Introduo Espectroscopia no Infravermelho. Radiao Eletromagntica.

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    17-Apr-2015

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  • Introduo Espectroscopia no Infravermelho
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  • Radiao Eletromagntica
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  • Espectro Eletromagntico
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  • Infravermelho (IV) Infravermelho
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  • Energia Todos os comprimentos de onda do espectro eletromagntico tm associados uma certa quantidade de energia, dada por: Onde: h = cte. Plank, c = vel. Luz, = comprimento de onda
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  • Escala Comprimento de onda ( m = 10 -6 m Nmero de onda ( )
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  • Escala A regio do infravermelho se d entre 4000 e 400cm -1. Energia varia de 4,8kJ.mol -1 a 48,0kJ.mol -1 H interao entre a radiao e as molculas
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  • Absoro de Radiao A radiao eletromagntica pode interagir com a matria, sendo assim absorvida. Exemplo: Transio eletrnica (radiao visvel)
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  • Efeito da Absoro no IV A radiao infravermelha quando absorvida, fornece energia suficiente apenas para alterar as vibraes entre os tomos em uma molcula. Exemplo: H-Cl
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  • Tipos de Vibrao Existem um grande nmero de vibraes possveis. As mais comuns so: Estiramentos axiais: Estiramento simtrico Estiramento assimtrico Deformao angular: Angular simtrica no plano (tesoura) Angular assimtrica no plano (balano) Angular simtrica fora do plano (toro) Angular assimtrica fora do plano (abano)
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  • Deformao axial simtrica/assimtrica
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  • Angular simtrica no plano (tesoura)
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  • Angular simtrica fora do plano (toro)
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  • Angular assimtrica fora do plano (abano)
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  • Angular assimtrica no plano (balano)
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  • Todos
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  • Resultado da Absoro Quando uma molcula absorve a radiao Infravermelha, passa para um estado de energia excitado. A absoro se d quando a energia da radiao IV tem a mesma freqncia que a vibrao da ligao. Aps a absoro, verifica-se que a vibrao passa ter uma maior amplitude
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  • Requisitos para Ocorrer Absoro no Infravermelho Nem toda molcula absorve no infravermelho. necessrio que o momento de dipolo da ligao varie em funo do tempo Ligaes qumicas simtricas no absorvem no IV (Exemplos: H 2, Cl 2, O 2 )H 2
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  • Molculas Simtricas Verifica-se tambm que molculas simtricas, ou praticamente simtricas tambm se mostraro inativas no Infravermelho. Exemplos:
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  • Equipamento
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  • Utilidade Infravermelho Uma vez que cada tipo de ligao covalente apresenta uma diferente freqncia de vibrao natural, ento duas molculas diferentes no devero apresentar um idntico comportamento de absoro no infravermelho, ou Espectro de Infravermelho
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  • Uso da Espectroscopia no Infravermelho Determinar informaes estruturais sobre uma molcula. As absores de cada tipo de ligao,(p. ex. N-H; C-O; O-H; C-X; C=O;C-O; C-C; C=C; C C; C N), so comumente encontradas em uma pequena poro da regio do infravermelho.
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  • Propriedades das Ligaes Freqncia de vibrao ( ) K = fora corresponde
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  • Efeito da Fora de Ligao Em geral ligaes triplas so mais fortes que ligaes duplas que mais forte que ligao simples Essa fora corresponde ao parmetro k da equao Assim, maior o k, maior a freqncia
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  • Exemplos C CC = CC C 2150cm -1 1650cm -1 1200cm -1 Aumentando k
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  • Efeito das Massas A medida que o tomo ligado, por exemplo, a um tomo de carbono, aumenta em massa, a freqncia de vibrao diminui Essas massas correspondem ao parmetro na equao Assim, maior massa, menor frequncia
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  • Exemplos C-HC-CC-OC-ClC-BrC-I 3000cm -1 1200cm -1 1100cm -1 750cm -1 600cm -1 500cm -1 Aumentando
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  • Movimento de Deformao O movimento de deformao se d em menores energias (menor frequncia) que um movimento estiramento tpico, porque apresentam menores valores para a constante de fora k. Exemplo: C H (estiramento) C H (deformao) ~ 300cm -1 ~1340cm -1
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  • Efeito de Hibridizao A hibridizao afeta a constante de fora, k. Ligaes so mais fortes na ordem: sp > sp 2 > sp 3 e as freqncias observadas para as vibraes de C H ilustram isso facilmente: sp sp 2 sp 3 C H=C HC H 3300cm -1 3100cm -1 2900cm -1
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  • O Que Deve Ser Examinado? O equipamento produz um grfico entre a intensidade de absoro versus o nmero de onda. Este grfico corresponde ao Espectro de Infravermelho
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  • Estiramento C-H sp 3 Estiramento C=O
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  • Caractersticas das Absores Num espectro deve ser observadas algumas caractersticas das bandas (picos) de absoro. Caracteriza-se pela Intensidade e forma Quando uma absoro intensa e estreita aparece em 1715cm -1 caracterstico de estiramento de ligao C=O (carbonila)
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  • Caractersticas das Absores S o nmero de onda pode no ser suficiente para caracterizar uma ligao. O C=O e C=C absorvem na mesma regio do espectro de infravermelho, porm no se confundem! C = O 1850 1630cm -1 C = C 1680 1620cm -1
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  • C=O C=C Enquanto a ligao C=O absorve intensamente, a ligao C=C, absorve apenas fracamente, evitando assim qualquer confuso
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  • Caractersticas das Absores No que se refere forma, esta tambm importante, pois pode caracterizar melhor uma ligao. Neste caso as regies das ligaes N H e O H se sobrepem O H 3640-3200cm -1 N H3500-3300cm -1
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  • O-H C-H NH 2
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  • Tabelas de Correlao
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  • Observaes Diretas Os primeiros esforos devem permanecer na determinao da presena (ou ausncia) de dos principais grupos funcionais. C=O; OH; NH; CO; C=C; C C; C N No tente analisar em detalhes as absores ~3000cm -1.
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  • Estratgias Use lista de itens para verificar seu composto 1.Uma carbonila est presente? O grupo C=O identificado por uma absoro intensa na regio de 1820 1660cm -1. Normalmente este o pico mais intenso do espectro e ocorre no meio do espectro. 2.Se C=O est presente, confira os tipos a seguir (se estiver presente siga at o item 3)
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  • Estratgias cidos OH tambm est presente? - Absoro larga 3400- 2400cm -1 Amidas H tambm NH? Absoro mdia em ~3400cm -1 ; s vezes um pico duplo com duas metades equivalentes
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  • Estratgias steresTem CO ? - Absoro intensa ~1300 1100cm -1 AldedoH CH de aldedo? - Dois picos fracos de absoro ~2850 2750cm -1 Cetonas Se as demais forem eliminadas
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  • Estratgias 3) Se C=O estiver ausente: lcool, FenolVerificar OH Confirmar encontrando C-O ~1300 1000cm -1 AminasChecar NH Absoro mdia ~3400cm -1 terObservar C-O e ausncia de O-H
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  • Estratgias 4. Ligaes Duplas e/ou aromticos - C=C d uma absoro fraca ~1650 - Absoro de mdia para forte 1600-1450cm -1 ; geralmente implica em um anel aromtico - C-H aromtico e vinlico aparecem esquerda de 3000cm -1
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  • Estratgias 5. Ligaes Triplas - C N uma absoro mdia, fina ~2250cm -1 - C C uma absoro fraca, fina ~2150cm -1 - Verificar C-H acetilnico ~3300cm -1
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  • Sugesto Concentre esforos na identificao dos picos principais, reconhecendo sua presena ou ausncia.
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  • C 8 H 18 Alcano CH 2 bend sp 3 C-H CH 3 bend Octano
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  • C 6 H 12 1 insaturao = 1 alceno ou cicloalcano CH 2 bend sp 3 C-H Sem CH 3 bend Sem C=C stretch Ciclo-hexano
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  • C 6 H 12 1 insaturao = 1 alceno ou cicloalcano C=C sp 3 C-H sp 2 C-H 1-hexeno
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  • C 6 H 10 2 insaturaes = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno cis C=C sp 3 C-H sp 2 C-H Ciclo-hexeno CH 2 bend
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  • C 8 H 14 2 insaturaes = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno CC sp 3 C-H sp C-H 1-octino CH bend
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  • C 8 H 14 2 insaturaes = 1 alcino ou cicloalceno ou um dieno CC ? sp 3 C-H sp C-H ? 4-octino CH Bend ?
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  • C7H8C7H8 4 insaturaes = verificar aromtico tolueno sp 2 C-H Mono subst. oop Estiramento C=C aromtico sp 3 C-H
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  • C 10 H 14 4 insaturaes = verificar aromtico orto-dietilbenzeno sp 2 C-H orto subst. oop Estiramento C=C aromtico sp 3 C-H
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  • C 10 H 14 4 insaturaes = verificar aromtico sp 2 C-H meta subst. Estiramento C=C aromtico sp 3 C-H meta subst. oop meta-dietilbenzeno
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  • C 10 H 14 4 insaturaes = verificar aromtico sp 2 C-H para subst. Estiramento C=C aromtico sp 3 C-H para subst. oop para-dietilbenzeno
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  • C 6 H 14 O Sem insaturaes CH 2 bend sp 3 C-H Estiramento OH 1-hexanol C-O stretch CH 3 bend
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  • C7H8OC7H8O 4 insaturaes = verificar aromtico sp 2 C-H para subst. Estiramento C=C aromtico p-cresol Estiramento OH C-O stretch para subst. oop
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  • CH 2 bend sp 3 C-H Dibutil-ter C-O stretch CH 3 bend C 6 H 14 O Sem insaturaes
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  • CH 2 bend sp 3 C-H nonanal CH 3 bend C 9 H 18 O sp 2 C-H Aldedo C=O 1 insaturao (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) C=O sobretom
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  • CH 2 bend CH 3 bend C=O sobretom 1 insaturao (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) sp 3 C-H 3-pentanona C 5 H 10 O
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  • C=O 1 insaturao (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) cido isobutrico C 5 H 10 O sp 3 C-H O H stretch. C-O stretch O-H oop
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  • C=O sp 3 C-H C-O stretch 1 insaturao (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada) Etil-butirato C 6 H 12 O 2
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  • C=O C-N stretch propionamida C 3 H 7 NO NH 2 stretch N-H oop 1 insaturao (C=C, C=O, C=N ou cadeia fechada)
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  • C-N stretch N-H oop CH 2 bend CH 3 bend NH 2 bend sp 3 C-H NH 2 butilamina C 4 H 11 N
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  • CN butironitrila C4H7NC4H7N
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  • Exerccio 1 Relacione cada uma estrutura qumica apresentada com um dos espectros de infra-vermelho a seguir
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  • Exerccio 2 Considere as estruturas a seguir: Indique para cada uma, que picos de absoro so esperados e quais no

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