Espectroscopia IV-Resolucao de Prova de Quimica Organica

INSTITUTO FEDERAL DA PARAÍBA CAMPUS SOUSA DEPARTAMENTO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR COORDENAÇÃO DO CURSO SUPERIOR DE LICENCIATURA EM QUÍMICA DISCIPLINA QUÍMICA ORGÂNICA III DOCENTE JOÃO BATISTA DISCENTE AVALIAÇÃO ESPECTROSCOPIA IV 01 O composto A MM 112 gmol apresenta 857 de C e 143 de H em sua composição elementar Já o composto B MM 925 gmol apresenta 389 de C 54 de H 173 de O e 384 de Cl Analise os espectros de IV abaixo e sugira a estrutura dos possíveis compostos A Para confirmar a sua estrutura você pode utilizar o site do SDBS httpssdbsdbaistgojpsdbscgibindirectframetopcgi e verificar a correlação peakbypeak 20 COMPOSTO A CICLOCTENO COMPOSTO B CLORETO DE PROPANOÍLA 02 Considerando os espectros da questão anterior faça as atribuições dos sinais destacados nas caixas 15 03 Correlacione as estruturas abaixo com seus espectros na região de infravermelho 15 O HO O Cl O EtO A B C 04 Sabendose das estruturas dos compostos AC da questão anterior questão 03 e somente observando as bandas acima de 1600 cm1 dos espectros referida questão é possível justificar a correlação com a estrutura por você indicada Justifique sua resposta 15 05 Nas aulas sobre Espectroscopia na região do infravermelho verificamos que existem alguns fatores que podem deslocar eou alargar uma banda no espectro Considerando o exposto responda o que se pede 20 a Explique o porquê da banda de estiramento OH do ácido salicílico estrutura ao lado ser sempre larga independentemente das condições nas quais a amostra é preparada b Considere a banda de estiramento OH do ácido salicílico e a banda de estiramento OH do fenol hidróxibenzeno ambas as amostras feitas na fase gasosa Comparando as duas bandas qual delas estaria em região de maior número de onda Justifique 06 Analise os dois espectros de infravermelho do ácido esteárico e do estearato de zinco e explique o deslocamento da banda de estiramento assimétrico CO 15 Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III Resolução 1 Composto A MM 112 gmol C857 H143 Primeiro passo é calcular fórmula mínima partindo de 100g para relacionar com a porcentagem C857 857g H143 143g Dividese ambos os valores pela massa de cada elemento C857g 12 714 H143g 1 143 Pegase o menor valor obtido e dividese com os valores encontrados C714 714 1 H143 714 2 Esses são os índices de cada elemento que geram a fórmula mínima ou seja C1H2 Como a massa total do composto A é 112 gmol obviamente C1H2 não é a fórmula desse composto pois a massa de 1 Carbono e 2 hidrogênios resulta em 14 g 122 Assim dividindo 112g por 14g temos 8 112148 Assim multiplicase 8 em cada índice da fórmula mínima C1x8 e H2x8 obtendose a fórmula molecular correta que é C8H16 Interpretação do Espectro Infravermelho Analisando o espectro IV e a partir da fórmula molecular percebe se claramente que se trata de um hidrocarboneto já que só contém carbono e Hidrogênio Calculase então o IDH índice de deficiência de hidrogênios para saber a respeito de insaturações ou ciclos na molécula Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III Cálculo do IDH 1 C H2N2X2 aqui nos interessa somente a parte inicial de Carbonos e Hidrogênios logo IDH 1 8 162 1 Logo a molécula possui 1 insaturação ou ciclo Como não há bandas de absorção no espectro em aproximadamente 1675 1645 cm1 descartase a possibilidade de ser uma molécula insaturada um alceno Assim percebese que se trata de um ciclo o CICLOOCTANO Composto B MM 925 gmol C389 H54 O173 Cl384 Primeiro passo é calcular fórmula mínima partindo de 100g para relacionar com a porcentagem C389 389g H54 54g O173 173g Cl384 384g Dividese ambos os valores pela massa de cada elemento C38912 324 H541 54 O17316 108 Cl384355 108 Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III Pegase o menor valor obtido e dividese com os valores encontrados C324108 3 H54108 5 O108108 1 Cl108108 1 Esses são os índices de cada elemento que geram a fórmula mínima ou seja C3H5OCl Como a massa total do composto B é 925 gmol somando as massas de todos os elementos que compõe o composto temse exatamente a massa de 925 12x31x516x1355x1925 Assim a fórmula molecular é C3H5OCl Interpretação do Espectro Infravermelho Analisando o espectro IV e a partir da fórmula molecular percebe se claramente que se trata de uma molécula com uma carbonila CO presente devido a banda de forte absorção na região de 1800 cm1 Calculase então o IDH índice de deficiência de hidrogênios para saber a respeito de insaturações na molécula Cálculo do IDH 1 C H2N2X2 onde X representa os halogênios da molécula a parte que contém o N2 é descartada IDH 1 3 52 12 1 Logo a molécula possui 1 insaturação Como já mencionado a presença da banda de estiramento CO carbonila confirma essa única insaturação Avaliando a grande intensidade de absorção dessa Carbonila no espectro e observando a presença do Cloro na molécula podese sugerir claramente que a mesma é um cloreto de ácido A confirmação é imediata ao se observar a banda na região de 700 cm1 que se refere ao estiramento da ligação CCl de cloretos de Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III ácidos Assim percebese que se trata de um cloreto de ácido com uma porção CH3CH2 o CLORETO DE PROPIONILA 2 COMPOSTO A Os sinaisbandas de absorção intensas em 2921 e 2849 cm1 se referem às vibrações de estiramento de CH nos grupos CH2 presentes no ciclooctano Os sinaisbandas de absorção que aparecem em 1477 e 1467 cm1 se referem às vibrações de deformação de CH dos grupos CH2 presentes no ciclooctano COMPOSTO B 2991 e 2948 cm1 vibrações de estiramento de CH das metilas e metilenas CH3 e CH2 presentes na estrutura do Cloreto de Propionila 1792 cm1 absorção muito forte referente ao estiramento CO carbonila presente na estrutura do cloreto de ácido 1462 e 1409 cm1 deformação angular do CH2 1386 cm1 deformação angular do CH3 917 e 693 cm1 bandas fortes de absorção referentes ao estiramento da ligação CCl Em cloretos de ácidos alquílicos esses sinais aparecem fortes e mais de um 3 Estrutura A referese ao espectro 1 a banda alargada em aproximadamente 3000 cm1 referese claramente a presença de um grupo OH presente apenas na molécula A Estrutura B referese ao espectro 3 o sinal moderadoforte presente em aproximadamente 700 cm1 aponta a presença do estiramento da ligação CCl presente em cloretos de ácidos sugerindo claramente a estrutura B Para além a ausência de sinais mais perceptíveis em aproximadamente 3000 cm1 Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III impossibilita ser uma estrutura com a presença de estiramento CH3 como presente na estrutura C Estrutura C referese ao espectro 2 Por eliminação e pela presença de sinais de estiramento CH da metila e da metilena CH3 e CH2 em aproximadamente 2950 cm1 o espectro foi confirmado Os sinais duas ou três bandas que compreendem a faixa de 1000 a 1300 cm1 sugerem a presença do estiramento CO que caracteriza e mais uma vez confirma o éster em questão 4 É uma afirmação delicada de se fazer mas SIM é possível se e somente se se tenha o conhecimento das três estruturas em questão para escolher entre os três espectros apresentados A banda alargada do espectro 1 já sugere uma molécula com grupamento OH que está presente em apenas uma das estruturas As outras duas levando em consideração somente o espectro a partir de 1600 cm1 podem ser identificadas por eliminação mesmo sendo um pouco complicado Como não há possibilidade de identificar o estiramento CO que caracteriza o éster pois as bandas são abaixo do proposto nos resta identificar os grupos que sobram CH2CH3 Assim o espectro que apresenta bandas bem definidas de estiramento CH referente a esses grupos é o número 2 e por consequência e pelo espectro que sobrou se refere a molécula B 5 A A banda de estiramento OH do ácido salicílico é larga devido às interaçõesligações de hidrogênio entre as moléculas vizinhas Essa característica é observada independentemente das condições nas quais a amostra é preparada Se for amostra líquida interage com moléculas vizinhas e em meio sólido interage de forma intramolecular ou com moléculas adjacentes Essa interação resulta em uma ampla distribuição de energias de ligação e consequentemente uma ampla distribuição de frequências de vibração o que alarga os sinais no espectro B A banda de estiramento OH do fenol na fase gasosa estaria em uma região de maior número de onda em comparação com a banda de estiramento OH do Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III ácido salicílico na mesma fase Quando se trata do estiramento da ligação OH em compostos aromáticos como o fenol a frequência de vibração é geralmente maior do que em compostos alifáticos como o ácido salicílico Isso ocorre porque a presença de um anel aromático restringe a movimentação da ligação OH e torna a ligação mais rígida resultando em uma frequência de vibração mais alta 6 O deslocamento da banda de estiramento assimétrico da carbonila CO ao comparar os espectros de infravermelho do ácido esteárico e do estearato de zinco ocorre devido à interação da carbonila com o metal presente no estearato de zinco No ácido esteárico a carbonila está ligada a um grupo funcional ácido COOH enquanto no estearato de zinco o ácido esteárico reage com o zinco para formar um sal resultando na formação da ligação metalcarbonila Quando a carbonila está ligada a um metal ocorre uma polarização parcial da ligação CO devido à eletronegatividade do metal Essa polarização leva a uma mudança na constante de força da ligação CO e consequentemente a um deslocamento da banda de estiramento assimétrico da carbonila Geralmente o deslocamento da banda de estiramento assimétrico da carbonila para valores menores de número de onda frequências mais altas é observado quando ocorre a interação com um metal exatamente como se observa nos espectros propostos Isso ocorre porque a polarização da ligação CO aumenta a constante de força efetiva resultando em uma frequência de vibração mais alta Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III Resolução 1 Composto A MM 112 gmol C857 H143 Primeiro passo é calcular fórmula mínima partindo de 100g para relacionar com a porcentagem C857 857g H143 143g Dividese ambos os valores pela massa de cada elemento C857g 12 714 H143g 1 143 Pegase o menor valor obtido e dividese com os valores encontrados C714 714 1 H143 714 2 Esses são os índices de cada elemento que geram a fórmula mínima ou seja C1H2 Como a massa total do composto A é 112 gmol obviamente C1H2 não é a fórmula desse composto pois a massa de 1 Carbono e 2 hidrogênios resulta em 14 g 122 Assim dividindo 112g por 14g temos 8 112148 Assim multiplicase 8 em cada índice da fórmula mínima C1x8 e H2x8 obtendose a fórmula molecular correta que é C8H16 Interpretação do Espectro Infravermelho Analisando o espectro IV e a partir da fórmula molecular percebe se claramente que se trata de um hidrocarboneto já que só contém carbono e Hidrogênio Calculase então o IDH índice de deficiência de hidrogênios para saber a respeito de insaturações ou ciclos na molécula Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III Cálculo do IDH 1 C H2N2X2 aqui nos interessa somente a parte inicial de Carbonos e Hidrogênios logo IDH 1 8 162 1 Logo a molécula possui 1 insaturação ou ciclo Como não há bandas de absorção no espectro em aproximadamente 1675 1645 cm1 descartase a possibilidade de ser uma molécula insaturada um alceno Assim percebese que se trata de um ciclo o CICLOOCTANO Composto B MM 925 gmol C389 H54 O173 Cl384 Primeiro passo é calcular fórmula mínima partindo de 100g para relacionar com a porcentagem C389 389g H54 54g O173 173g Cl384 384g Dividese ambos os valores pela massa de cada elemento C38912 324 H541 54 O17316 108 Cl384355 108 Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III Pegase o menor valor obtido e dividese com os valores encontrados C324108 3 H54108 5 O108108 1 Cl108108 1 Esses são os índices de cada elemento que geram a fórmula mínima ou seja C3H5OCl Como a massa total do composto B é 925 gmol somando as massas de todos os elementos que compõe o composto temse exatamente a massa de 925 12x31x516x1355x1925 Assim a fórmula molecular é C3H5OCl Interpretação do Espectro Infravermelho Analisando o espectro IV e a partir da fórmula molecular percebe se claramente que se trata de uma molécula com uma carbonila CO presente devido a banda de forte absorção na região de 1800 cm1 Calculase então o IDH índice de deficiência de hidrogênios para saber a respeito de insaturações na molécula Cálculo do IDH 1 C H2N2X2 onde X representa os halogênios da molécula a parte que contém o N2 é descartada IDH 1 3 52 12 1 Logo a molécula possui 1 insaturação Como já mencionado a presença da banda de estiramento CO carbonila confirma essa única insaturação Avaliando a grande intensidade de absorção dessa Carbonila no espectro e observando a presença do Cloro na molécula podese sugerir claramente que a mesma é um cloreto de ácido A confirmação é imediata ao se observar a banda na região de 700 cm1 que se refere ao estiramento da ligação CCl de cloretos de Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III ácidos Assim percebese que se trata de um cloreto de ácido com uma porção CH3CH2 o CLORETO DE PROPIONILA 2 COMPOSTO A Os sinaisbandas de absorção intensas em 2921 e 2849 cm1 se referem às vibrações de estiramento de CH nos grupos CH2 presentes no ciclooctano Os sinaisbandas de absorção que aparecem em 1477 e 1467 cm1 se referem às vibrações de deformação de CH dos grupos CH2 presentes no ciclooctano COMPOSTO B 2991 e 2948 cm1 vibrações de estiramento de CH das metilas e metilenas CH3 e CH2 presentes na estrutura do Cloreto de Propionila 1792 cm1 absorção muito forte referente ao estiramento CO carbonila presente na estrutura do cloreto de ácido 1462 e 1409 cm1 deformação angular do CH2 1386 cm1 deformação angular do CH3 917 e 693 cm1 bandas fortes de absorção referentes ao estiramento da ligação CCl Em cloretos de ácidos alquílicos esses sinais aparecem fortes e mais de um 3 Estrutura A referese ao espectro 1 a banda alargada em aproximadamente 3000 cm1 referese claramente a presença de um grupo OH presente apenas na molécula A Estrutura B referese ao espectro 3 o sinal moderadoforte presente em aproximadamente 700 cm1 aponta a presença do estiramento da ligação CCl presente em cloretos de ácidos sugerindo claramente a estrutura B Para além a ausência de sinais mais perceptíveis em aproximadamente 3000 cm1 impossibilita ser uma estrutura com a presença de estiramento CH3 como presente na estrutura C Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III Estrutura C referese ao espectro 2 Por eliminação e pela presença de sinais de estiramento CH da metila e da metilena CH3 e CH2 em aproximadamente 2950 cm1 o espectro foi confirmado Os sinais duas ou três bandas que compreendem a faixa de 1000 a 1300 cm1 sugerem a presença do estiramento CO que caracteriza e mais uma vez confirma o éster em questão 4 É uma afirmação delicada de se fazer mas SIM é possível se e somente se se tenha o conhecimento das três estruturas em questão para escolher entre os três espectros apresentados A banda alargada do espectro 1 já sugere uma molécula com grupamento OH que está presente em apenas uma das estruturas As outras duas levando em consideração somente o espectro a partir de 1600 cm 1 podem ser identificadas por eliminação mesmo sendo um pouco complicado Como não há possibilidade de identificar o estiramento CO que caracteriza o éster pois as bandas são abaixo do proposto nos resta identificar os grupos que sobram CH2CH3 Assim o espectro que apresenta bandas bem definidas de estiramento CH referente a esses grupos é o número 2 e por consequência e pelo espectro que sobrou se refere a molécula B 5 A A banda de estiramento OH do ácido salicílico é larga devido às interaçõesligações de hidrogênio entre as moléculas vizinhas Essa característica é observada independentemente das condições nas quais a amostra é preparada Se for amostra líquida interage com moléculas vizinhas e em meio sólido interage de forma intramolecular ou com moléculas adjacentes Essa interação resulta em uma ampla distribuição de energias de ligação e consequentemente uma ampla distribuição de frequências de vibração o que alarga os sinais no espectro B A banda de estiramento OH do fenol na fase gasosa estaria em uma região de maior número de onda em comparação com a banda de estiramento OH do ácido salicílico na mesma fase Quando se trata do estiramento da ligação OH em compostos aromáticos como o fenol a frequência de vibração é geralmente Avaliação Espectroscopia IV Química Orgânica III maior do que em compostos alifáticos como o ácido salicílico Isso ocorre porque a presença de um anel aromático restringe a movimentação da ligação OH e torna a ligação mais rígida resultando em uma frequência de vibração mais alta 6 O deslocamento da banda de estiramento assimétrico da carbonila CO ao comparar os espectros de infravermelho do ácido esteárico e do estearato de zinco ocorre devido à interação da carbonila com o metal presente no estearato de zinco No ácido esteárico a carbonila está ligada a um grupo funcional ácido COOH enquanto no estearato de zinco o ácido esteárico reage com o zinco para formar um sal resultando na formação da ligação metalcarbonila Quando a carbonila está ligada a um metal ocorre uma polarização parcial da ligação CO devido à eletronegatividade do metal Essa polarização leva a uma mudança na constante de força da ligação CO e consequentemente a um deslocamento da banda de estiramento assimétrico da carbonila Geralmente o deslocamento da banda de estiramento assimétrico da carbonila para valores menores de número de onda frequências mais altas é observado quando ocorre a interação com um metal exatamente como se observa nos espectros propostos Isso ocorre porque a polarização da ligação CO aumenta a constante de força efetiva resultando em uma frequência de vibração mais alta