLOS DE TRIENOS E POLIENOS
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VITAMINA D3 em metanol
214 (base)
 20 (4 res.)
 10 (2 exo)
 30 ( 1 ext.)
264 nm
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2 - SISTEMAS COM MAIS DE 4 DUPLAS LIGAÇÕES
 máx. = 114 + 5M + n(48,0 - 1,7n) - 16,5 R endo - 10,0 R exo
 máx = (1,7 x 104 )n
n = número de duplas conjugadas M = número de substituintes alquila no sistema conjugado R endo = número de anéis com duplas endocílicas conjugadas R exo = número de anéis com duplas exocíclicas conjugadas 
 máx. calc. = 114 + 5 ( 8 ) + 11 ( 48,0 - 1,7 x 11) - 0 - 0 = 476 nm  obs. = 474 nm
 máx. calc. = (1,7 x 104) 11 = 18,7 . 104  máx. obs. = 18,6. 104 nm (hexano) 
Exemplo:
ABSORÇÃO DE DIENOS CONJUGADOS (cont.)
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
máx. = 114 + 5M + n(48,0 - 1,7n) - 16,5 R endo - 10,0 R exo
 máx = 114 + 5X10 + 11(48-1,7X11)-16,5X2= 453 nm
máx = (1,7 x 104 )n
máx = (1,7 X 104)11 = 18,7 . 104
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ESPECTROMETRIA NO ULTRAVIOLETA / VISÍVEL
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ABSORÇÃO DE POLIINOS CONJUGADOS (transição   * )
acetileno HC  CH 173 6.000 vapor
 2 bandas com estrutura fina 
 a primeira é extremamente fina 
*
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Obrigado!