QUIMICA ORGANICA DE BIOPROCESOS. CEBI_A3_ 4: Espectroscopía (1º parte)

Transcripción

1 CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL FCEyN-INTI Materia de Articulación CEBI_A3 QUIMICA ORGANICA DE BIOPROCESOS Docente a cargo: Dra. Silvia Flores CEBI_A3_ 4: Espectroscopía (1º parte)

2 Espectroscopía Fundamentos

3 Espectroscopía Fundamentos Estudia la respuesta de la materia frente a la interacción con las radiaciones electromagnéticas (EM). El tipo de interacción dependerá de la energía EM E = h υ Energía (KJ/mol) Interacción Espectroscopía <0.001 Spin nuclear RMN Rotacional Microondas Vibracional IR, Raman Electrónica (capaexterna) UV/Vis Fluorescencia CD >2400 Electrónica (capa interna) Fluorescencia de RX Las moléculas l poseen partículas cargadas: - electrones cargados negativamente en movimiento en los orbitales enlazantes - Núcleos cargados positivamente

4 Espectroscopía UV/Vis Fundamentos

5 Espectroscopía UV/Vis Basada en la absorción de la radiación UV/Vis ( nm) por parte de la materia Muestra b A: Absorbancia c: concentración (mol/cm 3 ) b: paso óptico (cm) ε: coeficiente de absortividad molar (cm 2 /mol)

6 Espectroscopía UV/Vis Tipos de transiciones electrónicas E=hυ ΔE Antienlazante σ (σ*) Antienlazante π (π*) No enlazante n Enlazante π Enlazante σ σ σ* Todos los compuestos orgánicos (alcanos) Alta E (λ<150nm) π σ* Compuestos con C=C, C=X, C C, C N Alta E (λ<150nm) σ π* Baja intensidad n σ* Compuestos con heteroátomos con orbitales no enlazantes (C-X) λ<200nm π n π* Compuestos con C=C, C=X, C C, C N Alta E (λ~150nm) λ>200nm si existe conj. π* Compuestos con enlaces múltiples y Baja E (λ>100nm) heteroátomos (C=N, C=O, C N, NO 2 ) Baja intensidad

7 Espectroscopía UV/Vis Algunas definiciones Cromóforo: grupo funcional responsable de las absorciones electrónicas. -Puede presentar un heteroátomo (halogenuros de alquilo, alcoholes, éteres, aminas, tioles, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, amidas, tiocetonas, azo y nitrocompuestos). -Puede presentar insaturación (C=C, C C aislados, dobles enlaces conjugados y compuestos aromáticos). Efecto batocrómico (sobre λ): corrimiento de la banda de absorción a λ más grandes («hacia el rojo») debido a sustituciones o al solvente. Efecto hipsocrómico (sobre λ): corrimiento de la banda de absorción a λ más chicas («hacia el azul») debido a sustituciones o al solvente. Efecto hipercrómico (sobre I): Incremento de la intensidad de absorción. Efecto hipocrómico (sobre I): Disminución de la intensidad de absorción.

8 Espectroscopía UV/Vis Dobles enlaces conjugados Disminuye la energía de la transición π π* Efecto batocrómico

9 Espectroscopía UV/Vis Compuestos aromáticos

10 Espectroscopía UV/Vis Bencenos sustituidos con cromóforos

11 Espectroscopía UV/Vis Efecto del solvente Prótico (dador de puentes de H): se observa un desplazamiento hipsocrómico para la banda de absorción n π* Polaridad: a mayor polaridad, en general, se observa un Polaridad: a mayor polaridad, en general, se observa un desplazamiento batocrómico para la banda de absorción π π*

12 Espectroscopía UV/Vis Equipamiento Espectrofotómetro tó t de doble haz Espectrofotómetro de arreglo de diodos

13 Espectroscopía UV/Vis Aplicaciones - Caracterización de compuestos orgánicos - Seguimiento de reacciones químicas - Desplazamiento de bandas - Cuantificación ió de reactivos y productos - Identificación de intermediarios - Estudios cinéticos y termodinámicos - Determinación de constantes de velocidad - Determinación de constantes de equilibrio - Análisis cuantitativo de productos químicos Ventajas Analitos en solución. Se puede utilizar agua o sv orgánicos Casi todos los compuestos orgánicos absorben en el rango UV/Vis Corto tiempo de medición. Puede implementarse como control de proceso. Bajo costo de instalación y mantenimiento Desventajas La sensibilidad y el rango de concentraciones para una cuantificación (linealidad) depende de la sustancia de interés No aporta información estructural detallada del analito Muchas interferencias

14 Espectroscopía IR Basada en la absorción de la radiación IR ( cm -1 o μm) por parte de la materia La energía recibida produce vibraciones moleculares (b) IR cercano ( cm -1 ): transiciones desde el estado fundamental a estados excitados superiores (sobretonos) o bandas de combinación. IR medio ( cm -1 ): transiciones desde el estado fundamental al primer estado excitado IR lejano ( cm -1 ) : transiciones asociadas a cambios conformacionales

15 Espectroscopía IR-cercano Equipamiento similar a UV/Vis (770 nm 3000 nm), con lámpara de tungsteno y celda de cuarzo. Solventes transparentes en toda la banda espectral: CCl 4,CS 2 ). Se puede implementar en modo absorción o reflexión (para sólidos). Aplicaciones: Identificación y cuantificación de sustancias con presencia de enlaces C-H, N-H y O-H (grupos funcionales alcohol, carbonilo, aminas). Cuantificación de agua (humedad), proteínas, grasas e hidrocarburos de bajo peso molecular en productos agrícolas y alimentos.

16 Espectroscopía IR-cercano 1940 nm: agua

17 Espectroscopía IR-medio Útil para detectar bandas fundamentales de grupos funcionales. Se trabaja entre cm -1 ( μm). ) Se pueden diferencias dos sub-zonas: Bandas características de grupos funcionales: cm -1 Bandas distintivas de cada compuesto en particular (huella p p ( digital): cm -1.

18 Espectroscopía IR-medio

19 Espectroscopía IR-medio Modos normales de vibración: 3n - 6 Ancho de la señal: efecto de asociaciones Intensidad de la señal: momento dipolar del enlace

20 Espectroscopía p IR-medio Equipamiento Espectrómetro Interferométrico infrarrojo de transformada de Fourier (FT-IR)

21 Espectroscopía p IR-medio Equipamiento Espectrómetro Interferométrico infrarrojo de transformada de Fourier (FT-IR) Ventajas: Mayor rapidez de adquisición Mejor rendimiento de la señal: al tener pocos instrumentos ópticos (no se utilizan elementos dispersivos: prismas o redes), llega gran cantidad de potencia radiante al detector: mayor relación señal/ruido en todo el espectro. Alta resolución de longitudes de onda

22 Espectroscopía IR-medio Aplicaciones: Análisis cualitativo: caracterización de compuestos orgánicos a través de la asignación de bandas características de grupos funcionales Análisis cuantitativo: Absortividad de bandas resueltas Estudio de interacciones entre componentes de una mezcla Corrimiento de bandas Seguimiento de reacciones químicas y productos de reacción Corrimiento y aparición / desaparición de bandas. Ventajas: Se puede medir en transmisión o reflexión Las muestras pueden ser: gaseosas, líquidas, sólidas (películas delgadas, pastilla, polvos). Portamuestras de haluros alcalinos (KCl) y de plata, germanio son transparentes en todo el espectro. Costo moderada d de instalación ió ymantenimiento i t Desventajas: No es posible utilizar agua como sv. Otros sv no son transparentes en todo el espectro. Ambiente con poca de humedad (50% HR). Descontar el pico de CO 2 en el background.

23 Espectroscopía IR-lejano Se aplica en el espectro de cm -1 ( μm). Vibraciones de tensión y flexión de enlaces entre átomos metálicos (Ar > 19) )y ligandos inorgánicos u orgánicos. Aplicaciones: Estudio de compuestos inorgánicos y organometálicos En moléculas de átomos ligeros, da información acerca de los modos de flexión del esqueleto (más de dos átomos). Observación de rotación pura de gases (moléculas polares). Estudio de cambios conformacionales.