La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

SPETTROSCOPIA IR Laboratorio di Chimica Organica 2 - Prof. Cristina Cimarelli L27 - CHIMICA - AA 2014-2015.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "SPETTROSCOPIA IR Laboratorio di Chimica Organica 2 - Prof. Cristina Cimarelli L27 - CHIMICA - AA 2014-2015."— Transcript della presentazione:

1 SPETTROSCOPIA IR Laboratorio di Chimica Organica 2 - Prof. Cristina Cimarelli L27 - CHIMICA - AA

2 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA Interazioni radiazione-materia quantizzazione dell’energia assorbimento dell’energia in quantità discrete = Se l’energia molecolare variasse con continuità, non saremmo in grado di ottenere nessuna informazione sulla struttura di una sostanza chimica dallo studio dell’interazione tra materia e radiazione elettromagnetica. L’eventuale energia fornita al sistema verrebbe infatti assorbita dalla sostanza senza soluzione di continuità, qualunque fosse la sua struttura. Ciò naturalmente precluderebbe ogni possibilità di differenziare una molecola dall’altra e di sapere in cosa due molecole siano tra loro diverse.

3 microonde SPETTROSCOPIA INFRAROSSA FIR NIR visibile LWIR MWIR SWIR 10 cm cm cm cm cm cm -1 Molecole organiche cm -1

4 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA  E = h transizione E0E0 E1E1 E2E2 E3E3 EE EE quanto di energia livelli energetici frequenza della radiazione costante di Planck 6.26 x J s molecole -1 Quando  E corrisponde ai  E dei livelli energetici della molecola ha luogo una TRANSIZIONE. Un rivelatore a valle della molecola registra l’assorbimento della radiazione e quindi un SEGNALE. L’insieme dei segnali costituisce lo SPETTRO. Variando si ottengono vari  E

5 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA Non è sufficiente che la radiazione abbia la stessa energia di una transizione all’interno della molecola, per avere assorbimento. E’ necessario che la radiazione interagisca con i moti elettronici (nucleari o molecolari) della molecola. Ciò significa che la radiazione deve provocare dei cambiamenti nelle proprietà elettriche o magnetiche della molecola, tali da interagire con i campi elettrici o magnetici oscillanti della radiazione. Nella spettroscopia infrarossa i moti molecolari possono dare luogo a variazioni del momento di dipolo elettrico della molecola. Nel caso della CO 2 lo stretching simmetrico non dà variazione del momento di dipolo, mentre quello asimmetrico sì. = 0 / /

6 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA VIBRAZIONI DEGLI ATOMI IN UNA MOLECOLA VARIAZIONE DEL MOMENTO DI DIPOLO ELETTRICO INTERAZIONE COL CAMPO ELETTRICO DI UNA RADIAZIONE ESTERNA SPETTRO IR

7 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA MOLECOLA SEMPLICE IR < 100 cm -1 assorbimento quantizzato 10 2 cm -1 < IR < 10 4 cm -1 rotazione molecolare spettro costituito da LINEE DISCRETE vibrazione molecolare spettro costituito da BANDE 1 vibrazione molecolare + n rotazioni molecolari SPETTRO COMPLESSO facile identificazione dei composti ignoti per confronto

8 IR organico SPETTROSCOPIA INFRAROSSA massa relativa degli atomi costanti di forza dei legami geometria degli atomi espresse in NUMERO D’ONDA (cm -1 ) proporzionale all’energia delle vibrazioni spettri vibro-rotazionali 400 < < 4000 cm -1 intensità della banda Trasmittanza T Assorbanza A A = log 10 1/T weak medium strong

9 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA Il numero di vibrazioni possibili in una molecola poliatomica di n atomi è 3n Se ciascun atomo ha 3 gradi di libertà di movimento lungo gli assi x, y e z 3 gradi di libertà TRASLAZIONALE della molecola nel suo insieme, lungo gli assi x, y e z 3 gradi di libertà ROTAZIONALE della molecola attorno agli assi x, y e z (2 gradi per le molecole lineari) di cui: quindi in totale si ha: 3n - 6  vibrazioni fondamentali per una molecola non lineare 3n - 5  vibrazioni fondamentali per una molecola lineare STRETCHING (stiramento) BENDING (piegamento) allora

10 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA Alcuni esempi: n = 3 3n - 6 vibrazioni fondamentali: 3 x = 3 n - 1 vibrazioni di stretching: = 2 2n - 5 vibrazioni di bending: 2 x = 1 n = 3 3n - 5 vibrazioni fondamentali: 3 x = 4 n - 1 vibrazioni di stretching: = 2 2n - 4 vibrazioni di bending: 2 x = 2 modo normale di vibrazione vibrazione di scheletro vibrazione di gruppo impronta digitale ( cm -1 ) frequenze caratteristiche dei gruppi funzionali ( cm-1)

11 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA VIBRAZIONI MOLECOLARI vibrazione lungo l’asse molecolare, che provoca un aumento o una diminuzione della distanza interatomica STRETCHING movimento di un gruppo di atomi rispetto al resto della molecola senza che gli atomi nel gruppo si muovano uno rispetto all’altro BENDING cambiamento nell’angolo di legame tra legami con un atomo in comune IR vibrazioni molecolari che danno un cambiamento ritmico del momento di dipolo molecolare

12 SPETTROMETRO IR SORGENTE CAMPIONE/BIANCO AZZERAMENTORETICOLOTARATURA (LASER)CAMPIONE INTERFEROMETRO RIVELATORE AMPLIFICATORE MEMORIA DATI REGISTRATORE SPETTRO ELABORATORE FT SCHERMO/STAMPANTE classicotrasformata di Fourier

13 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR Si può dividere lo spettro IR in 5 zone: cm -1 - STRETCHING DEI LEGAMI O-H, N-H, C-H 3600 cm -1 Stretching dei gruppi O-H di alcoli o fenoli diluiti; H non impegnato in legame a ponte idrogeno. Di solito questo segnale è accompagnato da un segnale a cm -1 tipico dell’H impegnato in legame a ponte idrogeno

14 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR Si può dividere lo spettro IR in 5 zone: cm -1 - STRETCHING DEI LEGAMI O-H, N-H, C-H 3600 cm -1 Stretching dei gruppi O-H di alcoli o fenoli diluiti; H non impegnato in legame a ponte idrogeno. Di solito questo segnale è accompagnato da un segnale a cm -1 tipico dell’H impegnato in un legame a ponte idrogeno

15 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR cm -1 - STRETCHING DEI LEGAMI O-H, N-H, C-H cm -1 Stretching dei gruppi COO-H degli acidi carbossilici. La banda è molto larga perché di solito questi composti formano dimeri e trimeri e l’H è impegnato in legame a ponte idrogeno. Banda diagnostica del gruppo funzionale.

16 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR cm -1 Stretching dei gruppi NH 2 ; due bande: simmetrico e asimmetrico cm -1 Stretching delle ammine secondarie e delle ammidi; bande singole

17 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR 3000 cm -1 Stretching del C-H, bande medie. C-H alcano C-H vinilico o aromatico C-H alchini terminali < 3000 cm -1 ( ) 3100 cm -1 < < 3000 cm cm -1 C-H alchini terminali C-H aromatici

18 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR 3000 cm -1 Stretching del C-H, bande medie. C-H aldeidi cm cm -1 assorbimento diagnostico del gruppo funzionale

19 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR cm cm -1 - POCHI SEGNALI MA DIAGNOSTICI Stretching dei tripli legami Negli alchini simmetrici il segnale non c’è perché non cambia il momento di dipolo

20 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR cm -1 - SEGNALI DEL GRUPPO CARBONILE O ACILE cm cloruri acilici acidi carbossilici aldeidi esterichetoni

21 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR cm-1 - SEGNALI DEL GRUPPO CARBONILE O ACILE Fattori che influenzano la posizione del C=O: doppi legami, sistemi coniugati: cm cm cm cm cm cm cm -1 inserimento in un ciclo (tensione d’anello): maggiore è la tensione d’anello, maggiore è la frequenza di assorbimento

22 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR cm -1 - SEGNALI DI VARI TIPI DI LEGAME cm -1 Bending del legame N-H di ammine e ammidi Stretching del doppio legame C=C degli alcheni cm -1 Se coniugati - 20 cm -1 Stretching del legame C-C aromatico cm -1 Bending del legame C-H cm -1 Stretching simmetrico e asimmetrico del gruppo NO 2 in molecole alifatiche cm -1 in molecole aromatiche cm cm -1 medie deboli

23 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR cm -1 - FINGERPRINT cm -1 Segnali non dovuti a legami ma a combinazioni di frequenze FINGERPRINT caratteristica di ciascuna molecola cm -1 Bending del C-H cm -1 Bending nel piano dei C-H alifatici Stretching dei legami C-X cm -1 - GLI ULTIMI SEGNALI

24 RICAPITOLANDO non H bond H-bond alifatici aromatici stretching C-C aromatici stretching O-Hstretching C-H

25 RICAPITOLANDO stretching C-H aldeidico stretching C=O

26 RICAPITOLANDO C-H alchini terminali C-H aromatici stretching del triplo legame C-C

27 RICAPITOLANDO alifatici aromatici stretching C=O stretching C-H

28 INTERPRETAZIONE DEGLI SPETTRI IR Regione (cm -1 )LegamiComposti O-H -N-H = C-H alcoli, acidi carbossilici, ammine, ammidi, alchini C-Halcheni, areni C-Hgruppi alifatici C-Haldeidi PO-H S-H P-H ossiacidi fosforici, mercaptani, fosfine C = C- -C = N alchini, nitrili C=Ocomposti contenenti un carbonile C=C C=N N-H composti insaturi, aromatici eterocicli insaturi ammidi, ammine, amminoacidi C-H NO 2 nitroderivati, alcani, alcheni C-O S=O P=O alcoli, eteri, esteri composti solforati e fosforati =C-H N-H alcheni ed areni ammine C-Xcomposti alogenati Riassunto delle principali frequenze presenti nello spettro IR

29 UNA UTILE BANCA DATI ONLINE NIST Chemistry WebBook: National Institute of Standards and Technology


Scaricare ppt "SPETTROSCOPIA IR Laboratorio di Chimica Organica 2 - Prof. Cristina Cimarelli L27 - CHIMICA - AA 2014-2015."

Presentazioni simili


Annunci Google