SPEKTROFOTOMETRIK INFRAMERAH I. PENDAHULUAN II. SIFAT UMUMSINAR INFRAMERAH III. PENGARUH SINAR INFRAMERAH THD SENYAWA (GUGUS FUNGSIONAL) IV. INSTRUMENTASI SPEKTROMETER IR V. PENGGUNAAN IR DALAM ANALISIS FARMASI.

I.PENDAHULUAN IR 1.DAERAH LAMDA SINAR IR Energy Frequency (n) high low MICRO- WAVE X-RAY ULTRAVIOLET INFRARED RADIO FREQUENCY Nuclear magnetic resonance Vibrational infrared Ultraviolet Visible 2.5 mm 15 mm 1 m 5 m 200 nm 400 nm 800 nm BLUE RED short Wavelength (l) long

Sinar elektromagnetik 2.Perbedaan tenaga dan tipe tiap jenis Sinar elektromagnetik REGION ENERGY TRANSITIONS X-ray Bond-breaking UV/Visible Electronic Infrared Vibrational Microwave Rotational Radio Frequency Nuclear and (NMR) Electronic Spin

3. Gambar dan jenis vibrasi gugus - CH bending 1460 cm (685 nm) 1365 cm (733 nm ) 3 - C-H stretching dari CH 2960 cm 338 nm 1365 cm 733 nm 3 -1 -1 -1 -1 H H H C - C-C stretching dari 1165 cm (860 nm) -1 C - C-H stretching dari H-C= O 2720 cm (3680 nm) H -1 - C=O stretching dari 1730 cm ( 5770 nm) O -1 stretching atau regangan Bending atau tekukan

Vibrasi tekuk Dibagi menjadi: Scissoring Rocking Wagging Twisting

Vibrasi ulur Dapat terjadi secara: Simetris Asimetris

5.Tipe vibrasi simitris dan antisimitris (streching) anti=cm-1 Struktur Antisimitris anti=cm-1 Simitris simcm-1 -CH2 -NH2 -NO2 =- O -SO2 = S -C 300 1400 1550 1350 1600 2900 3300 1150 O N

BASE VALUES O-H 3600 N-H 3400 C-H 3000 C N 2250 C C 2150 C=O 1715 These are the minimum number of values to memorize. (+/- 10 cm-1) O-H 3600 N-H 3400 C-H 3000 C N 2250 C C 2150 C=O 1715 C=C 1650 C O ~1100 large range

II. Sifat umum Sinar IR Sinar IR tenaganya bepanjang gelombang tinggi, dan tenaganya rendah, tidak mampu mengeksitasikan elektron. Bila molekul senyawa organik dikenai sinar IR, senyawa akan menyerab sinar/energi , yang dapat menyebabkan atom atau molekul vibrasi. Frekuensi vibrasi tergantung jumlah atom panjang dan kekuatan ikatan atom.

1.Bentuk Dan jenis vibrasi molekule a.Atom ringan akan vibrasi lebih cepat -CH, NH, OH vibrations . 2800 cm-1 b.Banyak ikatan akan lebih cepat vibrasinya: 1) Rangakap tiga: C≡C (2100-2200), C≡N (2240- 2280) 2). Rangkap dua: C=O (1680-1750), C=C (1620-1680) Ikatan tunggal: C-O (1025-1200)

2.Pengaruh masa terhap vibrasi (sterching) MM =2 g/mole MM =254 g/mole The greater the mass - the lower the wavenumber (ύ) For a vibration at 4111 cm-1 (the stretch in H2), how many vibrations occur in a second? 120 trillion vibration per second!!!! 120 x 1012 vibrations/sec or a vibration every 8 x 10-15 seconds!

O Pengaruh masa juga terjadi pada gugus: C C=O dari C=O C = O (streching) CH3 Cl Meskipun pengaruh itu sangat kecil. Pengaruh juga terjadi dari larutan yang pekat (Condensed yang menjadi encer). Gugus CH3akan berbe da debgan CH2,tetapi gambar hanya dapat dilihat pada spektra dengan resolusi tinggi yang mengandung ke dua gugus. Jenis vibrasi tersebut dinamakan resonansi Ferni (yang memberi gambaran). Sedang data dan contoh terlihat dalam slide berikut. O C

Pengaruh Elektronik Vibrasi dari beberapa gugus mengalami induksi atau gugus tersebut mengalami mesomeri, karena mereka dapat bekerja bersama akibatnya terjadi pengaruh medan. Dengan demikian absorbsi cahaya oleh suatu gugus selalu tidak murni, pasti dipengaruhi oleh gugus lain yang berdekatan. Seperti yang terjadi pada C-H (def) dan C=O vibrasinya bersama Amide dan anhidrida, Meskipun telah ada penelitian berbagai gugus masih saja ditemukan kelainan yang belum terpecahkan.

2.Intensitas absorbsi a Ikatan Polar b(strong bond dipoles) mengabsobsi kuat. O-H C=O, C=N C-O b.Ikatan non polar absorsi sinarnya lemah C=C, C≡C c. Dapat terjadi serapan over laping terutama Gugus CH banyak terjadi tumpang tindih Umumnya molekul mempunyai banyak gugus CH, CH serapannya menjadi lebih kuat.

IR Spectrum Baseline Absorbance/Peak Taka dua molekul yang sama spektrumnya kecuali enantiomer omers) Simple stretching: 1600-3500 cm-1 Complex vibrations: 400-1400 cm-1, called the “fingerprint region”

2.Typical Infrared Absorption Regions IR Jauh NIR Medium IR WAVELENGTH (mm) 2.5 4 5 5.5 6.1 6.5 15.4 C=O C=N C-Cl O-H C-H C N Very few bands C-O N-H C C C=C C-N X=C=Y C-C N=O N=O * (C,O,N,S) 4000 2500 2000 1800 1650 1550 650 FREQUENCY (cm-1)

Hooke’s Law ύ = The vibration frequency (cm-1) c = Velocity of light (cm/s) f = force constant of bond (dyne/cm) M1 and M2 are mass (g) of atom M1 and M2

n n m m = 1 K c = velocity of light = 2pc ( 3 x 1010 cm/sec ) THE EQUATION OF A frequency in cm-1 SIMPLE HARMONIC OSCILLATOR = 1 2pc n K m c = velocity of light ( 3 x 1010 cm/sec ) where K = force constant in dynes/cm m = atomic masses m = reduced mass > > m = m1 m2 m1 + m2 multiple bonds have higher K’s This equation describes the vibrations of a bond.

Vibrasi karbonil (C= O) dalam anhidrat asam II. PENGARUH SINAR PADA GUGUS Vibrasi karbonil (C= O) dalam anhidrat asam Struktur kimia: (anhidrat asam) R – C =O Ternyata juga mempunyai dua O jenis vibrasi simitris dan anti R – C = O simitris, karena ada 2 karbonil Akan mempunyai serapan yang kuat karena terjadinya resonansi.: Beberapa gugus karbonil banyak dijumpai dalam berba gai senyawa kimia. Seperti parasetamol, salisil amida, mempunyai gugus karbonil tetapi tidak mengikat OH seperti karboksilat tersebut. ` O O C C R O R O O C C R O R - O O C C R O R - + +

Kondisi gugus karbonil membentuk polimer Bentuk enol, dan khelat contoh: R H O R O H H H O R O H O Bentuk polimer R-OH R Ikatan hidrogen O H O C C O H O OMe C O H H O O C C C Asam benzoat dapat mengalami bentuk polimer, dan ikatan hidrogen bentuk enol dan khelat spektrumnya kuat As. Benzoat dimer Enol khelat Pentadion metilsalisilat

`Spektra asam benzoat C=C Streching Ikatan H-O Hidrogen C=O Streching

Gambar dari bentuk ikatan hidrogen terlihat pada 2500-3500, yang merupakan regangan /streching (str). Bentuk dimer dari asam karboksilat yang lain. Hal itu bila diuji dalam larutan Heksan dan sangat encer akan hilang puncak yang melebar tersebut. Bila larutan dalam CCl4, dan larutan encer akan muncul pada panjang gelombang yang lebih rendah. Asam karboksilat membentuk dimer adalah normal, tetapi dalam larutan benzen dan diokasan tidak terbentuk.

Awan ikatan  akan terjadi interaksi pada alken dan aromatik, dan mereka bersifat basa menurut Lewis, mereka akan membentuk ikatan hidrogen dengan asam. Yang serapan nya pada lamda O-H (str), pada 40 – 100 cm-1, dalam benzen dibanding CCl4. Amin N-H(Str), terjadi pada bilangan gelombang 3300 cm-1, bila larutan encer akan menaik menjadi 3600 cm-1 karena menjadi N-H yang bebas. Ikatan hidrogen amin akan lebih lemah dari pada gugus OH.

INTERPRETATION OF INFRARED SPECTRA Ethanoic acid

C- C- C= O H C- C- C= O NH C- C- C O Keterangan Contoh spektra tersebut ada gugus yang menonjol spektranya, gugus C=O, dengan segala variasinya: seperti C=O (str), yang mengalami overton pada ester isoamil benzoat slide 21. Aldehid dan keton keduanya merupakan karbonil (C=O), tetapi keduanya dapat dibedakan, aldehid lebih besar bilangan gelombang dibanding keton karena adanya C-H (str). Sedangkan keton hanya pengaruh C-C yang menyebabkan bilangan gelombang menjadi lebih rendah. Dapat dilihat pada asetofenon dan asetil aseton yang mempunyai serapan hanya 95%.slide 25. C- C- C= O H C- C- C= O NH C- C- C O

Spektra isoamil benzoat OH (STR) Aril -C- 0 - CH CH CH O CH CH 2 2 3 2 3 C=O (STR) Isoamil benzoat

Spektra benzil keton CH3 - C- CH O 3 C=O (STR)

Faktor tetengga yang berpengaruh Beberapa contoh penelitian: Metanol (MeOH, PhOH, MeCOOH, ditemukan bahwa O- H,(str), mengalami penurunan frekuensi, sedangkan MeNH2, PhNH2, MeCO-NH2, gugus N-H, mengalami kenaikan frekuensi. Dalam uji kualitatif maupun kuantitatif harus hati-hati, sebab gugus didekatnya selalu berpengaruh, sehingga perlu diterangkan sebagai berikut. Gugus dibawah ini hampir I=1720 cm-1 II.= 1700 cm-1 III=1700 cm1 IV=1650 cm-1 V=1610 cm-1 sama frekuensinya, maka harus diperhatikan. O C O C O C

Bila gugus tersebut berada dalam satu senyawa maka akan terjadi serapan yang tumpang tindih, (yang umumnya saling memperkuat). Pada gambar III, delokalisasi elektron  dari C=O dan inti benzen akan naik tenaganya sehingga bilangan gelombang akan menurun, (1720 cm-1) menjadi 1700 cm-1., menjadi lebih lemah dan penurunan bilangan gelombang berkisar antara 20- 30 cm-1. Bentuk mesomerik juga terjadi pada C=O dapat terjadi seperti berikut: o o o o VI OMe N = O O VII VIII IX

KETERANGAN Beberapa kunjugasi bersama fenil, (VII), kemudian ada substitusi p –MeO, (VIII), maka akan terjadi pada frekuensi yang lebih rendah. Tetapi pada p-nitro fenil (IX). Yang mesomeriknya belawanan akan menyebab kan kenaikkan frekuensi. Gugus ester terjadi induktif (I) dan mesomerik (M). Non bonding oksigen, menaikkan mesomerik efek, menjadi konjungasi, sehing ga menurunkan frekuensi C=O, elektronega- tivitas dari oksigen, (-I), berlawanan arahnya. O O O O O R O NH Cl XI 2 X XII XIII O XIV

Fenil ester XIV, elektron non bonding tertarik ke dalam ring benzen, kemampuan konjugasi dengan C=O menjadi berkurang, sehinga efek –I menjadi dominan, maka akan menyebabkan kenaikan frekuensi C=O. Pengaruh Sudut Ikatan Gugus C=O pada keton siklo butanon mempu nyai kenaikan frekuensi paling tinggi, sudut ikatan C- CO-C lebih kecil dari 1200, sehingga menaikkan tenaga vibrasi S. dan menaikan frekuensinya. sebaliknya pada tertier butil keton dengan sudut ikatan < 1200 vibrasinya lebih rendah.(1697 cm-1)

Sikloalken Siklobuten n 2 XV XVI Ikatan Rangkap Vibrasi streching dari ikatan rangkap akan dipengaruhi pula oleh ikatan antara C-C, sedangkan pada siklobuten sudut iktan akan turun menjadi 900, ikatan C-C akan menaikkan frekuensi dan penurun sudut akan menurunkan vibrasi. 1610 – 1650 cm-1 1566 cm-1 Kedua contoh tersebut sudut sangat berpe ngaruh pada vibrasi streching alken C = C CH HC = CH CH HC = CH CH (CH ) CH CH CH 2 2 Sikloalken Siklobuten 2 2 n 2 2 2 XV XVI

Aksial Ekuatorial Cl Cl Vibrasi C – C dalam siklik (siklopropan) akan mengalami hal yang sama ialah sudut berkontraksi pada 1090, sehingga menaikkan frekuensi vibrasi 3040 – 3070 cm-1. Pengaruh Medan Dua bidang dapat saling berpengaruh, baik secara elektrostatik maupun sterik. Pada klorpketonstruktur XVII, C=O, frekuensi akan lebih tinggi bila Cl ekuatorial, dibanding yang aksial. Struktur XVIII dan XIX, dalam bentuk isomer ruang, sehingga vibrasi C=O akan terlihat didua frekensi yang berbeda. Aksial Me O C Ekuatorial O O Me O XVII Cl XIX XVIII Cl

IV .INSTRUMENTASI

Alat tempat sampel gas dan padatan Kelep 1 Kelep 1 Tempat sampel gas. sebelum diisi sampel harus dibersihkan dengan dialiri gas lewat kelep 1, dan kelep 2, dibuka sehinggga semua gas sisa sampel lama trusir dari kompartemen Sampel dimasukkan lewat kelep 1, setelah kelep 2 ditutup, sampel gas yang dimasukkan jangan memberikan melebihi ukuran volume kompartemen agar dapat gambar bagus

Sampel padatan, harus ditablet` Sampel digerus dulu dengan kristal KBr (p.a), dengan perbandingan 0,1-2 (0,1-2 %) bagian sampel dengan 100 bagian KBr.dalam keadaan kering bila perlu dikeringkan oven. Bagian bawah diletakkan ditempat datar, kemu dian body diletakkan. Pllet pertama dimasukkan ke body campuran sampel dan KBr (secukup nya), jangan terlalu tebal, kemudian masuukn pallet ke II. Plunger dengan sealnya dimasukkan, rangkaian dimasukkan dibawah mesin penekan, pompa sedot dipasang, penekan dihidupkan, sampai tekanan 10 ton, sehingga didapat tablet dengan tebal 0,3 mm, dengan diameter 13 mm (sesuai kompartemennya.

Gambar spektrogram jelan puncak dan serapannya. Sampel tidak boleh dipegang tangan gunakan pinset, dan tak terkena lembab udara. Tablet dengan ukuran tersebut akan transpa- ran dan sehingga sinar dapat menmbus dengan mudah Gambar spektrogram jelan puncak dan serapannya. sehingga tersusun seperti gambar disamping, kemudian hubungkan dengan pompa vakum, dan nyalakan. ke pompa

Alat untuk sampel Cairan 1 6 2 3 4 5 7

Keterangan Gambar Bagian terpenting dari peralatan Infrared (IR) spektrofotometer adalah:sumber cahaya, monokromator dan detektor. 1. Sumber cahaya Nerst Glower (gabungan dari oksida Zr,Y, Er dan lain-lain) Globar (karbid silikon) Bahan keramik. Sumber ini frekuensi nya bermacam-macam tergantung kebutuhannya. Bila digunakan sinar dengan Frekuensi denag sinar tampak NIR dapat menggunakan lampu tungten.

Bila digunakan suhu tinggi, 11000 0C Bila digunakan suhu tinggi, 11000 0C. Maka digunuakan oksida hitam yang berupa koil Nichrome, Lampu ini tak perlu pendingin,dan perawatan mudah, dignakan untuk nondispersive metode. Lebih murah dan dapat juga sbg. Filterfotofetrik. Nerst glower, dibuat dari leburan oksida Zirconium, Yttrium dan thorium atau Erium, beruba batang yang berlubang 1-3 mm diame ternya, dan panjang 2-5 cm. Bila dinyalakan suhu dapat mencapai 15000C. Lambda yang ditimbulkan terletak antara 1- 10m. Intensitas radiasi sampai 2 x lebih besar dari Nerst dan Nichrom.

Globa, merupakan batang karbid silikon, dengan diameter 6-8 mm, dan panjang 50 mm.Suhu opersional sampai 13000 C, Globar kurang sensitif dibanding Nerst-glower, dibawah 10 m. Sangat baik diatas 15 m. dan dapat digunakan pada 50 m. . Sumber lain yang dapatdigunakan adalah diode LASER, (Ligt Amplication Stimulated Emision of Radiation),yang mengemisikan sinar pada panjang gelombang yang sempit, variasinya tergantung suhu dan arus yang diberikan pada diode.

Monokromator Monokromator yang digunakan berupa prisms atau grating. Bila prisma digunakan garam NaCl, yang dapat transparant terhadap sinar dengan bilangan gelombang 165 cm-1. Garam halida yang lain adalah: CsI, ThBr, ThI, dikenal (KRS-5). Penggunaan grating lebih menguntungkan karena sinar yang dapat diubah menjadi monokromator hampir tak terbatas bilangan gelombangnya. Garam halogenida akan bersifat hidgroskopis sehingga perlu proteksi tenag kelambaban dan suhu kamarnya (dibawah 200C).

Keterangan bagan Sinar dari Sumber A, dipecah menjadi 2 sama kuat, B dean lewat H (merupakan optik alat pengatur sinar), yang digunakan sebagai sinar referensi. Sedangkan sinar B akan melewati sampel, sehingga sebagian sinar akan diserap oleh sampel. Sina dari referen maupun dari sampel akan oleh beberapa cermin akan sampai pada Chopper C. Chopper ini mengatur jalannya sinar referen dan sinar dari sampel sehingga sampai pada gratin D.Perputaran chopper 10 kali tiap detik. Sinar yang terseleksi panjang gelombangnya akan diterima oleh detektor E yang mengubah panas menjadi tenaga listrik

Bila E atau thermopile ini menrima sinar dari referen yang kuat Bila E atau thermopile ini menrima sinar dari referen yang kuat. Dan dari sinar yang lewat sampel, (lemah), secara bergantian, sehingga ada sinar dari detektor ke amflifier secara berturutan. Bila sampel tidak menyerab sinar maka ampli fier akan menerima sinar sama kuatnya, arus sinar sebagai aru langsung. Sedangkan ampliflier hanya didesign untuk arus bolak-balik. Dengan demikian amplifier akan meneriam arus yang tak seimbang, yang kemudian diolah oleh G (servo), kemudian dikembalikan ke H ke sinar referens, sehingga detektor menerima sianr dengan intensitas yang sama.

Lanjutnya. H akan memperkuat sinar dan mengubah menjadi tenaga listrik kembali, sehingga dapat mengubah besara sinatr menjadi angka digital, yang dapat diploterkan pada rekorder. Dengan data tersebut bila scanning dilakukan dari bilangan gelobang tinggi samapi rendah akan terekam ciri-serapan dari gugus-gugus yang ada dalam sustu senyawa. (slide 22). Drai Gambar diatas sistim grating dapat digantikan dengan prisme. Hal itu akan merubah gerakan, prisma dalam eadaan diam tetapi kcermin penerima yang memantulkan sinar pembiasan prisma untuk diatur.

Kalibrasi Frekuensi (bilangan gelombang) Banyak alat mengunakan kertas cetakan untuk merekam hasil scanning senyawa obat, maka perlu diperhatikan: harus disesuaikan dengan keepatan kertas dan signal yang muncul. Kalibrsi dapat digunkan pli sterin agar gugus dan bilan4646gan gelombang dapat sesuai(slide 18) Kelembaban udara akan dapat mempengaruhi regangan kertas sehinggan perlu diatur (50%). Spektra pada bilangan gelombang 1601 cm-1, merupakan cecking kedudukan kertas dan rekaman baku. Kesulitan itu dapat diatas dengan pengubhan signal menjadi angka yang tercetak sehinga tak perlu garis pada kertas.

Contoh gambar IR dengan digital rekorder. Spektrum IR Fenobarbital. 100 - 80 - 60 - 40 - 20 - 0,0 - S e r a p n 2343.4 2974.0 1226.4 767.4 1417,4 1353.9 3095.5 1683,7 . 3500.0 . 2500.0 . 1500.0 . 1000.0 . 500.0 - 1 Bilangan gelombang cm

H C 2 3 Keterangan pada bilangan gelombang Struktur fenobarbital Rentangan N- H, muncul pada bilangan gelombang 3740 – 3095 cm-1 melebar karena terjadi interbonded (bentuk dimer). Rentangan (str) dari –C = O, muncul pada 1683 dan kuat. Lebih-lebih ada tiga gugus –C = O, Rentangan C – N (str) muncul pada 1417 – 1226 cm-1. Sedangkan C – H, (deformasi =df), muncul pada 767 cm-1 Dengan contoh diatas bilangan gelombang terbaca lebih teliti dari pada menggunakan kertas bergaris yang telah terformat. (model klasik) O N H C 2 3 O N O

V .Analisis FARMASISpektrum IR falerin glikosida Gambar HO OCH 100 - 80 - 60 - 40 - 20 - 0.0 - O O HO HO OH 2698.2 Serapan 1512.1 923.8 2922.0 1436.2 1076.2 1616.2 3386.8 . . 4000.0 3000.0 . . 2000.0 1500.0 . . 1000.0 500.0

Beberapa Contoh spektra Vitetrifolin E 1639.7 -C=C- 2871 -C-H- OH 3010 -C=C-H 2929.7 -CH 1718,5 -C=O 1255.6 -C-O- OH 2 O Vitetrifolin O 3433 -OH

C-H (Str) dan -C= C- (str) C-H (Str) rantai siklik Spektra IR Limonen 3408,2 1385 1652 900,3 1455 C-H (def) Overtone C-H (Str) dan -C= C- (str) 3020,4 C-H (Str) rantai siklik

Hexane ALKANE CH2 rocking > 4C CH3 bend CH2 bend CH stretch