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A espectroscopia de infravermelho ou infravermelho é uma técnica usada para caracterizar ligações covalentes.
Moléculas com certos tipos de ligações covalentes podem absorver a radiação infravermelha, fazendo com que as ligações vibrem. Um espectrofotômetro IR pode medir quais frequências são absorvidas. Isso geralmente é representado com um espectro de porcentagem de radiação IR transmitida através da amostra em uma determinada frequência em números de onda. Nesse tipo de espectro, os picos são invertidos, pois representam uma diminuição da luz transmitida nessa frequência.
As frequências absorvidas dependem da identidade e do ambiente eletrônico das ligações, dando a cada molécula um espectro característico. No entanto, cada tipo de ligação absorverá a radiação infravermelha dentro de uma faixa de frequência específica e terá uma forma de pico e força de absorção comuns. Os picos podem, portanto, ser atribuídos a ligações específicas, permitindo a identificação de um composto desconhecido do espectro IR.
Este vídeo ilustrará a caracterização de um composto orgânico desconhecido com espectroscopia IR e apresentará algumas outras aplicações da espectroscopia IR em química orgânica.
Uma ligação covalente entre dois átomos pode ser modelada como uma mola conectando dois corpos com massas m1 e m2. Essa "mola" tem uma frequência de ressonância, que, neste caso, é a frequência da luz correspondente ao quantum de energia necessário para excitar uma oscilação na ligação nessa mesma frequência, mas com amplitude ainda maior.
A frequência de ressonância de uma ligação depende da força e comprimento da ligação, da identidade dos átomos envolvidos e do ambiente. Por exemplo, uma ligação conjugada vibrará em uma faixa de frequência diferente de uma ligação não conjugada.
A frequência de ressonância também depende do modo vibracional, que é o padrão de oscilação dos átomos dentro de uma molécula. Os modos vibracionais mais comuns observados pela espectroscopia IR são alongamento e flexão. As moléculas lineares têm 3N menos 5 modos vibracionais, onde N é o número de átomos, e as moléculas não lineares têm 3N menos 6 modos vibracionais.
A espectrofotometria IR é realizada principalmente pela emissão de uma fonte de luz de amplo espectro através de um interferômetro, que bloqueia todos os comprimentos de onda de luz a qualquer momento, exceto alguns Um detector de infravermelho mede as intensidades de luz para cada configuração do interferômetro. Uma vez que os dados tenham sido coletados na faixa de frequência desejada, eles são processados em um espectro reconhecível pela transformada de Fourier.
A amostra pode ser gasosa, líquida ou sólida, dependendo da construção do instrumento. Para um detector padrão, gases e líquidos são colocados em uma célula com janelas transparentes por infravermelho e os sólidos são suspensos em óleo ou pressionados em uma pastilha transparente com brometo de potássio. A luz infravermelha é então direcionada através da amostra para o detector.
Um método alternativo para amostras sólidas e líquidas é a refletância total atenuada, ou ATR. Neste método, a amostra pura é colocada em contato com uma superfície de cristal. A luz infravermelha é então refletida na parte inferior do cristal em um detector, com as frequências absorvidas refletindo mais fracamente. A amostra não precisa ser processada primeiro, pois a luz não viaja através dela.
Agora que você entende os princípios da espectroscopia IR, vamos passar por um procedimento para identificar um composto orgânico desconhecido usando a técnica de amostragem ATR em um instrumento FTIR.
Para iniciar o procedimento de caracterização, ligue o espectrômetro FTIR e deixe a lâmpada aquecer até a temperatura operacional.
Certifique-se de que o cristal ATR esteja limpo. Em seguida, sem nenhuma amostra no lugar, use o software do espectrômetro para registrar um espectro de fundo.
Em seguida, obtenha uma amostra sólida de um composto orgânico desconhecido e observe sua aparência. Usando uma espátula de metal limpa, coloque cuidadosamente a amostra na superfície do cristal. Alternativamente, para amostras líquidas, uma pipeta é usada para transferir amostras para a superfície do cristal.
Aparafuse cuidadosamente a sonda até que ela trave no lugar para fixar a amostra contra a superfície do cristal.
Em seguida, colete pelo menos um espectro de infravermelho da amostra desconhecida. Após a conclusão da coleta de dados e a subtração do plano de fundo, use as ferramentas de análise do software para identificar os números de onda dos picos.
Quando terminar com o espectrômetro, remova a amostra e limpe a sonda com acetona. Salve os espectros, feche o software e desligue o espectrômetro.
Neste experimento, a amostra desconhecida pode ser um dos dez compostos orgânicos, cada um com cinco picos de IR característicos. Com base na fase e na aparência visual do desconhecido, 8 das possibilidades podem ser eliminadas.
O espectro do composto desconhecido mostra um amplo pico próximo à região de 3.300 números de onda, indicativo de uma absorção de estiramento -OH ou -NH. Os picos à direita indicam a presença de ligações duplas carbono-carbono e ligações carbono-oxigênio. Dos dois compostos restantes, apenas um tem um grupo -OH, então o composto é fenol.
A espectrofotometria IR é uma ferramenta de caracterização amplamente utilizada em biologia e química. Vejamos alguns exemplos.
Neste procedimento, a espectroscopia FTIR realizada com o método ATR foi usada para obter imagens de absorbância IR do tecido pela introdução de um componente de microscopia no instrumento. Cada pixel na imagem tinha um espectro IR correspondente, permitindo a determinação da composição molecular do tecido com excelente resolução espacial. A imagem do tecido também pode ser exibida em diferentes frequências para visualizar a distribuição dos tipos de moléculas em todo o tecido.
As vibrações moleculares dos grupos peptídicos em uma proteína são afetadas por mudanças conformacionais da proteína. Ao monitorar uma amostra de proteína com FTIR de varredura em etapas, que tem uma resolução temporal da ordem de dezenas de nanossegundos, a dinâmica da proteína pode ser monitorada por meio das mudanças em seus espectros de absorbância. Os dados podem ser apresentados como espectros individuais ou como gráficos 3D de intensidade, frequência e tempo para identificação de picos e análise posterior.
Você acabou de assistir à introdução de JoVE à espectroscopia IR. Agora você deve estar familiarizado com os princípios subjacentes da espectroscopia de infravermelho, o procedimento para espectroscopia de infravermelho de compostos orgânicos e alguns exemplos de como a espectroscopia de infravermelho é usada em química orgânica. Obrigado por assistir!
