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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)
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Espectroscopía
Fundamentos
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Espectroscopía
FundamentosEstudia la respuesta de la materia frente a la interacción con las radiaciones electromagnéticas (EM).El tipo de interacción dependerá de la energía EM
Las moléculas poseen partículas cargadas: - electrones cargados negativamente en movimiento en los orbitales
enlazantes- Núcleos cargados positivamente
Energía (KJ/mol) Interacción Espectroscopía
<0.001 Spin nuclear RMN
1.2 - 0.001 Rotacional Microondas
120 - 6 Vibracional IR, Raman
2400 - 170 Electrónica (capa externa) UV/Vis – Fluorescencia - CD
>2400 Electrónica (capa interna) Fluorescencia de RX
E = h υυυυ
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Espectroscopía UV/Vis
Fundamentos
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Espectroscopía UV/VisBasada en la absorción de la radiación UV/Vis
(200 – 800 nm) por parte de la materia
A: Absorbancia
c: concentración
(mol/cm3)
b: paso óptico (cm)
εεεε: coeficiente de
absortividad molar
(cm2/mol)
Muestra
b
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Espectroscopía UV/VisTipos de transiciones electrónicas
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 com orbitalesno enlazantes (C-X) λ<200nm
π π* Compuestos con C=C, C=X, C≡C, C≡N Alta E (λ~150nm)λ>200nm si existe conj.
n π* Compuestos con enlaces múltiples y Baja E (λ>100nm) heteroátomos (C=N, C=O, C≡N, NO2) Baja intensidad
Antienlazante σ (σ*)Antienlazante π (π*)
No enlazante n
Enlazante πEnlazante σ
E=hυυυυ∆∆∆∆E
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Espectroscopía UV/VisAlgunas 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 λλλλ): corrimiento de la banda de absorción a λmás grandes («hacia el rojo») debido a sustituciones o al solvente.Efecto hipsocrómico (sobre λλλλ): corrimiento de la banda de absorción a λmás 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.
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Espectroscopía UV/VisDobles enlaces conjugados
Disminuye la energía de la transición π π*
Efecto
batocrómico
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Espectroscopía UV/VisCompuestos aromáticos
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Espectroscopía UV/VisBencenos sustituidos con cromóforos
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Espectroscopía UV/VisEfecto 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 desplazamiento batocrómico para la banda de absorción π π*
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Espectroscopía UV/VisEquipamiento
Espectrofotómetro de doble haz
Espectrofotómetro de arreglo de diodos
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Espectroscopía UV/Vis
Aplicaciones- Caracterización de compuestos orgánicos
- Seguimiento de reacciones químicas
- Desplazamiento de bandas
- Cuantificación 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
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Espectroscopía IRBasada en la absorción de la radiación IR
(13000 - 400 cm-1 o 0.77 – 400 µµµµm)
por parte de la materia La energía recibida produce
vibraciones moleculares (b)
IR cercano (13000–4000 cm-1):
transiciones desde el estado
fundamental a estados
excitados superiores
(sobretonos) o bandas de
combinación.
IR medio (4000-650 cm-1 ):
transiciones desde el estado
fundamental al primer estado
excitado
IR lejano (650-250 cm-1) :
transiciones asociadas a
cambios conformacionales
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Espectroscopía IR-cercano
• Equipamiento similar a UV/Vis (770 nm – 3000 nm), con lámpara detungsteno y celda de cuarzo.
• Solventes transparentes en toda la banda espectral: CCl4, CS2).• 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 ehidrocarburos de bajo peso molecular en productos agrícolas yalimentos.
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Espectroscopía IR-cercano
1940 nm: agua
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Espectroscopía IR-medio
• Útil para detectar bandas fundamentales de grupos funcionales.
• Se trabaja entre 4000 – 650 cm-1 (2.5 – 15 µm).
• Se pueden diferencias dos sub-zonas:
•Bandas características de grupos funcionales: 4000 – 1250 cm-1
•Bandas distintivas de cada compuesto en particular (huelladigital): 1250 – 650 cm-1.
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Espectroscopía IR-medio
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Espectroscopía IR-medio
� Ancho de la señal: efecto de asociaciones
� Intensidad de la señal: momento dipolar del enlace
Modos normales
de vibración:
3n - 6
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Espectroscopía IR-medioEquipamientoEspectrómetro Interferométrico infrarrojo de transformada de Fourier (FT-IR)
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Espectroscopía IR-medioEquipamientoEspectrómetro 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
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Espectroscopía IR-medioAplicaciones:
• Análisis cualitativo: caracterización de compuestos orgánicos a través de laasignación 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 de instalación y mantenimientoDesventajas:
• No es posible utilizar agua como sv. Otros sv no son transparentes en todo elespectro.
• Ambiente con poca de humedad (50% HR). Descontar el pico de CO2 en elbackground.
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Espectroscopía IR-lejano
Se aplica en el espectro de 200 – 10 cm-1 (50 – 1000 µm).Vibraciones de tensión y flexión de enlaces entre átomos metálicos (Ar > 19) y ligandos inorgánicos u orgánicos.
Aplicaciones:
Estudio de compuestos inorgánicos y organometálicosEn 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.