Energia Si basa sullo studio delle interazioni delle molecole con radiazioni elettromagnetiche di lunghezza d’onda compresa tra 200 e 380 nm (UV) e tra.

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1 Energia Si basa sullo studio delle interazioni delle molecole con radiazioni elettromagnetiche di lunghezza d’onda compresa tra 200 e 380 nm (UV) e tra 380 e 780 nm (regione del visibile). Spettro della radiazione elettromagnetica

2 Transizioni elettroniche Solo le transizioni di elettroni n e  hanno energie nel range 200-800 nm, quindi rivelabili con l’UV-visibile L’interazione di tali radiazioni con una molecola organica può provocare la transizione di un elettrone da un orbitale molecolare di legame o di non legame ad un orbitale vuoto di antilegame, e può comportare quindi il passaggio della molecola dallo stato elettronico fondamentale ad uno dei vari stati elettronici eccitati possibili.

3 quantizzati I livelli energetici delle molecole sono quantizzati, pertanto solo i fotoni aventi energia pari a quella di separazione tra due livelli vengono assorbite. A differenza degli atomi, nelle molecole vi sono livelli energetici vibrazionali e rotazionali che si aggiungono ai livelli elettronici. Spettri di assorbimento delle molecole Solo transizioni elettroniche: spettro a righe Transizioni elettroniche + vibrorotazionali : inviluppo o banda Spettro reale: banda larga centrata sulla della transizione elettronica

4 Lo spettro di assorbimento di un composto in soluzione si presenta generalmente come una curva in cui le unità di assorbimento sono riportate sull’asse delle ordinate contro la lunghezza d’onda della radiazione incidente sull’asse delle ascisse. Spettri di assorbimento delle molecole (nm) A A (assorbimento o densità ottica) è definita come A=log (1/T)= log (I 0 /I) T = trasmittanza ; I 0 =intensità della radiazione incidente sul campione I =intensità della radiazione emergente dal campione

5 Legge di Lambert -Beer A=  b c  = assorbività molare (o coefficiente di estinzione molare): dipende dall'analita e dalla lunghezza d'onda b = lunghezza del percorso del raggio nel campione c = concentrazione molare della specie assorbente (moli/L soluzione) Analisi quantitativa (spettrofotometria) L'assorbanza è direttamente proporzionale alla concentrazione: A = k[c] La quantificazione è accurata solo se, alla lunghezza d’onda di analisi, l’analita è l’unica specie assorbente

6 in termini quantitativi l’intensità di una banda al massimo di assorbimento E’ il parametro comunemente utilizzato per esprimere in termini quantitativi l’intensità di una banda al massimo di assorbimento L’assorbività molare è relazionata al quadrato del momento elettrico indotto dalla transizione e pertanto aumenta con la variazione di distribuzione della densità elettronica associata alla transizione. capacità intrinseca è un parametro caratteristico di una data molecola per lunghezza d’onda, solvente e temperatura ben definiti L’epsilon quindi riflette la “capacità intrinseca” di una molecola di assorbire la radiazione, ovvero la probabilità che l’interazione tra i fotoni di opportuna lunghezza d’onda e la molecola dia luogo ad assorbimento, ed è un parametro caratteristico di una data molecola per lunghezza d’onda, solvente e temperatura ben definiti. La lunghezza d’onda del massimo di assorbimento dipende esclusivamente dalla differenza di energia tra i livelli elettronici implicati nella transizione, ma non è in alcuna relazione con l’intensità dell’assorbimento, che dipende dalla efficacia dell’interazione e quindi dalla probabilità dell’assorbimento. Assorbività molare o coefficiente di estinzione molare Assorbività molare o coefficiente di estinzione molare (  epsilon)

7 Spettrofotometro Sorgente di radiazione UV e/o visibile Sistema di dispersione Campione Fenditura Rivelatore a serie di diodi Monocromatore Fotomoltiplicatore A singolo raggio Rivelazione con fotomoltiplicatore A singolo raggio Rivelazione a fotodiodi Campione Fenditura Sistema di dispersione

8 Esecuzione dello spettro e determinazione epsilon Celle in vetro o in materiale plastico sono utilizzabili al di sopra di circa 320 nm, mentre per spettri nell’UV sono indispensabili celle in quarzo fuso o in silice sintetica fusa di elevata purezza, con buona trasparenza fino a circa 200 nm. Il volume delle celle (da decine di ml fino a vari ml) così come la lunghezza (da 1 a 100 mm), che determina il cammino ottico, possono variare, e la scelta è dettata dal tipo di analisi e la concentrazione del campione. La determinazione sperimentale del coefficiente di estinzione molare in corrispondenza del massimo di assorbimento (  max ) si effettua per tentativi variando la concentrazione del campione in modo da ottenere un valore di A prossimo all’unità

9 Relazioni tra struttura e proprietà spettrofotometriche di molecole organiche Alcuni esempi di gruppi cromoforici con i relativi coefficienti di estinzione molare o assorbività molare () Alcuni esempi di gruppi cromoforici con i relativi coefficienti di estinzione molare o assorbività molare (  ) CromoforoEsempioTransizione max, nm  Solvente C=CEtene   *  *17115,000esano CCCC1-Esino   *  *18010,000esano C=OEtanale n   *    * 290 180 15 10,000 esano N=ONitrometano n   *    * 275 200 17 5,000 etanolo C-X X=Br X=I Metil bromuro o ioduro n   * 205 255 200 360 esano

10 Lunghezza d’onda Coefficiente di estinzione molare. Spostamento Batocromico Effetto Ipocromico Effetto Ipercromico Spostamento Ipsocromico Lo spostamento del massimo di assorbimento di un cromoforo a lunghezze d’onda maggiori si definisce spostamento (shift) batocromico, o verso il rosso, mentre l’effetto opposto (spostamento a lunghezze d’onda inferiori) viene detto spostamento (shift) ipsocromico o verso il blu

11 Lo spostamento batocromico corrisponde ad una diminuzione della differenza di energia tra gli orbitali impegnati nella transizione elettronica a causa di una maggiore delocalizzazione degli elettroni. C=C C=C - C=C g*g* uu g*g* u*u* gg uu g*g* uu **   C=C C=C - X X  Ea <  E Auxocromo Cromoforo  Ec <  E Effetto della coniugazione di due cromofori etilenici.

12 Il colore è la percezione che deriva dalla composizione spettrale della luce (visibile) che colpisce la retina. Il colore: radiazione assorbita e nostra percezione

13 Esempio di spettro UV-visibile di un’aldeide insatura. La banda a 395 nm rende conto del fatto che il composto è colorato in arancio, colore complementare rispetto al violetto che corrisponde alla regione spettrale interessata (~ 400 nm)

14 La ns esercitazione Il dibenzalacetone presenta una coniugazione incrociata (“cross conjugation”) Esistono situazioni in cui tre o più cromofori coniugati sono disposti in maniera tale da non consentire una delocalizzazione elettronica estesa all’intero sistema, come nel caso di composti contenenti unità strutturali di tipo 1,4-pentadien-3-onica Realizzazione dello spettro UV-Visibile di 1) Dibenzalacetone 2) Aldeide cinnammica 3) Benzaldeide Parte I: Confronto dei cromofori di composti con strutture relazionate Come solvente viene utilizzato l’etanolo che non presenta assorbimento nella regione di interesse

15 La ns esercitazione Parte II: Determinazione del coefficiente di estinzione molare del dibenzalacetone Utilizziamo una soluzione del dibenzalacetone in etanolo: si scioglie una quantità pesata del composto in etanolo e si porta a volume la soluzione in un matraccio. NON è possibile fare diluizioni successive della soluzione!!! Per determinare il coefficiente di estinzione molare dobbiamo calcolare la concentrazione molare del composto, prendere nota del massimo/i di assorbimento del composto nonché del cammino ottico della cella e poi applicare la legge di Lambert e Beer Si trasferisce la soluzione nella cella e si registra lo spettro UV vis. Si prende nota della posizione dei massimi e dell’assorbanza in corrispondenza dei massimi