Espectroscopia de UV-Vis y Espectroscopia de Infrarrojo Double-click MARCIA Double-click BALAGUERA-GELVES here here to to edit edit text. text. Gisela León Colón Ph. D. UPR-Bayamón
Espectroscopia y el Espectro Electromagnético Espectroscopia el estudio de la interacción de la materia y la radiación electromagnética. Existen distintos tipos de radiación electromagnética, estos se distinguen por el rango en frecuencia o en largo de onda.
El Espectro Electromagnético
Espectroscopia Cada tipo de radiación se estudia de modo distinto y de su interacción con la materia se puede sacar distinta información. UV-Vis sistema! IR grupos funcionales RMN esqueleto de carbono e hidrógeno
Relaciones de Energía Energía (E) Frecuencia(!) Largo de Onda (") E = h!! = c/" E = hc/" c = velocidad de la luz 3.00 x 10 8 m/s h = constante de Plank 6.63 x 10-34 J.s
Espectroscopia de Ultravioleta y Visible
Ultravioleta - Visible Las absorciones en esta región nos proveen información sobre dobles enlaces conjugados. La luz Ultravioleta- Visible tiene la suficiente energía para llevar a cabo una transición electrónica, es decir para promover (excitar) un electrón de un orbital molecular a otro de mas alta energía.
Transiciones Electrónicas Dependiendo de la energía necesaria para llevar a cabo la transición será el largo de onda a el cual absorbe el compuesto, según la ecuación E = hc/". La energía está cuantizada, es decir, que solo puede tomar determinados valores discretos y no un rango continuo de valores. Energia Transicion " " # Transicion n " #! * Orbital Molecular Anti Enlazante "* Orbital Molecular Anti Enlazante Orbital Molecular No Enlazante " Orbital Molecular Enlazante! Orbital Molecular Enlazante
Modelo de un Espectrómetro de UV-Vis
Espectro En un espectro de absorción se pasa un flujo continuo de radiación a través de la muestra, luego se analiza para determinar cuales longitudes de onda fueron absorbidas. Banda de Absorción Lugar donde sale el pico, que es donde el compuesto absorbió energía. Se reporta el " max y el coeficiente de absortividad molar.
Espectro
Espectro
Cromóforo La parte de la molécula que absorbe luz ultravioleta o visible. O O O O Estos compuestos tendrán un " max similar porque el cromóforo es el mismo.
Ley de Beer-Lambert A = #cl A = absorbancia de la muestra = log I o /I I o = Intensidad de la radiación inicial I = Intensidad de la radiación final c= concentración de la muestra en moles/litro l = largo de la celda en cm "= absortividad molar en l/cm. moles
El Efecto de la Conjugación Mientras mas dobles enlaces conjugados tenga un compuesto, mas alto será el largo de onda de la absorción de las transiciones n! * y!! *. Esto es así porque la diferencia en energía entre los niveles es menor. Los compuestos coloreados usualmente caen dentro de esta categoría.
El Efecto de la Conjugación
El Efecto de la Conjugación
El Efecto de la Conjugación Caroteno (455 nm) naranja - presente en las zahahorias Licopeno (474 nm) rojo presente en el tomate
El Espectro Visible y el Color Largo de Onda de Absorción (nm) 380-460 380-500 440-560 480-610 540-650 380-420 y 610-700 Color absorbido Azul-violeta Azul Azul-verde Verde Naranja violeta Color Observado Amarillo Naranja Rojo Purpura Azul verde
Espectroscopia de Infrarrojo
Consecuencias en las moléculas de la radiación en distintos rangos
Largo de Enlace El largo de enlace que se informa para cada tipo de enlace covalente, realmente es el largo promedio, porque los enlaces están constantemente alargándose y encogiéndose como un resorte. Para que la molécula pueda hacer esto necesita energía, particularmente energía en el rango de infrarrojo.
Los stretchings ocurren a lo largo de la línea que une los átomos. Los bendings cambian los ángulos de enlace.
Espectrómetro de IR
Absorción de radiación en esta región por una molécula orgánica típica resulta en la excitación de los modos vibracionales, rotacionales y de doblamiento, mientras que la molécula se mantiene en su nivel electrónico raso. Asimetría molecular es un requerimiento para la excitación por radiación infrarroja, moléculas completamente simétricas no muestran absorbencias en esta región a menos que transiciones asimétricas de estiramiento y doblamiento sean posibles.
Espectro de IR Cuando pasamos radiación de Infrarrojo por una muestra esta absorberá energía en el largo de onda correspondiente a la energía necesaria para excitar los modos vibracionales y rotacionales, cuado eso sucede la absorción se registra como una banda y disminuye el % de transmitancia. El largo de onda se reporta en µm o como número de onda que es 1/" cuando " esta en cm. Este es el modo mas común de registrarse.
Espectro de IR La región activa en IR esta entre 4,000 y 600 cm -1. Esta se divide en dos regiones Región de Grupos Funcionales Esta va de 4,000 a 1,400 cm -1. En esta región podemos identificar los grupos funcionales presentes en la molécula. Cada grupo funcional tiene una o mas absorciones que pueden ser identificadas. - Región de Huella Digital Esta región es tan individual para una molécula como la huella digital para los seres humanos.
Frecuencias de Absorción Comunes
Frecuencias de Absorción Comunes
Intensidad de las Bandas de Absorción La intensidad de la absorción esta asociada a que tan grande es el cambio en momento dipolar, mientras mas grande sea el cambio, mayor será la intensidad. Por eso la vibración O-H es más intensa que la C-H. La intensidad de la absorción también está asociada a la cantidad de enlaces que absorben en esa frecuencia.
Ley de Hooke La posición de la absorción va a estar determinada por una ecuación derivada de la ley de Hooke que describe un resorte vibrando. Esta ecuación depende de la fortaleza del enlace y las masas de los átomos que lo forman. Según esta ecuación mientras mas fuerte el enlace y mas livianos los átomos, la absorción será a mas alta frecuencia.
La Forma de las Bandas de Absorción La forma de las bandas es útil en la identificación de los grupos funcionales. Algunas son fuertes y otras débiles y algunas son anchas y otras angostas. Por ejemplo -OH es ancha y fuerte -C=O es angosta y fuerte
Vibraciones Inactivas Si la molécula es simétrica alrededor del enlace que queremos observar no habrá cambio en momento dipolar y por lo tanto no habrá absorción. Inactivo en IR
Referencias http://orgchem.colorado.edu/hndbksupport /irtutor/tutorial.html Organic Chemistry Paula Yurkanis Bruice 5ta Ed., 2007. Organic Chemistry GrahamSolomons 9na Ed., 2008. Organic Chemistry Francis Carey 6ta Ed., 2006.