Fbc_ai_u2 Espectroscopia_uv-vis_191.pdf

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA

Espectroscopia UV-Vis Ingeniería Bioquímica

M.C.Q. Fernando Bedolla Cázares

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Métodos ópticos de Análisis Instrumental a. Espectroscopia Molecular: •Turbidimetría •Nefelometría •Espectroscopia UV-Vis •Espectroscopia IR b. Espectroscopia Atómica: •Espectroscopia atómica de absorción •Espectroscopia atómica de emisión

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La región del espectro de absorción “UV-Vis” engloba las radiaciones perceptibles por el ojo humano y han sido muy útiles especialmente en el campo del análisis cuantitativo, está constituida por tres zonas del espectro EM:

UV-Cercano 185-400 nm Visible 400-700 nm

IR-Cercano 700-1100 nm

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La mayoría de los espectrómetros comerciales cubren en el rango 185-900 nm. El rango inferior dependerá de la naturaleza de los materiales ópticos y la presencia de gases (v.g. O2, vapor de agua). Algunos equipos alcanzan hasta 150 nm con muestras en estado gaseoso en la región UV-vacío.

La energía de una onda electromagnética aumenta al disminuir la l y viceversa

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Matices absorbidos y complementarios

La luz que no es absorbida por el objeto se refleja y puede ser vista por el ojo

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Color absorbido

Verde azul

Azul verdoso

Azul

Naranja

Amarillo

Verde

Color complementario Nitrato de cobalto (II), Co(NO3)2 Dicromato de potasio, K2Cr2O7

Cromato de potasio, K2CrO4 Cloruro de niquel (II), NiCl2

Sulfato de cobre (II), CuSO4 Permanganato de potasio, KMnO4

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Todas las sustancias coloreadas tienen un sistema de enlaces  conjugados. OH O

CH3 CO2H

HO

OH OH O ácido carmínico

O

O

H N

O

N H

O índigo

O H

O

crocetina

La zona de longitudes de onda que se registra en un espectro UV- Vis es entre 200 y 800 nm. En esta zona no absorben dobles ni triples enlaces aislados Solo van a absorber enlaces π conjugados y heteroátomos con pares de electrones no compartidos (O, N)

H

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La absorción luminosa se da por interacción de los fotones incidentes con las especies de la muestra. Cuando una molécula aislada absorbe un fotón de la región UVVis, la energía de uno o varios electrones de valencia aumenta, perturbación que causa una serie de transiciones resultado de la suma de la energías rotacional “ERot”, vibracional “EVib”, y electrónica “EElec”:

 E tot  E Rot  E Vib  E Elec En donde: EElec>EVib>ERot

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Absorción de energía UV-Vis

Tipos de electrones absorbentes Los que participan directamente en la formación del enlace entre átomos y que están asociados a más de un átomo

Los electrones no enlazantes o externos que no participan y están localizados alrededor de átomos como O, S, N, halógenos

Enlaces sencillos: orbitales σ Doble enlace: 2 tipos de orbitales, σ (par e- enlazantes), π (el otro par)

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Transiciones electrónicas

La absorción de radiación UV/VIS se restringe a un número limitado de grupos funcionales “cromoforos” que contienen los electrones de valencia con energías de excitación relativamente bajas.

Hay tres tipos de transiciones electrónicas que implican:

▻

Electrones ,  y n

▻

Electrones d y f: Iones de los metales de transición, lantánidos y actínidos

▻

Electrones de transferencia de carga: Complejos inorgánicos

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Electrones ,  y n Se dan en iones y moléculas orgánicas. Las moléculas orgánicas son absorbentes de la radiación EM debido a la capacidad de elevar los niveles de energía de los electrones de valencia. Los enlaces sencillos absorben en el rango del UV vacío (l<185 nm), debido a la interferencia atmosférica las determinaciones se limitan a l superiores.

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La absorción UV-Vis esta limitada a los grupos “cromóforos”, que son grupos funcionales que contienen electrones de valencia con energías de excitación relativamente bajas.

Los espectros de los cromóforos orgánicos son complejos debido a la superposición de las transiciones vibracionales y las electrónicas, dando una banda de absorción ancha y en ocasiones continua.

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Tipos de electrones absorbentes en las moléculas orgánicas:

1. Los electrones de enlace entre los átomos y que se asocian con más de un átomo. 2. Los electrones antienlazantes (* ó *) y los pares no enlazados (n) de la última capa de valencia, como en el O, N, S y halógenos.

Los tipos de enlaces moleculares en el formaldehído

Niveles de energía electrónicos de los orbitales moleculares

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Son cuatro tipos de transiciones posibles:

1. → * 2.n → * 3.n → * 4. → *

Electrones implicados

Enlace

transición

λmax (nm)

Electrones σ

C-C, C-H

σ->σ*

150

-O-

n->σ*

185

-N-

n->σ*

195

-S-

n->σ*

195

C=O

n->π*

290

C=O

n->σ*

190

C=C

π->π*

190

Electrones n

Electrones π

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Auxócromos Es un sustituyente (generalmente saturado) que altera la l y el coeficiente de extinción molar (e) del máximo de absorción cuando se une a un cromóforo.

Causa el efecto batocrómico y/o el efecto hipercrómico.

Transiciones electrónicas

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Transición →* Un e- del orbital s enlazante de la molécula se excita al correspondiente * por absorción de la radiación, por lo que la molécula se encuentra en estado excitado ,*. Para la transición se requiere un alto nivel de energía, por lo que se lo que se localiza en el rango del UV-vacío. CH4, que contiene enlaces C—H sólo puede sufrir transiciones →* presenta un máximo de absorción a 125 nm.

Transición: n→*

Transiciones n→* y →*

Fenómeno característico de los La mayoría de los métodos de compuestos saturados que espectroscopia de absorción de los contienen pares de e no compuestos orgánicos se basan en compartidos (no enlazantes). estas transiciones puesto que los picos de absorción se encuentran en una Requieren menos energía que las región experimentalmente accesible →* y se producen en la región (200-700 nm). 150 a 250 nm y cuyos picos de absorción aparecen la mayoría por debajo de los 200 nm. Se requieren de grupos funcionales no saturados (electrones ) y dichos Son pocas las moléculas orgánicas centros absorbentes son denominados detectables en este rango de UV, son cromóforos; las moléculas de de e media a baja de 100 y 3000 L esqueleto carbonado conteniendo uno cm-1 mol-1. más grupos cromóforos se denominan Muestran batocromia en presencia “cromógenos”. de solventes polares.

E

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Ejemplos de algunas absorciones de disolventes y cromóforos Transición

Región del espectro electromagnético

 *

U.V. de vacío

n *

U.V. lejano

  *

U.V. cercano

n  *

Visible

Ejemplo, l max. absorción CH4 (Vapor) (125 nm) Acetona (190 nm) Benceno (203 y 250 nm) Nitrobenceno (665 nm)

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Los picos de absorción correlacionan con los tipos de enlaces en las especies en cuestión, por lo que la absorción puede ser útil para “identificar los grupos funcionales“ presentes en una molécula, pero de mayor aplicación es la determinación cuantitativa de las especies que contienen los grupos absorbentes.

La absorción de radiación UV-VIS es debida a los Cromóforos más que a la molécula en su conjunto (Identificación de Grupos Funcionales en base a su l y e).

Es común que los compuestos orgánicos muestren dos o más picos máximos de absorción en la región UV.

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Los datos se registran anotando la l y el solvente utilizando, además se indica el logaritmo del coeficiente de extinción molar (e) en la l en la que se encuentra el máximo de UV.

letanol máx 232nm(log e  4.18)

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La energía transmitida a compuestos orgánicos como el b-caroteno, es suficiente para permitir que ocurra un gran número de diferentes transiciones electrónicas entre los múltiples niveles de energía vibratorios y rotacionales.

Los valores de E son tan cercanos que la resolución completa en una solución es imposible, obteniéndose una banda amplia de absorción, conteniendo todas las transiciones superpuestas.

Cromóforos aislados

Cromóforos conjugados

Para moléculas con un mismo cromóforo, la posición e intensidad de las bandas de absorción serán constantes. Cuando hay cromóforos separados por al menos dos enlaces simples, se observa la superposición de los efectos individuales.

Cuando los cromóforos se encuentran muy cercanos entre sí, el espectro de absorción se desplaza hacia mayores l (efecto batocrómico) y con un aumento en la intensidad de la absorción (efecto hipercrómico).

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Desplazamientos del máximo de Absorción Desplazamiento batocrómico Es desplazamiento del máximo de absorción a l más largas causado por cualquier sustitución en el cromóforo o un cambio en un disolvente. Para las transiciones ,* la tendencia es hacia el rojo, en donde las fuerzas de polarización atractivas entre el disolvente y el absorbente tienden a disminuir los niveles de energía de los estados excitado o no excitado, efecto que también se presenta en las transiciones n → *.

Desplazamiento hipsocrómico

Para las transiciones n → * las l son cortas y tienden al azul conforme aumenta la polaridad del solvente, o sea, es el desplazamiento a l más cortas como resultado de una sustitución o cambio del solvente.

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Efecto de los dobles enlaces conjugados sobre la posición del máximo de absorción de la transición ,* para algunos polienos conjugados

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Desplazamientos del máximo de Absorción

Espectro de absorción del 4-(4'-hidroxiestiril)-N-metil-yoduro de piridinio en: n-butanol (1) metanol (3)

n-propanol (2) agua (4)

Espectro de fenol en iso-octano y etanol. Disolventes polares tales como el etanol muestran una resolución espectral mucho menor

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Efecto hipercrómico

Aumento del “e”; se observa como un incremento de la intensidad de la banda espectral debido a las interacciones con los componentes de la matríz molecular; disminuye la transmitancia e incrementa la absorbancia.

Efecto Hipocrómico

Reducción en el coeficiente de extinción molar “e”.

24

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Espectros UV de algunos compuestos orgánicos representativos

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Transiciones de Electrones d y f Observada en la mayoría de los metales en transición absorben en el UV o visible. Para los elementos de la primera y segunda serie de los metales en transición son los e- de 3d y 4d (v.g. Cu, Ti, Cr, V, Mn, Fe, Hg, Co, etc.). Para los lantánidos y actínidos (v.g. Holmio, Erbio, Protactinio, Samario, etc.) son el resultado de transiciones electrónicas de los ede 4f y 5f.

26

27

Espectro de absorbancia de una solución de holmio como función de la l.

Espectros de absorbancia UV-Vis de algunos iones de metales de transición

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Electrones de transferencia de carga Son de emax muy alta (>10 000). Muchos complejos inorgánicos presentan este fenómeno (complejos de

transferencia de carga).

Son de elevada sensibilidad para la detección y determinación de especies absorbentes.

complejo ferrocianuro del azul de prusia

Uno de los componentes debe ser dador y otro donador de e-, por lo que la absorción implica la transferencia de edel dador hasta un orbital del acceptor. El estado excitado es resultado de un proceso de oxido-reducción interno

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Espectro UV-Vis de la clorofila a.

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Instrumentación para Espectroscopia de Absorción Molecular UV/Vis

Arquitectura básica de un espectrofotómetro 6. Dispositivo fotoeléctrico

1. Lámpara de wolframio

2. Lente 3. Filtro

4. Obturador

5. Cubeta de la muestra

7. Medidor

Los espectrómetros están conformados por tres partes básicas: 1. Fuente de luz 2. El sistema dispersivo (monocromador) 3. El detector

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Muestra Fuente

Detector

Monocromador

Diseño de un espectrómetro de tipo secuencial de óptica normal Muestra Fuente

Sistema dispersivo

Detector de fila de Detector diodos

Espectrómetros de tipo simultáneo de óptica inversa

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Espectrofotómetro de doble haz Espectrofotómetro simple

Beckman DU 7400

Beckman DU 520

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Espectrofotómetro de Matriz: Luz de todo el rango espectral es dirigida sobre la cubeta de la muestra.

Representación gráfica de un Espectrofotómetro de arreglo en serie de diodos UV/Visible Life Science Spectrophotometer

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Fuentes de luz para instrumentos espectroscópicos

UV

Lámpara de Wolframio

CONTINUAS

Lámpara de Deuterio

Proveerán las longitudes de onda (l) requeridas para excitar a los cromóforos de las moléculas. Su elección se verá influenciada por el rango de l de trabajo, de acuerdo al uso que se le dará al equipo.

Visible/IR

Arco de Xenón

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Fuente de luz: (Continua y de potencia constante) a) Lámpara de Deuterio e Hidrógeno (región UV 160-375 nm) b) Lámpara de filamento de Wolframio (región 350-2500 nm) c) Lámpara de arco de Xenón (región de 200-1000 nm)

Lámpara de Tungsteno Lámpara de Nernst

Lámpara de Xenón

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Selectores de longitud de onda (l) Filtros Su objetivo consiste en absorber toda la radiación procedente de la fuente continua excepto una banda. Se caracterizan por su λ de transmisión máxima y el ancho efectivo de banda, que es la anchura de la banda para que la absorbancia se reduzca a la mitad. Monocromadores

Dispersan la radiación separando espacialmente las distintas λ de la luz policromática proporcionando bandas de anchura pequeña. Varían de forma continua y en un amplio Δλ y al mismo tiempo aíslan una pequeña banda de la luz policromática.

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Recipientes para las muestras Todos los métodos espectroscópicos, excepto los atómicos emplean un recipiente que contenga a la muestra.

Reciben el nombre de celda o cubeta y se fabrican de :  plástico o vidrio (para la región Visible).  Cristal silicatado para medidas entre 375 y 2000 nm (Vis e IR).

 sílice fundido (cuarzo) (para la región Visible y UV por debajo de 350 nm e IR hasta 3000 nm).  NaCl para la región del IR. La longitud mas común en la trayectoria de las cubetas para Visible y UV, suele ser de 1 cm, aunque las puede haber menores o mayores.

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Portacubetas

Refrigerante: baño termostático

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Detectores Son dispositivos que convierten una propiedad física en una señal de medida , si esa señal es eléctrica y puede amplificarse, manipularse y finalmente convertirse en números que representan la magnitud de la señal original, se trata de un transductor.

 Térmicos:  Poseen una superficie ennegrecida que al absorber la radiación IR, aumenta la temperatura, y ese aumento se convierte en una señal eléctrica que se amplifica y se mide.  Fotónicos:  Se basan en la interacción de la radiación (fotones) con una superficie reactiva que produce electrones (fotoemisión) o que eleva electrones a estados de E a los cuales pueden producir electricidad (fotoconducción).  Su uso esta restringido a las regiones UV-Visible, ya que los fotones de estas no tienen suficiente E para producir fotoemision en la región del IR.

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Efecto Fotoeléctrico Heinrich Hertz (1887) – observó que una chispa saltaba con mayor facilidad entre dos esferas cargadas cuando sus superficies se iluminaban con luz; fenómeno explicado posteriormente por Einstein (1905) y Millikan (1916) con sus observaciones del denominado fototubo de vacío:

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Fototubos: Está formado por un cátodo semicilíndrico y un ánodo de filamento en una ampolla de cuarzo o vidrio donde se ha hecho el vacío. Entre los electrodos se aplica un voltaje y el material fotosensible del cátodo (generalmente óxidos de metales alcalinos) emite electrones al ser irradiado.

Debido al voltaje aplicado entre los electrodos, los electrones se dirigen al ánodo. Por el circuito fluirá una corriente de intensidad directamente proporcional a la intensidad de la radiación que la provoca.

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Fototubos multiplicadores

Es un fototubo con una superficie fotoemisora (cátodo fotosensible), y varias superficies adicionales que emiten una cascada de electrones cuando son alcanzadas por los electrones procedentes del área fotosensible (dinodos). Al incidir cada fotoelectrón sobre la superficie del dinodo cada electrón acelerado produce nuevos electrones, que se aceleran hacia el dinodo 2, y así sucesivamente, amplificándose la señal.

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Materiales de construcción y selectores de longitud de onda (l) para Instrumentos Espectroscópicos

44

Fuentes y detectores para los Instrumentos Espectroscópicos

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Aplicaciones de la Espectroscopia UV-Vis

• Análisis Cuantitativo - Determinación de pureza Farmacia (antibióticos, hormonas, analgésicos) - Detección de impurezas. Medioambiental (fenol, fluor, cloro en agua potable y aguas resudiales). - Monitoreo de reacciones (ensayos enzimáticos) - Titulaciones fotométricas. - Determinación de constituyentes de mezclas complejas.

• Análisis Cualitativo - Detección de grupos funcionales. - Elucidación estructural (Reglas de Woodward).

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Análisis Cuantitativo •

Aplicaciones amplias para compuestos orgánicos e inorgánicos.

•

De amplia selectividad

•

Sencilla adquisición de datos.

- Determinación de azúcares reductores y totales (prueba del fenolsulfúrico), determinación de proteínas (prueba del ác. bicincónico “BCA”, Bradford, Biuret). - Turbidimetría y densidad óptica (cinéticas de crecimiento celular, biomasa).

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Ley de Lambert-Beer

También llamada de “Beer-Bouger”. “La cantidad de luz absorbida o transmitida por una solución colorida es una función exponencial de la concentración de la sustancia absorbente presente y de la longitud de la trayectoria (espesor) en donde se encuentra la muestra”.

b

* Transmitancia

* Absorbancia T = P/Po A = abc = ebc A = -log10 T = log Po/P

T = 10^-A

Po

P c

%T = 10^-A *100 %T = P/Po x 100%

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Ley de Lambert-Beer Esta relacionada con 4 factores:

b

1. Poder radiante incidente o una cantidad proporcional de él, cuando se mida con un solvente puro en el haz de luz (Po). 2. Poder radiante transmitido (P). 3. El espesor o anchura (en cm) del líquido absorbente en la celda (b).

4. La concentración de la sustancia en la solución en moles por litro (c).

Po

P c

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Esta ley se cumple cuando:

1. Se usa luz de una sola longitud de onda (monocromática). 2. La solución contiene solo una especie capaz de absorber la longitud de onda en particular. 3. Únicamente la luz transmitida a través de la solución se mide como luz emergente.

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A = ebc a es una constante de absortividad (coeficiente de extinción, absorción específica o índice de absorbencia), que es igual a la relación de la absorbencia al producto de concentración por longitud de trayectoria óptica. Cuando sus unidades son en L mol-1 cm-1 la absortividad se denomina absortividad molar o coeficiente de extinción molar “e”, en donde a mayor e se requiere menor concentración de analito para el análisis y viceversa.

b como espesor tiene una magnitud en centímetros. c es la concentración en gr/L o en moles/L.

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Calibración Conjunto de operaciones para establecer, bajo ciertas condiciones específicas, la relación entre las señales producidas por un instrumento analítico y los correspondientes valores de concentración o masa de los patrones de calibrado.

Determina la relación entre la respuesta analítica y la concentración del analito. Se determina mediante normas químicas.

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Determinación de la concentración: La absorbancia de una solución de muestra desconocida se mide y se compara con la curva de calibración para determinar su concentración.

A mayor concentración conduce a un mayor valor de la absorbancia

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A) Método de Patrón Externo

Por medio de soluciones patrón de concentraciones conocidas, se puede obtener el dato de la concentración de un analito en una muestra problema.

Su éxito depende en gran medida, de la exactitud que tengan la concentración de los patrones y de lo que se parezca a la matriz

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Componentes de una curva de calibración estándar 80

y = 44.284x - 0.58 R² = 0.9991

70 60

Señal Analítica

50

Curva estándar

40

Lineal (Curva estándar)

30 20 10 0 0

0.5

1

1.5

2

X (Concentración: %, g/mL, g/L, mg/mL, ppm, °Brix.

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B) Método de Patrón Interno

Se utiliza para compensar errores, como interferencias no espectrales de componentes de la matriz, fluctuaciones debidas del método y errores instrumentales. Se selecciona como estándar interno, una sustancia diferente del analito que presente propiedades similares a las del analito, tal que ambos sean afectados similarmente durante el análisis.

Se aplica este método en técnicas instrumentales que permitan la determinación multielemental.

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C) Método de Adición Estándar

Especial para analizar muestras complejas (suelos, minerales, sangre completa, orina, etc.), donde usualmente, los componentes de la matriz afectan las medidas de la señal analítica

El método consiste en la adición de un volumen fijo de la muestra, a las soluciones estándares diluyendo a un volumen final constante.

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A) Método de Adición Estándar

Posteriormente, se procede a determinar la señal de los estándares así como de una muestra preparada de la misma forma, en ausencia de estándar añadido. En cada solución, las señales son afectadas de manera similar por los interferentes de la matriz.

Este método no elimina las interferencias, solo las compensa ya que se obtienen todas las señales analíticas bajo las mismas condiciones.

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La espectroscopia proporciona suficientes datos para: - La identificación de sustancias puras y ayudar en la caracterización estructural (ya que la curva de absorción completa de una sustancia pura es única y permite ser distinguida de todas las demás). - Puede establecerse el tipo general y, en algunos casos, la identidad de los constituyentes de mezclas simples.

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Se basa en que, a una determinada l la absorbancia observada es igual a la suma de las absorbancias de cada componente Para que la exactitud y precisión de los resultados sean buenas es necesario seleccionar ambas longitudes de onda de forma que aAAS < aCAF a una de las longitudes de onda y lo inverso a la otra longitud de onda .

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Espectros no superpuestos Medidas a λ1 para M y λ2 para N

Espectros superpuestos parcialmente La elección de la λ es función de grado de superposición

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Análisis de mezclas

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Determinación de mezclas, ejemplo Se pueden determinar las concentraciones de una mezcla de Fe+3 y Cu +2 formando el complejo con hexacianorutenato (II) , Ru(CN)6 -4 , que forma un complejo de color azul- violáceo con el Fe+3 (λmax = 550 nm) y un complejo gris pálido con el Cobre (λmax = 396 nm) Las absortividades molares de los complejos de metal se resumen en la tabla siguiente:

Cuando una muestra que contiene Fe+3 y Cu+2 se analiza en una cubeta de 1 cm de paso óptico la absorbancia a 550 nm fue de 0,183 y la absorbancia a 396 nm fue de 0,109.

¿Cuál es la concentración molar de Fe +3 y Cu+2 en la muestra ?

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a 550 nm : 0,183 = 9970 CFe + 34 CCu a 396 nm : 0,109 = 84 CFe + 856 CCu Despejamos CCu en la primera ecuación: 𝐶𝐶𝑢 =

0.183 − 9970 𝐶𝐹𝑒 34

𝐶𝐶𝑢 = 1.275𝑥10−4 M

Y sustituimos en la segunda: 0.109 = 84𝐶𝐹𝑒 + 856(

0.183 − 9970𝐶𝐹𝑒 ) 34

0.109 = 84𝐶𝐹𝑒 + (4.607 − 251009.41𝐶𝐹𝑒 ) 250925.41𝐶𝐹𝑒 = 4.498 𝐶𝐹𝑒 =

4.498 250925.41

𝐶𝐹𝑒 = 1.792𝑥10−5 M

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Titulaciones fotométricas

Absorbancia

Una curva de titulación fotométrica es un gráfico de absorbancia, corregida por cambios de volumen, como una función del volumen del titulante.

Algunos factores que influyen en los resultados de la valoración fotométrica son el pH de la solución, la naturaleza del disolvente y temperatura.

Punto de equivalencia

Reactivo en volumen

a) Absorbancia de los tituladores

Absorbancia

Las mediciones espectrofotométricas se pueden emplear para localizar el punto de equivalencia de una titulación, siempre que el analito, el reactivo o el producto de la titulación absorban radiación.

Punto de equivalencia

Reactivo en volumen

b) Absorbancia de los productos

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• Son mejores que las titulaciones por potenciometría o conductimetría, pero se requieren tituladores automáticos programables.

Ventajas: 1. Se mide directamente la absorbencia de la concentración. 2. Alto grado de sensibilidad. 3. No hay contacto directo con la muestra. 4. Es útil en titulaciones exactas en sistemas acuosos diluidos y los que contienen electrolitos débiles así como en sistemas no acuosos.

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Br -

-OH + NaOH

H2O

p-bromofenol

p-bromofenolato de sodio

(Amarillo)

(Azul) Absorbe el amarillo (570-600 nm), molécula más soluble

Absorbe el azul (440-475 nm), molécula menos soluble

0.32

Absorbancia (l 325 nm)

Efecto batocrómico

1.2

2.4

3.6

Volumen de NaOH 0.12 N (mL)

-ONa + H2O

Br -

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Se utiliza para valorar vitaminas ( A, C y D), Determinar la presencia de ácido ascórbico y porfirinas en muestras de suero y orina. En casos de intoxicación por CO, la técnica es ampliamente usada para detectar la formación de carboxihemoglobina en sangre.

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Aplicaciones Químicas Sustancias inorgánicas

Moléculas Orgánicas

Se produce una absorción selectiva cuando un nivel energético electrónico incompleto se halla cubierto o sobrepuesto por un nivel de energía completo normalmente formado por valencias de coordinación con otros átomos.

La absorción selectiva entre las moléculas orgánicas se relaciona con la localización de los electrones en la molécula.

P.ej. El Cu2+ forma complejos de coordinación en sol. acuosa con cualquier molécula o ion disponibles que tengan pares de electrones sin compartir, como el H2O, NH3, CN-, Cl-, etc.

Las moléculas con dobles enlaces conjugados producen absorción a l mayores, y entre más extenso sea el sistema conjugado mayor será la l a la que se observe la absorción. P.ej. Si el sistema se extiende demasiado la absorción penetrará en la región visible y tendrá color, v.g. el bcaroteno tiene 11 dobles enlaces conjugados y absorbe en l de entre 420-480 nm por lo tanto aparece de color amarillo-verde.

AgNO3, 10 mM

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Aplicaciones Cuanti/Cualitativas AgNPs en soluciones de CTS 1.2

CTS-AgNPs (10mM)

Absorbancia (u.a.)

1.0

0.8

CTS-AgNPs (5mM) CTS-AgNPs (1mM)

0.6

CTS-[Ag2-(afinina)](NO3)2

0.4

(75 µg/mL) 0.2

CTS puro 0.0 350

400

450 Longitud de onda (nm)

500

550

[Ag2-(afinina)](NO3)2 (75 µg/mL)

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Análisis Cualitativo Los picos de absorción correlacionan con los tipos de enlaces en las especies en cuestión, por lo que la absorción puede ser útil para “identificar los grupos funcionales“ presentes en una molécula, pero de mayor aplicación es la determinación cuantitativa de las especies que contienen los grupos absorbentes.

OH O

CH3 CO2H

HO

OH OH O ácido carmínico

O

N H

H N

O índigo

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Reglas de Woodward-Fieser: La correlación del espectro UV y la estructura química

El análisis estructural a partir de espectros electrónicos es muy impreciso. Sin embargo, desde 1940 hasta finales del siglo pasado se han desarrollado espectros de un elevado número de moléculas que han permitido correlacionar la estructura con los picos máximos de absorción. Las correlaciones más populares fueron las de Woodward, Fieser y Scott para los compuestos orgánicos insaturados, dienos y esteroides.

Por medio de tablas se colectaron incrementos, diversos factores y particularidades estructurales para la predicción de la banda de absorción →*

72

Aplicación de las Reglas de Woodward-Fieser Dienos heteroanulares o polienos del tipo:

Valor base: 215 nm

Dienos homoanulares o polienos del tipo:

Valor base: 253 nm

Incrementos: Por cada sustituyente alquilo Por cada doble enlace exocíclico Por cada C=C conjugado adicional (extra) Por cada fenilo conjugado

5 nm 5 nm 30 nm 60 nm

Grupos polares: O Ac 0 nm O Alk 6 nm S Alk 30 nm Cl, Br 5 nm N (Alk)2 60 nm

73

Tipo de estructura de interés

estructura básica

Cadena abierta o ciclo de 6C (ciclo de 5C: 202 nm)

Incrementos: - cada doble enlace conjugado adicional - doble enlace C=C de naturaleza exocíclica - dieno de naturaleza homoanular por cada sustituyente, añadir (en nm).

Incremento debido al disolvente: Agua Cloroformo Eter Ciclohexano

+ 8nm - 1nm - 7nm - 11nm

30 nm 05 nm 39 nm

X=H X = alquino X = OH, O-alquilo Ciclohexano

207 nm 215 nm 193 nm - 11nm

a

b

g

d

Alquilo

10

12

18

18

-Cl

15

12

-Br

25

30

-OH

35

30

-O-Alquilo

35

30

17

31

-O-Acilo

6

6

6

6

posiciones

-N(R)2

95

50

74

Base

214

Base

253

Residuos alquilo Enlace exociclico lmax = Obslmax =

+15 (3 residuos alquilo) +05 (enlace exo C=C) 234 nm 235 nm

Residuos alquilo Enlace exociclico lmax = Obslmax =

+15 (3 residuos alquilo) +05 (enlace exo C=C) 273 nm 275 nm

incrementos

incrementos

75

Correcciones de solventes para enonas

Base

215

Residuos alquilo (b) lmax = Obslmax =

+10 +12 237 nm 232 nm

incrementos Residuos alquilo (a)

Correcciones de solventes para enonas

Solvente

Corrección (nm)

Solvente

Corrección (nm)

Etanol

0

Eter

+7

Metanol

0

Agua

-8

Dioxano

+5

Hexano

+11

Cloroformo

+1

ciclohexano

+11

76

Base

215

Residuos alquilo 2(b) Enlace exocíclico (C=C) lmax = Obslmax =

+24 +05 244 nm 245 nm

incrementos

Base

202

Residuo OH (a) lmax = Obslmax =

+12 +35 249 nm 247 nm

incrementos Residuos alquilo (b)

77

Base

215

Residuo OH (a) lmax = Obslmax =

+24 +35 274 nm 270 nm

incrementos Residuos alquilo 2(b)

78

Reglas de Fieser-Kuhn Para sistemas poliénicos conjugados de más de 4 enlaces C=C:

lmax = 114 + 5M + n(48-1.7n) – 16.5 Rendo – 10 Rexo emax = (1.74x104)n

Donde: n: # de dobles enlaces conjugados. M: # sustituyentes alquilo (o similares) unidos al sistema conjugado. Rendo : # de anillos con dobles enlaces endocíclicos en el sistema conjugado. Rexo : # de anillos con dobles enlaces exocíclicos en el sistema conjugado.

Licopeno

Valores calculados: lmax = 114 + 5(8) + 11[48.0 - 1.7(11)] - 0 -0 = 476 nm emax = (1.74 x 104) 11 = 19.1 x 104

Valores experimentales (hexano): lmax = 474 nm emax = 18.6 x 104

79

β-caroteno

Valores calculados: lmax = 114 + 5(10) + 11[48.0 - 1.7(11)] - 16.5(2) -10(0) = 453.3 nm emax = (1.74 x 104) 11 = 19.1 x 104 Valores experimentales (hexano): lmax = 452 nm emax = 15.2 x 104

80

Sin embargo… Las reglas de Woodward-Fieser, que pretendían establecer la correlación del espectro UV y la estructura molecular, quedaron relativamente obsoletas ante el desarrollo de otras técnicas más efectivas para la determinación de la estructura y grupos funcionales (Espectroscopía IR, Espectrometría de masas, RMN) basadas en transiciones más específicas