Analisis Secara Spektrofotometri UV-Vis

Analisis Secara
Spektrofotometri UV-Vis
Hendig Winarno
Rev 23 Okt 2010
Hendig W
1
Daftar Pustaka
1.
R.M. Silverstein, G.C. Basler, and T.C. Morrill
Spectroscopic identification of Org. Compds, John Wiley & sons Publ.
2.
D.H. Williams and I. Fleming
Spectroscopic Methods In Organic Chemistry, Mc Graw Hill Publ.
.H. Williams and I. Fleming
Spectroscopic problems in Organic Chemistry, Mc Graw Hill Publ.
3.
4.
D.W. Brown, A.J. Floyd and M. Sainsbury
Organic Spectroscopy, John Wiley and sons Publ.
5.
L.D. Field , S. Sternhell, J.R. Kalman
Organic Structure from Spectra. 2nd Ed. Jhn Wiley & Sons, 1995
E. Breitmaier
Technical Guide John Wiley & sons Publ.
6.
7.
H. Sastrohamidjojo
Spektroskopis resonansi Magnet Inti, Liberty, Jogjakarta
8.
K. Feinstein
Guide to Spectroscopic Identification of Org. Compds, CRC Press
9.
R.J. Abraham and P. Lofus
H-1 and C-13 NMR Spectroscopy, An Integrated Approach, J. Wiley & sons Publ.
Hendig W
2
PENDAHULUAN
• Metode spektroskopik digunakan
persoalan dalam kimia organik.
untuk
memecahkan
• Spektroskopi UV, IR, dan NMR berhubungan dng absorpsi
selektif dari radiasi elektromagnetik oleh molekul organik.
• Spektrometri massa berbeda; bukan termasuk tipe
spektroskopi absorpsi.
• Spektroskopi: mempelajari interaksi terkuantisasi antara
energi (elektromagnetik) dng materi.
• Bila suatu berkas sinar / radiasi elektromagnetik (REM)
dilewatkan suatu materi, radiasi akan diabsorpsi atau
ditransmisi bergantung kpd frekuensi sinar dan struktur
molekul materi tsb.
Hendig W
3
Energi yg diabsorpsi oleh molekul dpt menyebabkan a.l. :
1. Elektron tereksitasi  UV
2. Kenaikan frekuensi vibrasi atau rotasi atom/molekul  IR
3. Perubahan orientasi inti dan elektron  1H- dan 13C-NMR
Hendig W
4
DAERAH SPEKTRUM ELEKTROMAGNETIK
Nama

Mekanisme dasar penyerapan
1. Sinar-
< 0,1 nm
Transisi inti
2. Sinar-X
0,1 - 1,0 nm
Transisi elektron kulit dalam
3. Sinar-UV
190 - 380 nm
Transisi elektron valensi
4. Sinar UV-Vis 380 -900 nm
Transisi elektron valensi
5. Sinar IR
2,5-25 μm
Vibrasi intermolekular
6. Gel. mikro
0,04 - 25 cm
Rotasi intra- dan intermolekular
7. Gel. radio
pendek
0,25 - 18,5 m
Reorientasi inti dan elektron
Hendig W
5
 Spektroskopi UV: utk mendeteksi sistem konjugasi, karena
promosi elektron dr tingkat dasar ke tingkat eksitasi
menghasilkan absorpsi pd daerah UV.
 Spektroskopi IR: utk mendeteksi dan mengidentifikasi
vibrasi molekul, terutama vibrasi karakteristik dr ikatan
rangkap dua dan tiga yg tdpt pd gugus fungsi.
 Spektroskopi RMI: menggunakan panjang gelombang yg
lebih besar utk mendeteksi perubahan arah magnet inti dlm
medan magnet kuat. Frekuensi dari absorpsinya merup.
ukuran dr lingk. magnetik, yg berarti jg lingk. kimia inti tsb.
 Spektrometri massa: utk mengukur perbandingan massa
terhadap muatan (m/z) dari ion-ion organik. Informasi
struktur berasal dari fragmentasi molekul organik yg dpt
digunakan untuk meramalkan struktur asalnya.
Hendig W
6
Molekul dpt memiliki berbagai jenis energi kinetik, a.l.:
1. Energi rotasional: disebabkan perputaran/ rotasi molekul
pd pusat gaya beratnya  daerah gelombang mikro
2. Energi vibrasional: disebabkan perpindahan periodik
atom-atomnya dr posisi keseimbangannya  daerah IR.
3. Energi elektronik: disebabkan elekton-2 dalam atom atau
ikatan yang selalu dalam keadaan bergerak.
4. Energi translasi: disebabkan energi kinetik atom/molekul yg
dimiliki utk bergerak dr satu tmpt ke tempat lain dlm ruang.
Etranslasi < Erotasi < Evibrasi < Eelektronik
Hendig W
7
SEJARAH PERKEMBANGAN
 Spektroskopi UV (1930-an), IR (1940-an)  untuk
mengenal gugus-gugus fungsi
 Spektrometri massa (1950-an)  untuk mengetahui
rumus molekul dan struktur melalui pola fragmentasi
 Spektroskopi RMI (1950-an)
 Awal
1960-an
peralatan
NMR
ASSOCIATES SPECTROMETER A-60
oleh
VARIAN
Kombinasi data NMR dan MS untuk
menentukan kerangka molekul
Hendig W
8
FT-NMR (1970-an)
• Konsentrasi sampel lebih rendah dapat diukur
• Kelimpahan relatif dr C-13 yg sangat rendah dpt diatasai
• Waktu akuisisi lebih cepat
• Kombinasi H-NMR) dan C-NMR) dapat digunakan untuk
mengetahui kerangka karbon suatu molekul
Teknik kristalografi sinar X
 X-Ray Crystallography = X-Ray Diffraction: memungkinkan
mendapatkan struktur molekul yang lebih tepat, misalnya
senyawa dimer yang simetris.
 Kelemahan teknik ini :
- Mahal, memerlukan waktu lama
- Tidak semua senyawa dapat diperoleh single crystal
Hendig W
9
Teknik/data-data lain yg juga diperlukan:

Teknik-teknik pemisahan : GC, TLC, HPLC

Data fisika : TL, TD, Refraksi Indeks, kelarutan
 2D-NMR (RMI dua dimensi):
Hubungan (korelasi) antara spektra:
•
•
•
Hendig W
proton – proton
proton – karbon
karbon – karbon
10
Hendig W
11
SPEKTROFOTOMETRI
UV-Visibel
Hendig W
12
Apa yang dilihat dari
spektra ini ??
Hendig W
13
Sifat alamiah dari radiasi digambarkan oleh teori klasik dari Maxwell
tentang elektrodinamika dan magnetodinamika  menimbulkan istilah
elektromagnetik (REM = radiasi elektromagnetik).
 Radiasi terdiri dari 2 medan (listrik dan
magnet) yang berosilasi (bergetar) pada 2
bidang yang saling tegak lurus.
Hendig W
14
Radiasi Elektromagnetik mempunyai :
1. Panjang gelombang (), yaitu :
Jarak antara 2 puncak atau 2 lembah dari suatu gelombang
(nm, m, cm, m. Ao, 1 nm = 10 Ao)
2. Frekwensi radiasi (), yaitu :
Jumlah gelombang yang terjadi per detik
(detik-1; putaran/detik; Hz)
3. Kecepatan radiasi (C), yaitu :
Perkalian antara frekwensi (detik-1) dan panjang gelombang
C = 
4. Bilangan gelombang (), yaitu :
jumlah gelombang per cm
 = I/

amplitudo
jarak/wakktu
Hendig W
15
 Spektra ultraviolet dan visibel dari senyawa
berhubungan dengan transisi energi elektronik.
organik
Energi yang diabsorpsi pada daerah UV menghasilkan
perubahan pada energi elektronik molekul yang disebabkan
transisi elektron valensi dari molekul.
 Panjang gelombang dari absorpsi merupakan ukuran dari
pemisahan tingkat energi orbital-orbital yang terlibat dalam
transisi tersebut.
 Transisi terdiri dari eksitasi satu elektron orbital molekul terisi
(umumnya orbital non-bonding p atau bonding ) ke orbital
tingkat energi yang lebih tinggi (antibonding * atau *).
Hendig W
16
Interaksi Radiasi elektromagnetik (RE) dengan BAHAN
1
Bahan yang akan dianalisa (atom/molekul)
pada suhu kamar berada dalam
keadaan dasar (Ground State) dengan tingkat energi Eo
Apabila bahan ini diberi RE/energi, maka bahan menjadi dalam
keadaan tereksitasi (excited satate) dengan energi E1,E2 dsb
2
3
4
Hendig W
Jika bahan ini kembali ke keadaan dasar,
maka bahan akan memancarkan emisi
Selama bahan dieksitasi oleh RE, bahan akan memancarkan
radiasi yang disebut fluoresensi
E4
E4
E3
E3
E2
E2
E1
E1
Eo
Eo
Absorpsi
Emisi
17


n


Auksokrom :
n
Kromofor :
Gugus fungsi yang menyerap radiasi
di daerah UV dan derah tampak


[Molekul organik yang mempunyai
ikatan tak jenuh]
C C



C C
[Molekul organik yang tidak
mempunyai atom pasangan
elektron sunyi]
C=O; C-S; C-N; C-C
Gugus yang tidak menyerap radiasi pada panjang gelombang
> 200 nm, menyerap kuat di daerah UV jauh -OH, -NH2; -Cl
Auksokrom terikat pada kromofor,
Bila serapan bergeser pada panjang gelombang
yang lebih panjang (Efek Batokrom)
Hendig W
Bila serapan bergeser pada panjang gelombang
yang lebih pendek (Efek Hipsokrom)
18
Alkena -C=C-  uv jauh;
ikatan rangkap terkonjugasi –C=C-C=C-  uv
Makin banyak konjugasi  bergeser ke visibel (berwarna).
Misal: -karoten (pigmen kuning dlm wortel, daun hijau, prekursor vit
A) mempunyai 11 ikatan rangkap terkonjugasi
 max 451 nm.
-karoten
Hendig W
19
Spektrum UV dapat menggambarkan hubungan gugus
fungsi/konjugasi
1. Konjugasi antara 2 atau lebih ikatan rangkap C=C atau C- C
2. Konjugasi antara C=O dengan C=C
3. Konjugasi antara C=C dengan gugus aromatik
4. Adanya gugus aromatik
5. Jumlah dan lokasi substituen yang terikat oleh atom karbon
dalam sistem terkonjugasi
Hendig W
20
CHROMOPHORE
a band or group of bands, is due NOT to the whole of molecule, BUT to an
identifiable part of the molecule, which give rise to an electronic absorption
band. It may correspond to a functional group (i.e. OH, C=O, etc.)
CHROMOPHORE
TRANSITION SYMBOL
max, nm
-bonding electron


~ 150
O
n

~ 185
N
n

~ 195
S
n

~ 195
C O
n

~ 300
C O
n

~ 190


~ 190
C C
and
C H
lone pairs e-
-bonding electron
C
Hendig W
C (isolated)
21
PELARUT
 Umumnya dipakai etanol 95% yang transparan sampai
210 nm. Etanol absolut mengandung residu benzen yang
mengabsorpsi pada daerah UV.

Pelarut lain: sikloheksana, senyawa hidrokarbon lain.
 Makin kurang polar makin kecil interaksi dengan molekul
yang diukur.
Hendig W
22
PENGARUH PELARUT
   *
Pelarut yang lebih polar akan menaikkan max.
Misal : max (dlm etanol) > max (dlm n-heksana)
(red shift antara 10 – 20 nm).
 n  *
Misal : untuk keton, transisi n  *
 dipengaruhi oleh terbentuknya ikatan hidrogen
antara pelarut dng gugus karbonil.
max aseton
= 279 nm (dlm pelarut heksana)
= 270 nm (dlm pelarut etanol)
= 264,5 nm (dlm pelarut air)
(air dan gugus C=O membentuk ikatan hidrogen, shg terjadi
blue shift).
Hendig W
23
DEFINISI – DEFINISI
Auxochrome (auksokrom)
Suatu substituen pd kromofor yg memiliki “litle UV absorption”, dan dpt
menyebabkan red shift/blue shift (i.e. -OH, -OR, -NR2, halogen)
Misal: konjugasi pasangan elektron sunyi pada atom N dari enamin
menggeser absorbsi maksimum ikatan rangkap 2 terisolasi dari 190
nm menjadi 230 nm  substituen nitrogen adalah auxochrome.
H
N
C
C
R
max190 nm  230 nm
Suatu auksokrom merubah suatu kromofor menjadi
kromofor baru.
Hendig W
24
DEFINISI-DEFINISI (lanjutan)
Red Shift (bathochromic effect) :
Pergeseran absorpsi maksimum ke arah panjang gelombang
yang lebih besar. Dapat terjadi karena pergantian medium/
pelarut, atau karena adanya auxochrome
Blue shift atau hypsochromic effect :
Pergeseran ke arah  yg lebih pendek.
Anilin: max 230 nm
dlm larutan asam bergeser  203 nm (pergeseran biru).
Hypochromic effect :
Efek yg menyebabkan menurunnya intensitas absorbsi.
Hyperchromic effect :
Efek yg menyebabkan meningkatnya intensitas absorbsi.
Hendig W
25
DIENES AND POLYENES
• Extension of conjugation in a carbon chain is always
associated with a pronounced SHIFT towards LONGER
wavelength, nad usually towards greater intensity.
Hendig W
26
BENZENE DERIVATIVES
• Benzene derivative exhibit medium to strong absorption in UV
region;
• the intensity of the absorption is strongly influences by
substituents / auxochromes;
• weak auxochomes which influenced the absorption:
-CH3, -Cl, -OMe);
• groups which increase conjugation:
-CH=CH2, -C(=O)R, -NO2;
• auxochromes whose abs. is pH dependent:
-NH2, -OH
Hendig W
27
Compound
Hendig W
Structure
 max (nm)
e
28
Compound
Hendig W
Structure
 max (nm)
e
29
SISTEM KROMOFOR
C
A
Mirip sikloheksena
tetrasubstituted
Adanya ikatan rangkap yg
berposisi sbg eksosiklik
thd cincin A dan C, maka
menyebabkab red shift
Jika ada ikatan rangkap terkonjugasi akan menambah
sekitar 30 nm.
Hendig W
30
1
Hendig W
31
POLYENES
Komponen homodiena = 39*
Hendig W
32
Diena terkonjugasi
s-trans
Parent system: 214 nm
1 exocyclic C=C:
5 nm
3 ring residues: 3x5: 15 nm
234 nm
Heteroanular (dalam 2 cincin)
(Observed: 234 nm)
Parent system: 253 nm
2 ring residues: 2x5: 10 nm
s-cis
Homoanular (dalam 1 cincin)
263 nm
(Observed: ?)
Parent system: 253 nm
1 exocyclic C=C:
5 nm
3 ring residues: 3x5: 15 nm
1 alkyl joined to the chrom.: 5 nm
278 nm
(Observed: 273 nm)
Hendig W
33
2-Acetoxy-3,4,4a,6,7,8-hexahydro-4a-methylphenanthrene
Parent system (homocyclic diene, B): 253 nm
2 conjugation systems: 2 x 30:
60 nm
3 exocyclic C=C: 3 x 5: 15 nm
Acetoxy group: 0 nm
5 ring residues: 5x5: 25 nm
353 nm
(Observed: 355 nm)
Diexocyclic dienes such as belows cannot be analysed by
Fieser-Woodward rules
Hendig W
34
Hitung λmax dari senyawa berikut:
5
1
2
3
273
303
239
4
273
234
6
7
8
C9H18
279
CH3
Hendig W
H3CCOO
303
H3CCOO
353
35
CARBONYL DERIVATIVES
• C=O derivatives exhibit weak abs. (e < 100) between 200 – 300 nm.
• Conjugated C=O derivatives exhibit strong absorption.
Hendig W
36
2
Aturan absorpsi untuk,  keton dan aldehid tak jenuh
  
H H H H
H2C C C C C O

Harga dasar   keton tak jenuh lingkar 6 atau asiklik
Harga dasar   keton tak jenuh lingkar 5
Harga dasar   aldehid tak jenuh
Penambahan untuk :
a. ikatan rangkap terkonjugasi
b. gugus alkil atau sisa cincin kedudukan ,  , dst
c. auksokrom -OH kedudukan   
-OAc   
-OMe    
-S alk 
-Cl , 
-Br , 
-NR2 
d. ikatan angkap C=C, eksosiklis
e. Komponen homodien
Hendig W
215 nm
202 nm
207 nm
30 nm
10, 12, 18 nm
35, 30, 50 nm
6 nm
35, 30, 17, 31 nm
85 nm
15,12 nm
25, 30 nm
95 nm
5 nm
39 nm
37
KOREKSI PELARUT
Pelarut
Koreksi
(nm)
Pelarut
Koreksi
(nm)
Pelarut
Koreksi
(nm)
Etanol
0
Kloroform
+1
Heksana
+11
Metanol
0
Eter
+7
Sikloheksana
+11
Dioksan
+5
Air
-8
Hendig W
38
CONTOH SENYAWA ENONE
Parent enone: 215 nm
C=C extending the parent chom.: 30 nm
1 exocyclic C=C: 5 nm
Ring res.at β and δ positions of the dienone 12+18: 30 nm
280 nm
(Observed: 284 nm)
Parent enone: 215 nm
Homoannular diene.: 39 nm
C=C extending the parent chrom: 30 nm
1 exocyclic C=C: 5 nm
Ring res.at α and δ positions of the dienone 10+18: 28 nm
317 nm
(Observed: 314 nm)
Parent enone (acyclic): 215 nm
C=C extending the parent chom.: 30 nm
Ring res.at  and δ positions of the dienone 18+18: 36 nm
281 nm
(Observed: 228 (e=11600)278 nm (e=4500)
Hendig W
39
Latihan
2
Parent enone : 215 nm
Homoannular diene : 39 nm
Extended C=C : 30 nm
3 exocyclic C=C : 15 nm
O
Ring res.10+12+18+18 : 58 nm
357
O
1
Parent enone: 215 nm
Homoannular diene.: 39 nm
Extended C=C : 30 nm
Ring res.18+18+18: 54 nm
338
4
3
Parent enone : 215 nm
Homoann. diene : 39 nm
Extended C=C : 30 nm
1 exocyclic C=C : 5 nm
Ring res.10+18 : 28 nm
317
OH
O
O
6
O
Parent enone : 202 nm
-OH : 35 nm
Ring res. 12 : 12 nm
5
O
CH2
249
Hendig W
Parent enone : 215 nm
Extended C=C : 30 nm
Ring res.18+18 : 36 nm
281
Parent enone : 215 nm
Ring res.10 : 10 nm
Exocyclic C=C : 5 nm
40
230
R m
o
p
C
m
3
O
Z
AROMATIC CARBONYL COMPOUNDS
R – C6H4 – COZ
o
orientasi
Kromofor induk:
Z = alkil atau sisa cincin
Z=H
Z = OH atau O-alkil
Penambahan tiap substituen:
R = alkil atau sisa cincin
R = OH, OMe, O-alkil
R = OR = Cl
R = Br
R = NH2
R = NHAc
R = NHMe
R = N(Me)2
Hendig W
lmax (nm)
246
250
230
o, m, p
o, m, p
o, m, p
o, m, p
o, m, p
o, m, p
o, m, p
p
o, m, p
3, 3, 10
7, 7, 25
11, 20, 78/80
0, 0, 10
2, 2, 15
13, 13, 58
20, 20, 45
73
20, 20, 85
41
1
O
LATIHAN-1
MeO
Cl
OH
Parent chrom. : 246 nm
o-OH : 7 nm
m-Cl : 0 nm
253
3
1b
Cl
2
O
H
OH
Parent chrom. : 250 nm
o-OH : 7 nm
m-Cl : 0 nm
O
Parent chrom. : 246 nm
o-ring residue : 3 nm
p-OMe : 25 nm
274
4
257
O 252
Parent chrom. : 246 nm
o-ring residue : 3 nm
o-Me : 3 nm
Hendig W
O 256
OH
Parent chrom. : 246 nm
o-ring residue : 3 nm
o-OH : 7 nm
42
LATIHAN-2
O
5
O
6
OH
Me
H 2N
Parent chrom. : 230 nm
o-Me : 3 nm
p-NH2 : 58 nm
7
291
ONa
N
H
H3C
Parent chrom. : 230 nm
o-ONa : 11 nm
p-NHAc : 45 nm
N
OH
O
Cl
Parent chrom. : 230 nm
m-OH : 7 nm
m-Cl : 0 nm
286
8
O
Glu
Cl
O
O
Hendig W
OH
O
237
Parent chrom. : 230 nm
m-N(Me)2: 20 nm
m-Cl : 0 nm
250
43
Terima kasih,
Matur sembah nuwun,
Danke,
Arigato gozaimasu
ありがとうございます
44