Identificação de Compostos Orgânicos por Espectroscopia no Infravermelho



No espectro eletromagnético, a região de freqüência compreendida entre 3 x 1012 Hz e 4,3 x 1014 Hz corresponde ao infravermelho (IV). Quando esta radiação é absorvida por uma molécula de composto orgânico, ocorrem "deformações" nas ligações entre os átomos constituintes do composto. A análise de um espectro obtido por absorção no infravermelho é de muito valor para o estudo e a elucidação da estrutura química de uma substância (seja ela obtida de um medicamento, de um extrato vegetal, de uma amostra ambiental, de uma reação química...). A região do espectro compreendida entre freqüência 4000 cm-1 e 625 cm-1 apresenta importância para a Química Orgânica.
As deformações sofridas pelas ligações químicas, em decorrência da absorção no infravermelho, são percebidas através de movimentos vibracionais nas ligações, os quais envolvem deformações angulares (nos "ângulos" de ligações) e deformações axiais (nos eixos das ligações). Dessa forma, são encontrados os movimentos: estiramento (simétrico e assimétrico), tesoura, twist, wag e rotação.
Na molécula de CO2 (gás carbônico), é verificada deformação angular (O = C = O) em freqüência 667 cm-1, enquanto na molécula de água, ocorre deformação angular das ligações (H ? O ? H) em freqüência 1595 cm-1. Pode ser verificada deformação axial simétrica nas ligações de (H ? O ? H) em 3655 cm-1 e assimétrica em 3755 cm-1. Neste último caso, na molécula de água, calcula-se que a deformação axial de cada ligação O ? H, corresponde à freqüência 3700 cm-1 , um valor "intermediário" entre os dois últimos.
Para a Química Orgânica, não interessa a análise "completa e detalhada" de espectros IV, muitas bandas de absorção ficam "desconhecidas" ou são "desprezadas", contudo as freqüências de absorção de grupos funcionais que importam, na elucidação estrutural, são levadas em consideração, sendo comparadas com dados obtidos de outros espectros (outras técnicas) e com uma "biblioteca" banco de dados de padrões previamente analisados.
Em hidrocarbonetos, sinais em 1380, 1450 e 2900 cm-1 são característicos e indicam deformação angular da ligação H ? C ? H (em grupos metilas terminais), deformação angular de demais ligações H ? C ? H e deformação axial da ligação C ? H, respectivamente. Vale afirmar que o sinal em 2900 cm-1 apresenta uma banda forte, pela polaridade gerada.
A deformação axial da ligação C ? H ocorre em 3100 cm-1 (= C ? H) e em 3300 cm-1 (se o carbono for sp).
Em C ? O ? H, a deformação axial da ligação C ? O ocorre em 1100 cm-1 e O ? H em 3330 cm-1 (banda larga e forte). Estes dados são oriundos de funções oxigenadas (álcool, éter...).
Os compostos carbonílicos éster e cetona possuem espectros IV com bandas de absorção em 1735 e 1715 cm-1, respectivamente, que são característicos de deformação axial da ligação dupla de suas carbonilas (C = O). No caso do éster, pode ser verificada uma banda em 1180 cm-1 , referente à deformação axial da ligação C ? O, o que não ocorre em cetonas. O sinal característico da deformação da ligação C = O, apresenta-se como uma banda forte.
Também, nota-se a influência do fenômeno "ressonância" na interpretação deste tipo de espectro. Em compostos com ligação dupla tipo C = C, é verificada uma banda de absorção entre as freqüências 1640 e 1680 cm-1, relativa à deformação axial da ligação dupla, enquanto que, em compostos com duas ligações duplas conjugadas (ou seja, "separadas" por uma ligação simples), o sinal correspondente à deformação axial das duplas ligações ocorre entre as freqüências 1600 e 1630 cm-1, visto que estas ligações adquirem "caráter" de ligações simples, devido ao processo de ressonância, característico de grupos C = C ? C = C.
Sistemas cíclicos influenciam em freqüências de absorção de grupos funcionais, como por exemplo, na carbonila (C = O). Na cicloexanona, ocorre deformação axial da ligação C = O em 1715 cm-1 (o mesmo valor de uma cetona acíclica), enquanto que, na ciclobutanona, este fato é verificado na freqüência 1775 cm-1. Nota-se que, ao ser diminuído o tamanho do anel (de seis para quatro membros), ocorre um aumento no valor numérico da freqüência, devido ao aumento da tensão no anel. Desse modo, a influência de uma cadeia cíclica na freqüência de absorção é relacionada ao tamanho da cadeia (ou anel) e a tensão no anel.
É possível, também, ocorrer absorção IV com surgimento de duas bandas no espectro. Tal fato ocorre na análise de um aldeído, com a dupla ligação (C = O) absorvendo em 1725 cm-1 e a ligação C ? H (de HC = O) absorvendo em 2800 e 2700 cm-1, por deformação axial.
Muito mais se pode esperar de um espectro IV, facilitando a "montagem" da estrutura química de um composto levado para análise. Outras funções orgânicas, tais como ácidos carboxílicos, amidas, aminas, relacionam-se com os dados mostrados neste estudo. Isto implica que a técnica apresentada é aplicada a várias áreas do conhecimento (química de produtos naturais, síntese orgânica, até mesmo a botânica) e de atuação profissional (química, farmácia, biologia, agronomia). Seja qual for a finalidade (pesquisa científica, química ou toxicologia analítica, análises clínicas, controle de qualidade), esta técnica apresentada será de muita utilidade e merece ser estudada e praticada com "entusiasmo".


Autor: José Cláudio Dias Aguiar


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