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)

Espectroscopía

Fundamentos

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

Espectroscopía UV/Vis

Fundamentos

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

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

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.

Espectroscopía UV/VisDobles enlaces conjugados

Disminuye la energía de la transición π π*

Efecto

batocrómico

Espectroscopía UV/VisCompuestos aromáticos

Espectroscopía UV/VisBencenos sustituidos con cromóforos

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*

Espectroscopía UV/VisEquipamiento

Espectrofotómetro de doble haz

Espectrofotómetro de arreglo de diodos

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

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

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.

Espectroscopía IR-cercano

1940 nm: agua

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.

Espectroscopía IR-medio

Espectroscopía IR-medio

� Ancho de la señal: efecto de asociaciones

� Intensidad de la señal: momento dipolar del enlace

Modos normales

de vibración:

3n - 6

Espectroscopía IR-medioEquipamientoEspectrómetro Interferométrico infrarrojo de transformada de Fourier (FT-IR)

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

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.

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.