SPEKTROSCOPY INFRA RED IR Netti Herawati Halik

PENENTUAN STRUKTUR SENYAWA ORGANIK Bagaimana kita bisa tahu:  bagaimana atom terhubung bersama?  Ikatan mana yang tunggal, ganda, atau rangkap tiga?  Kelompok fungsional apa yang ada dalam molekul?  Apakah kita memiliki stereoisomer tertentu?

METODE INSTRUMEN DALAM PENENTUAN STRUKTUR  Resonansi Magnetik Nuklir (NMR) - Eksitasi inti atom melalui iradiasi frekuensi radio. Memberikan informasi ekstensif tentang struktur molekul dan konektivitas atom.  Spektroskopi Inframerah (IR) - Memicu getaran molekul melalui iradiasi dengan sinar infra merah. Memberikan sebagian besar informasi tentang ada atau tidak adanya kelompok fungsional tertentu.  Spektrometri massa - Pemboman sampel dengan elektron dan deteksi fragmen molekul yang dihasilkan. Memberikan informasi tentang massa molekul dan konektivitas atom.  Spektroskopi ultraviolet (UV) - Promosi elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi melalui iradiasi molekul dengan sinar ultraviolet. Memberikan sebagian besar informasi tentang keberadaan sistem p terkonjugasi dan keberadaan ikatan rangkap dan rangkap tiga.

Stimulus fisik Molekul respon Detektor Representasi Visual atau Spektrum SPECTROSCOPY – STUDI INFORMASI SPEKTRAL m Setelah iradiasi dengan sinar infra merah, ikatan tertentu merespons dengan bergetar lebih cepat. Respon ini dapat dideteksi dan diterjemahkan ke dalam representasi visual yang disebut spektrum.

Efek Radiasi Elektromagnetik Pada Molekul Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 5th ed. Pearson Education Inc., 2003

Ikatan tertentu merespon /menyerap frekuensi tertentu Radiasi infra merah sebagian besar merupakan energi panas. Ini menginduksi getaran molekul yang lebih kuat dalam ikatan kovalen, yang dapat dilihat sebagai pegas yang menyatukan dua massa, atau atom.

Mode Vibrasional Graphics source: Wade, Jr., L.G. Organic Chemistry, 5th ed. Pearson Education Inc., 2003 Ikatan kovalen dapat bergetar dalam beberapa mode, termasuk peregangan, goyang, dan gunting. Pita yang paling berguna dalam spektrum infra merah berhubungan dengan frekuensi peregangan, dan itulah yang akan kita fokuskan.

IR Spectroscopy Berguna untuk mengidentifikasi senyawa organik IR memberikan identifikasi 100% bila spectrum IR nya sama/identik Jika tidak, maka IR memberikan informasi mengenai tipe ikatan yang ada Mudah digunakan Cairan dianalisa diantara plat garam Padatan dalam pellet KBr Sejumlah kecil sampel dibutuhkan bila menggunakan FTIR microscope Waktu Analisi biasanya < 10 minutes Murah FTIR spectrophotometer ditemukan hamper disemua Lab.

IR Spectroscopy IR digunakan untuk mengukur frekuensi vibrasi ikatan dalam molekul. Ikatan tidaklah rigid/pejal. Ikatan dapat dipandang sebagai spring/per dengan bandul di kedua ujungnya Setiap ikatan Memiliki frekuensi yang karakteristik/khas IR mencacah rentang frekuensi. Setiap frekuensi yang sesuai dengan frekuensi karakteristik sebuah ikatan akan diserap

Spektrofotometer IR  Di masa lalu, frekuensi dilewatkan, satu per satu, dan penyerapannya diukur.  Ini berarti pengumpulan data sangat lambat.  Teknologi laser dan komputer telah menyediakan cara pengumpulan data yang jauh lebih cepat.

FTIR Spectrophotometers Fourier Transform Infrared Spectrophotometer Menggunakan interferometer dan cahaya polichromatik (semua frekuensi digunakan secara bersamaan) untuk menghasilkan interferogram Interferogram kemudian secara matematik dikode oleh Fourier transformation. interferogram intensity vs time setelah Fourier transformation intensity vs frequency…an IR spectrum

Absorban Infrared

TRANSMISI vs. ABSORPSI sample Sumber IR Transmitted light Detektor Ketika sampel kimia terkena aksi LAMPU IR, sampel tersebut dapat menyerap beberapa frekuensi dan mengirimkan sisanya. Beberapa cahaya juga dapat dipantulkan kembali ke sumbernya. Dari semua frekuensi yang diterimanya, sampel kimiawi dapat menyerap (mempertahankan) frekuensi tertentu dan membiarkan sisanya melewatinya (cahaya yang ditransmisikan). Detektor mendeteksi frekuensi yang ditransmisikan, dan dengan melakukan itu juga mengungkapkan nilai frekuensi yang diserap.

Spektrum IR plot % transmitan vs frekuensi vibrasi dalam bilangan gelombang (cm -1 ) λ = panjang gelombang υ = frekuensi  c =kecepatan cahaya dalam vakum

Bilangan gelombang Semakin besar bilangan gelombang semakin pendek panjang gelombang.

Daerah infrared yang bermanfaat berada pada  m ( cm -1 ) Bergantung pada keadaan energy transisisi keadaan energi vibrational Stretching: energy lebih tinggi / bilangan gelombang besar (cm -1 ) Bending: energy lebih rendah / biangan gelombang lebihkecil (cm -1 ) Spektrofotometer IR

Suatu ikatan harus Memiliki dipole atau dipole terinduksi agar datmenyerap dalam daerah spectrum IR Jika ikatan meregang (terulur/stretching), peningkatan jarak antara atom menaikkan momen dipol. Dengan demikian, semakin besar momen dipol, semakin tinggi intensitas absorpsi (semakin besar koefisien ekstinsi molar (  ) dalam hukum Beer, A =  bc

Analisa Struktur: Fungsi & spectrum Infrared Keberadaan dan ketidakberadaan suatu pita serapan harus dipertimbangkan dalam identifikasi struktur yang mungkin dlam spektroskopi IR. Empirikal adalah kritis dalam kesuksesan identifikasi Ikatan yang Memiliki kepolaran yang sangat rendah tidak bisa terdeteksi

Spektrum IR Spektrum IR merupakan plot antarapersentase frekuensi yang diabsorpsi/ditransmisi vs intensitas absopsi/transmisi spektrum dalam model absorpsi.

Spektrum IR spektrum model transmissi.

Klasifikasi pita IR

Ikatan Aktif dalam IR Tidak semua ikatan dapat muncul sebagai pita dalam spectrum. Hanya yang polar dapat terekam dalam IR, sehingga disebut IR active. Intensitas pita tergantung pada momen dipol yang berkaitan dengan ikatan: Ikatan dengan kepolaran yang tinggi seperti karbonil menghasilkan pita yang kuat. Ikatan dengan kepolaran sedang dan asimetri menghasilkan pita yang sedang pula. Iatan dengan kepolaran rendah dan simetrik menunjukkan pita yang lemah atau tidak terdeteksi

Bentuk Pita IR Bentuk pita IR beragam. Yang paling umum adalah tajan(sempi) dan tumpul (melebar).. Contoh khusus untuk pita melebar sperti yang ditunjukkan oleh ikatan O-H yang ditemukan pada alcohol dan asam karboksilat

INFORMASI YANG DIPEROLEH DARI SPEKTRUM IR  IR paling berguna dalam memberikan informasi tentang ada atau tidak adanya gugus fungsi tertentu.  IR dapat memberikan sidik jari molekuler yang dapat digunakan saat membandingkan sampel. Jika dua sampel murni menampilkan spektrum IR yang sama, dapat dikatakan bahwa keduanya adalah senyawa yang sama.  IR tidak memberikan informasi rinci atau bukti rumus atau struktur molekul. Ini memberikan informasi tentang fragmen molekuler, khususnya kelompok fungsional.  Oleh karena itu cakupannya sangat terbatas, dan harus digunakan bersama dengan teknik lain untuk memberikan gambaran yang lebih lengkap tentang struktur molekul.

Daerah sidik jari Daerah stretching gugus fungsi

Spektrum IR from

SPEKTRUM IR Panjang gelombang radiasi IR berada dalam kisaran 2,5-25 mikron (bandingkan dengan cahaya tampak dalam kisaran nm). Frekuensi radiasi IR lebih mudah diekspresikan dengan bilangan gelombang (siklus per cm), daripada dengan υ (siklus per 3 x 1010 cm).

Karakteristik Frekuensi Vibrasional Ikatan Karakterisitik Frekuensi Vibrasi: Frekuensi dipengaruhi oleh: Massa atom dalam ikatan Kekuatan ikatan

Karakteristik Frekuensi Vibrasional Ikatan Semakin kecil massa, semakin tinggi frekuensi vibrasional Frekuensi uluran/Stretching untukikatan pada karbon: C-H > C-C > C-N > C-O

Karakteristik Frekuensi Vibrasional Ikatan Semakin kuat ikatan, semakin tinggi frekuensi vibrasional Stretching frequencies C ≡ C > C=C > C-C C ≡ N > C=N > C-N C ≡ O > C=O > C-O spC-H > sp 2 C-H > sp 3 C-H

Daerah Fingerprint  Selain itu, getaran ikatan tertentu dalam suatu molekul mempengaruhi keseluruhan molekul.  Berbagai harmonisasi getaran ikatan dapat bergabung dan menghasilkan sejumlah pita kombinasional.  Intensitas pita ini biasanya 1/100 intensitas absorpsi getaran utama. Ini membentuk "wilayah sidik jari". (terjadi pada <1250 cm-1)

Intensitas Absorpsi IR  Agar mode getaran dapat menyerap inframerah, gerakan getaran harus menyebabkan perubahan momen dipol dari ikatan.  Intensitas "puncak" IR sebanding dengan perubahan momen dipol yang dialami suatu ikatan selama getaran.  Ikatan C = O menyerap dengan kuat.  Ikatan C = C umumnya menyerap lebih sedikit.

Bagaimana menganalisis spectrum IR Perhatikan serapan terkuat: -C = O -OH -NH2 -C≡N -NO2 Lebih memperhatikan puncak di sebelah kiri daerah sidik jari (> 1250 cm-1).

Bagaimana menganalisis spectrum IR  Perhatikan serapan terkuat.  Lebih memperhatikan puncak di sebelah kiri daerah sidik jari (> 1250 cm-1).  Perhatikan tidak adanya puncak tertentu. Waspadai puncak O-H, air adalah kontaminan yang umum.

Karakteristik Bilangan gelombang IR Gugus FungsiBilangan gelombang (cm -1 ) sp 3 C-H str~ sp 2 C-H str~ sp C-H str~3300 O-H str~3300 (broad*) O-H str in COOH~3000 (broad*) N-H str~3300 (broad*) aldehyde C-H str~2700, ~2800 *Pita akan melebar bila ikatan hydrogen ekstensif. Sebaliknya lebih tajam

Karakteristik Bilangan gelombang IR Gugus FungsiBilangan Gelombang (cm -1 ) C=C terisolasi~ C=C terkonyugasi~ C=C aromatik~1600 C≡NC≡Njust above 2200 C≡CC≡Cjust below 2200 C=O ester ~ C=O aldehyde, ketone, atau asam ~1710 (aldehyde can run 1725) C=O amida ~

Karakteristik Bilangan gelombang IR  Cari apa yang ada dan apa yang tidak.  Penyerapan C-H Bilangan gelombang akan memberi tahu Anda sp3 (C-C), sp2 (C = C), sp (C≡C) dan mungkin aldehida.  Penyerapan karbonil (C = O) Keberadaannya berarti senyawa tersebut adalah aldehida, keton, asam  karboksilat, ester, amida, anhidrida atau asil halida.  Ketiadaannya berarti senyawa tersebut tidak dapat merupakan salah satu senyawa yang mengandung karbonil.

Karakteristik Bilangan gelombang IR  Penyerapan O-H atau N-H Ini menunjukkan alkohol, N-H yang mengandung amina atau amida, atau asam karboksilat.  Serapan C≡C dan C≡N  Hati-hati: ikatan rangkap tiga internal sering tidak muncul dalam spektrum IR.

Karakteristik Bilangan gelombang IR C = C serapan *Dapat menunjukkan apakah senyawa tersebut alkena atau aromatik. N-O absorpsi *NO2 Ini adalah doublet yang khas dan kuat yang perlu diketahui ( & cm-1).

Karakteristik Bilangan gelombang IR Baca skala untuk nilai bilangan gelombang (dapat diinterpolasi), atau Bacalah bilangan gelombang pada tabel yang tersedia.