Spektroskopi UV dan IR [Compatibility Mode]

Penentuan struktur senyawa organik
Tujuan Umum:
memahami metoda penentuan struktur senyawa
organik moderen, yaitu dengan metoda spektroskopi
Tujuan Umum:
mampu membaca dan menginterpretasikan data
spektrum UV, IR, NMR dan massa untuk molekulmolekul sederhana
Spektroskopi Senyawa Organik
Spektroskopi = studi interaksi molekul ⇔ radiasi elektromagnetik
⇒bersifat gelombang atau partikel (= photon)
⇒memiliki kecepatan cahaya
⇒Energi sebanding dengan frekuensi
Sinar-X
Ultraviolet
ST
Inframerah
Gel. Mikro
Gel. Radio
Sinar tampak
400 nm
750 nm
panjang gelombang
frekuensi
energi
E=hxν
E = h x c/λ
1
Penentuan struktur senyawa organik
Molekul merupakan …..
→ kumpulan atom-atom
→ dalam susunan tertentu (ruang 3-D)
→ yang terikat antar atom yang satu
dengan lainnya dengan ikatan kimia
bagaimana
cara penentuannya ?
Spektros. IR: C-H, =C-H, ≡C-H, N-H, O-H, C≡C, C=C, C=O
Spektros. UV: ikatan rangkap terkonjugasi
Spektros. NMR: inti 1H dan 13C + lingkungan kimianya
Kristalografi sinar-X kristal tunggal
Putaran optik, spektros. CD dan ORD
Analisis unsur: C, H dan O (atau N dan atom lainnya)
Spekros. massa: berat molekul
Kristalografi sinar-X kristal tunggal
Spektroskopi Senyawa Organik: informasi struktural apa ?
bagian molekul yang
mengandung ikatan
rangkap terkonjugasi
unit-unit struktur
sinar diserap untuk
meresonansi energi
magnetik inti atom
penyerapan sinar oleh
elektron-phi dalam ikatan
Sinar-X
Ultraviolet
sinar dipantulkan
susunan atom-atom
dalam molekul
ST
Inframerah
Gel. Mikro
Gel. Radio
sinar diserap untuk
menggetarkan ikatan
gugus fungsi
2
UV
H3CO
IR
O
H3CO
Kristalografi
Sinar-X
O
OCH3
13C
NMR
Spektroskopi Ultraviolet dan Sinar tampak
Tujuan Umum:
• Mengerti fenomena transisi elektronik
• Memahami hubungan transisi elektronik dengan struktur molekul
Tujuan Khusus:
• Mampu membaca spektrum UV – Sinar tampak
• Mampu menterjemahkan spektrum UV –Sinar Tampak ke dalam unit
struktur molekul
• Mengerti kelebihan dan kelemahan spektrum UV – Sinar tampak
kaitannya dengan penentuan struktur senyawa organik
• Memahami penerapan dari spektroskopi ini pada aspek kehidupan
sehari-hari
3
Spektroskopi Ultraviolet dan Sinar tampak (UV-Vis)
Mempelajari interaksi energi sinar UV-Tampak dengan materi pada
daerah panjang gelombang 200 – 800 nm
Prinsip Umum:
• Energi pada daerah panjang gelombang tersebut bersesuaian
dengan energi elektron yang ada pada ikatan
• Energi yang diserap oleh molekul “digunakan” untuk melakukan
perubahan pada elektron dari keadaan berikatan menjadi tidak
berikatan (= transisi (eksitasi) elektronik: bonding → non-bonding)
penyerapan < 200 nm
⇒ penyerapan ≥ 200 nm
⇒ Efek penyerapan sinar UV-Tampak adalah pembentukan radikal bebas
akibat pemutusan ikatan-σ atau ikatan-π
Spektroskopi UV-Vis: transisi elektronik
Energi transisi σ→σ* > π→π* > n→π*
σ, π, dan n = energi dasar elektron pada ikatan σ, π, dan pasangan e bebas
σ*, π* = energi elektron tereksitasi
4
Spektroskopi UV - Sinar Tampak
Spektroskopi UV - Sinar Tampak berasal dari hasil
interaksi gelombang elektronegatif dengan transisi
elektronik ikatan dalam molekul
Sinar
ε
O
λmaks.
O
Makna dari Spektrum UV - Sinar Tampak
Tiga parameter dalam menyatkan spektrum
UV - Sinar Tampak:
1. Pelarut
2. Panjang gelombang maksimum (λ
λmaks.,
nm)
3. Absorpsitas Molar (ε, dalam bentuk log ε,
l.mol-1.cm-1)
ε
λmaks.
Log (Io/I) = ε c l
atau
A=εcl
5
Makna dari Spektrum UV - Sinar Tampak
Tingkat
kebolehjadian
ε
λmaks.
Jenis Transisi Elektronik Ikatan
Jenis kromofor
(struktur molekul)
Teori Transisi Elektronik Ikatan
Energi transisi σ→σ* > π→π* > n→π*
σ, π, dan n = energi dasar elektron pada ikatan σ, π, dan pasangan e bebas
σ*, π* = energi elektron tereksitasi
6
Istilah-istilah
Kromofor: bagian molekul yang menghasilkan serapan
Auksokrom: perpanjangan konjugasi karena adanya gugus fungsi yang
terikat ke kromofor (-OR, -NR, -C=O, dsb)
Pergeseran batokromik: pergeseran serapan ke panjang gelombang
yang lebih besar akibat penambahan pereaksi kimia
Pergeseran hipsokromik: pergeseran serapan ke panjang gelombang
yang lebih pendek akibat penambahan pereaksi kimia
Gejala hiperkromik: peningkatan intensitas serapan (biasanya karena
adanya perpanjangan konjugasi)
Gejala hipokromik: penurunan intensitas serapan (biasanya karena
memendeknya konjugasi)
Istilah-istilah
hipsokromik
batokromik
hiperkromik
7
Istilah-istilah
kromofor
auksokrom
efek batokromik
+ NaOH
HO
254 nm
(ε 250)
-O
270 nm
(ε 1450)
hiperkromik
287 nm
(ε 2600)
hiperkromik
Spektroskopi UV-Vis
Perbedaan intensitas (absorbansi) transisi π→π* dan n→π*
π → π*
A b s o r b a n c e
O
H3 C
CH3
O
n→π*
λmaks.(nm)
H3 C
CH2
panjang gelombang (nm)
8
Spektroskopi UV-Vis: transisi elektronik
Pengukuran sampel dalam larutan, menggunakan pelarut:
metanol, etanol, CHCl3, dan n-heksana
Pengukuran tidak boleh menggunakan pelarut benzena atau toluena
Contoh:
Bagian molekul yang menyebabkan
adanya serapan UV-Vis = kromofor
Sinar
O
ε
O
λ
Spektroskopi UV-Vis: kromofor
Semakin panjang ikatan rangkap terkonjugasi = semakin panjang
panjang gelombang yang diserap
9
Spektroskopi UV-Vis: kromofor
Semakin panjang ikatan rangkap terkonjugasi = semakin panjang
panjang gelombang yang diserap
ε
CH2
H2 C
CH3
H2 C
H2C
CH2
H2 C
H2 C
CH2
CH2
λ (nm)
Spektroskopi UV-Vis: parameter spektrum
Tiga parameter dalam menyatkan spektrum UV Sinar Tampak:
1. Pelarut
2. Panjang gelombang maksimum (λ
λmaks., nm)
3. Absorpsitas Molar (ε, dalam bentuk log ε, l.mol1.cm-1)
ε
λmaks.
Log (Io/I) = ε c l
atau
A=εcl
10
Spektroskopi UV-Vis: kurkumin
H
O
O
OCH3
CH3O
OH
OH
+ NaOH
Spektroskopi UV-Vis: poliaromatik
11
Spektroskopi UV-Vis:
beberapa contoh
Spektroskopi Inframerah
Tujuan Umum:
• Mengerti fenomena transisi vibrasi
• Memahami hubungan transisi vibrasi dengan ikatan kimia
Tujuan Khusus:
• Mampu membaca spektrum inframerah (IR)
• Mampu menterjemahkan spektrum IR sesuai dengan jenis gugus
fungsi
• Mengerti kelebihan dan kelemahan spektrum IR kaitannya dengan
penentuan struktur senyawa organik
• Memahami penerapan dari spektroskopi ini pada aspek kehidupan
sehari-hari
12
Spektroskopi Inframerah (IR)
Mempelajari interaksi energi sinar IR dengan materi pada daerah
panjang gelombang 0,00025 – 0,02 cm (gelombang mikro)
Prinsip Umum:
• Energi pada daerah panjang gelombang tersebut bersesuaian
dengan energi vibrasi (getaran) ikatan
• Energi yang diserap oleh molekul “digunakan” untuk melakukan
getaran (sifat fisik = panas)
Contoh: spektrum IR n-heksana
Energi semakin besar
Dasar Pengukuran
Energi infra red tidak mampu mentransisikan
elektron melainkan hanya menyebabkan
molekul ber-VIBRASI pada tingkat vibrasi
tertentu.
mendeteksi gugus fungsional,
mengidentifikasi senyawa &
menganalisis campuran.
13
Jenis Vibrasi
Inti – inti atom terikat oleh ikatan kovalen mengalami
getaran (vibrasi/osilasi) :
1. Vibrasi regangan (stretching vibration)
vibrasi yang menyebabkan perubahan terus menerus pada jarak
ikatan.
Ada 2 jenis vibrasi regangan :
Vibrasi regangan simetris (symmetrical stretching)
Vibrasi regangan asimetris (asymmetrical stretching)
Vibrasi Regangan
symmetrical stretching
asymmetrical stretching
14
Jenis Vibrasi
2. Vibrasi tekuk
(bending vibration)
vibrasi yang menyebabkan
perubahan sudut ikatan.
Ada 4 jenis vibrasi tekuk :
Rocking
Scissoring
Twisting
Wagging
Vibrasi Tekuk
Rocking
Scissoring
15
Vibrasi Tekuk
Wagging
Twisting
Spektroskopi Inframerah (IR): prinsip dasar
m1
m2
f
ν = 1/λλ (bilangan gelombang, cm-1)
υ=k
m = massa atom (g)
f = konstanta gaya ikatan (dyne.cm-1):
ikatan tunggal: 5.105
ikatan rangkap dua: 10.105
ikatan rangkap tiga: 15.105
k = 1/2π
πc
f
µ
m1m2
(m1 + m2)
16
Spektroskopi Inframerah (IR): perkiraan teori
Gugus
fungsi
µ
(amu)
Gaya
ikatan
Bilangan
gelombang
C-H
N -H
O-H
C-C
C=C
C=O
C≡C
C≡N
0.92
0.93
0.94
6.00
6.00
6.86
6.00
6.46
500
600
700
425
960
1200
1600
2100
3000
3300
3500
1100
1650
1725
2100
2350
• Perubahan massa atom-atom yang ada dalam ikatan bukan saja
mempengaruhi massa tereduksinya (µ), tetapi juga gaya ikatan.
• Gaya ikatan juga tergantung kepada jenis ikatan (tunggal < rangkap dua…)
4000
3600
3200
2800
2400
2000
1600
C-O, S=O, P=O, C-F
CH2 dan CH3
C=C, C=N, NH, nitro
C=O
C≡C
C≡N
C-H alifatik
O-H
N-H
≡C-H alkuna
=C-H alkena dan aromatik
Spektroskopi Inframerah (IR): daerah gugus fungsi
1200
C-Cl
C-Br
=C-H
Vinil
Vilniliden
aromatik
N-H
Amin
Amid
800
400
cm -1
Posisi pita serapan tergantung kepada
nilai µ: semakin ringan atom-atom ⇒ frekuensi semakin tinggi
kekuatan ikatan: ikatan yang kuat ⇒ frekuensi semakin tinggi
Intensitas pita serapan tergantung kepada perubahan momen dipol
ikatan semakin polar ⇒ intensitas semakin kuat
Lebar pita serapan tergantung kepada adanya ikatan hidrogen antar molekul
banyak ikatan hidrogen ⇒ pita serapan semakin melebar
17
Spektroskopi IR: heksana
getaran tekuk
getaran ulur
Spektroskopi IR: heksana (getaran gugus metil)
ulur tidak simetris
ulur simetris
tekuk
getaran payung
18
Spektroskopi IR: heksana (getaran gugus metilen)
Spektroskopi IR: heksana (getaran “sidik jari”)
19
Spektroskopi IR: heksana (getaran ulur –CH3 dan –CH2)
Perhatikan:
Hanya getaran –CH2
yang muncul pada
sikloheksana
ulur –CH3 tidak
simetrisulur –CH2 tidak
simetris
ulur –CH2 simetris
ulur –CH3 simetris
Spektroskopi IR: 1-heksena
20
Spektroskopi IR: 1-heksena
Spektroskopi IR: 1-heksena dan trans-2-heksena
21
Spektroskopi IR: 1-heksena dan 2-metil-2-butena
Spektroskopi IR: toluena
22
Spektroskopi IR: toluena
Spektroskopi IR: toluena dan o-silena
23
Spektroskopi IR: toluena dan m-silena
Spektroskopi IR: toluena dan p-silena
24
Spektroskopi IR: 1-heptuna
Spektroskopi IR: 1-heptuna
25
Spektroskopi IR: 1-heptuna
Spektroskopi IR: 1-heptilsianida
26
Spektroskopi IR: 1-heptilsianida
Spektroskopi IR: 1-heksanol
27
Spektroskopi IR: 1-heksanol
Spektroskopi IR: 1-heksanol
28
Spektroskopi IR: heksilamina
Spektroskopi IR: heksilamina
29
Spektroskopi IR: heksilamina dan dibutilamina
Spektroskopi IR: heksilamina dan tributilamina
30
Spektroskopi IR: heptaldehida
Spektroskopi IR: heptaldehida
31
Spektroskopi IR: heptaldehida dan heksana
Spektroskopi IR: 3-heptanon
32
Spektroskopi IR: 3-heptanon
Spektroskopi IR: 3-heptanon dan heptaldehida
33
Spektroskopi IR: asam heptanoat
Spektroskopi IR: asam heptanoat
34
Spektroskopi IR: asam heptanoat dan heptaldehida
Spektroskopi IR: etil asetat
35
Spektroskopi IR: etil asetat
Spektroskopi IR: etil asetat dan asam heptanoat
36