• Tidak ada hasil yang ditemukan

Elusidasi Struktur. (2 SKS) P3: Spektroskopi Infra Merah (IR) Genap 2021

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "Elusidasi Struktur. (2 SKS) P3: Spektroskopi Infra Merah (IR) Genap 2021"

Copied!
75
0
0

Teks penuh

(1)

Elusidasi Struktur

(2 SKS)

P3: Spektroskopi Infra Merah (IR)

Genap | 2021

(2)

Materi:

P Materi Tanggal

1. Pendahuluan

2. Spektroskopi UV-Vis

3. Spektroskopi IR 25.03.2021

4. Spektroskopi IR (2) 5. Spektroskopi MS 6. Spektroskopi MS (2) 7. Review

8. UTS

(3)

Spektroskopi IR

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 3

(1). acetophenone (2). cyclohexanone (3) 1,4-dioxane (4) δ-valerolactone Prinsip dasar:

identifikasi gugus fungsional

(4)

IR radiation:

 IR dekat: 0,7 – 2,5 μm; menengah: 2.5 – 50 μm; jauh: 50 – 1000 μm.

(5)

Basic principle:

 Energi IR mampu menyebabkan molekul ber- vibrasi pada tingkat vibrasi tertentu.

 Deteksi gugus fungsional.

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 5

(6)

elektronik vibrasi rotasi

(7)

Jenis vibrasi

 Inti-inti atom terikat oleh ikatan kovalen mengalami getaran (vibrasi/osilasi)

 Jenis vibrasi

1. Vibrasi Regangan 2. Vibrasi Tekuk

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 7

(8)

Vibrasi regangan

 Vibrasi yang menyebabkan perubahan terus menerus pada jarak ikatan

 Jenis:

1. simetris (symmetrical

stretching)

2. asimetris (asymmetrical

stretching)

(9)

Vibrasi Tekuk

 Vibrasi yang menyebabkan perubahan sudut ikatan.

 Jenis:

1. Rocking 2. Scissoring 3. Twisting 4. Wagging

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 9

(10)

Contoh vibrasi:

 Molekul linear

3n-5 jenis vibrasi.

 Molekul non-linear

3n-6 jenis vibrasi.

 Contoh: H

2

O

Mempunyai 3 atom non linear  3n – 6

= 3 (3) – 6 = 3 jenis vibrasi

(11)

Tingkat energi vibrasi

asymmetric stretch

symmetric stretch

bend

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 11

(12)

Dasar Spektroskopi IR

 Bila ikatan bergetar, maka energi vibrasi secara terus menerus dan secara periodik berubah dari energi kinetik ke energi potensial dan sebaiknya.

Hukum Hooke: Jumlah energi total pegas adalah sebanding dengan:

– frekuensi vibrasi dan tetapan gaya (k) pegas

– massa (m1 dan m2) dari dua massa yang terikat.

(13)

Deskripsi matematis energi vibrasi

13 Hadi | Elusidasi Struktur | 2021

(14)

Energi Vibrasi: momen dipol

 Hanya senyawa dengan momen dipol tertentu yang dapat menyerap radiasi IR.

 Ikatan yang tidak menyerap :

1. Alkena dan alkuna

tersubtitusi yang simetris 2. Molekul diatomik yang

simetris

(15)

Energi Vibrasi: momen dipol

 Beberapa gugus fungsi

menyerap kuat radiasi infra merah:

1. Gugus karbonil merupakan absorber terkuat

2. Begitu juga dengan –O-H dan –C-O-

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 15

(16)

Instrumentasi

 Komponen utama spektrometer IR :

– Sumber radiasi IR – Monokromator

– Sel sampel – Detektor

(17)

Sumber radiasi

 Sumber harus memancarkan radiasi yang harus cukup intens untuk deteksi sampel

 Stabil

 Memiliki panjang gelombang yang diinginkan .

17

INCANDESCENT LAMP:

tungsten filament Longer life

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021

(18)

Monokromator

 Memilih frekuensi yang diinginkan dari sumber.

 Ada dua jenis:

– Prism Monochromator

– Grating Monochromator

(19)

Sel sampel

 Material berisi sampel harus transparan terhadap radiasi IR

 Sel harus sangat sempit  0,01 – 1 mm

 Contoh: Garam seperti natrium klorida dan kalium bromida banyak digunakan

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 19

(20)

Detektor

 Bolometer

 Thermocouple

 Photo conductivity cell

 Semiconductor detectors

(21)

Double beam spektrometer IR

21 Hadi | Elusidasi Struktur | 2021

(22)

Preparasi sampel

 Menggunakan window material, berupa alkali halida seperti NaCl, atau KBr

Teknik pelet KBr: padatan sampel digerus dalam mortal kecil bersama dengan kristal KBr kering dalam jumlah sedikit sekali (0,5 – 2 mg cuplikan + 100 mg KBr kering). Campuran

tersebut kemudian dipress dengan alat penekan hidrolitik hingga menjadi pelet yang transparan.

 Tablet cuplikan tipis tersebut kemudian

ditempatkan di tempat sel spektrofotometer

(23)

Senyawa yang mampu berinteraksi dg radiasi IR

 Hanya vibrasi yang meyebabkan perubahan moment dipole molekul dan memiliki absorpsi frekuensi pada daerah IR

 Molekul gas, misal O2, H2, dan Cl2, tidak memiliki momen dipole, sehingga tidak ada serapan IR yang terjadi

 SO2 dan CO2 memiliki moment dipole, sehingga memberikan serapan IR

 Setiap gugus fungsi memiliki serapan IR tersendiri

 Semakin kompleks struktur molekul, semakin kompleks serapan IR-nya

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 23

(24)

Spektra IR

Intensitas absorpsi (%T) vs bilangan gelombang (cm-1).

 Bilangan gelombang:

,

(25)

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 25

(26)

Identifikasi senyawa

Prinsip:

Membandingkan spektrum.

Tidak ada dua sampel akan memiliki spektrum yang IR identik.

Kriteria: contoh dan referensi harus diuji dalam kondisi yang sama, seperti keadaan fisik, suhu, pelarut, dll

Kelemahan: enantiomer tidak dapat dibedakan

(spektrum adalah identik)

(27)

Syarat spektra

 adequately resolved and of adequate intensity.

 spectrum of a pure compound.

 The spectrophotometer should be calibrated.

 The method of sample handling must be specified.

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 27

(28)

Interpretasi spektra

 Pengamatan pertama kali ditujukan pada puncak yang berada di daerah bilangan gelombang 4000-1500 cm-1

 determinasi gugus fungsi,

 Daerah sebelah kanan 1500 cm-1 disebut dengan

daerah sidik jari (fingerprint region). Daerah sidik jari akan sangat khas untuk masing-masing senyawa.

(29)

Daerah "Sidik Jari“ ( fingerprint )

 1500-700 cm

-1

 perbedaan kecil dalam struktur dan komposisi molekul menghasilkan perubahan puncak yang signifikan di wilayah ini.

 wilayah ini membantu untuk mengidentifikasi suatu senyawa yang tidak diketahui

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 29

(30)

Absorption regions

(31)

IR bands

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 31

(32)
(33)

A comparison of the shapes of the absorption bands for the O-H and N-H groups

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 33

(34)
(35)

Typical infrared absorption regions

2.5 4 5 5.5 6.1 6.5 15.4

4000 2500 2000 1800 1650 1550 650

FREQUENCY (cm-1) WAVELENGTH (mm)

O-H C-H N-H

C=O C=N Very

few bands

C=C

C-Cl C-O C-N X=C=Y C-C

(C,O,N,S) C N

C C

N=O N=O *

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 35

(36)

O-H

2.5 4 5 5.5 6.1 6.5 15.4

4000 2500 2000 1800 1650 1550 650

FREQUENCY (cm-1) WAVELENGTH (mm)

O-H C-H N-H

C=O C=N Very

few bands

C=C

C-Cl C-O C-N X=C=Y C-C

(C,O,N,S) C N

C C

N=O N=O*

(37)

The O-H stretching region

 O-H

3600 cm

-1

(alcohol, free)

 O-H

3300 cm

-1

(alcohols and acid, H-bonding)

37

3600 3300

H-BONDED FREE

broadens

shifts

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021

(38)

The O-H: bonded

(39)

The O-H: free

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 39

(40)

The O-H: as acid

(41)

O-H OH H-bond

C-H

C-O CH2

ALCOHOL

,

Cyclohexanol

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 41

(42)

N-H

2.5 4 5 5.5 6.1 6.5 15.4

4000 2500 2000 1800 1650 1550 650

FREQUENCY (cm-1) WAVELENGTH (mm)

O-H C-H N-H

C=O C=N Very

few bands

C=C

C-Cl C-O C-N X=C=Y C-C

(C,O,N,S) C N

C C

N=O N=O*

(43)

The N-H stretching region

 N-H  3300 - 3400 cm

-1

 Primary amines give two peaks

 Secondary amines give one peak

 Tertiary amines give no peak

43

N H

H N H

symmetric asymmetric

H

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021

(44)

CH3 CH2 CH2 CH2 NH2 NH2

NH2 scissor

CH2

CH3

PRIMARY AMINE aliphatic

1-Butanamine

(45)

NH CH2 CH3 NH

benzene Ar-H

CH3

SECONDARY AMINE

N-Ethylbenzenamine

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 45

(46)

N CH3

CH3

no N-H

benzene

CH3

Ar-H Ar-H

-CH3

TERTIARY AMINE

N,N-Dimethylaniline

(47)

C-H

47

2.5 4 5 5.5 6.1 6.5 15.4

4000 2500 2000 1800 1650 1550 650

FREQUENCY (cm-1) WAVELENGTH (mm)

O-H C-H N-H

C=O C=N Very

few bands

C=C

C-Cl C-O C-N X=C=Y C-C

(C,O,N,S) C N

C C

N=O N=O*

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021

(48)

The C-H stretching region

 BASE VALUE  3000 cm

-1

 C-H sp stretch   3300 cm

-1

 C-H sp

3

stretch  < 3000 cm

-1

 C-H aldehyde, two peaks (both weak)

 ~ 2850 and 2750 cm

-1

3000 divides UNSATURATED

SATURATED

(49)

3000

-C-H

=C-H 3100

3300

=C-H=

2900 2850 2750

-CH=O (weak)

increasing CH bond strength sp3- 1s sp2- 1s

sp - 1s

increasing frequency (cm-1)

aldehyde

increasing s character in bond

CH BASE VALUE = 3000 cm-1

Stronger bonds have larger force constants and absorb at higher frequencies

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 49

(50)

The C-H bending region

 CH

2

bending  ~ 1465 cm

-1

 CH

3

bending (asym)  ~ 1460 cm

-1

 CH

3

bending (sym)  ~ 1375 cm

-1

(51)

C

H H

C

H H

C

H H C

H H

C

H H

C

H H

Scissoring Wagging

Rocking Twisting

Bending Vibrations

~1465 cm-1

~720 cm-1

~1250 cm-1

~1250 cm-1

in-plane out-of-plane

Methylene group bending vibrations

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 51

(52)

CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

CH

stretch

CH2 bend

CH3 bend

CH2 rocking

ALKANE

Hexane

(53)

CN and CC

53

2.5 4 5 5.5 6.1 6.5 15.4

4000 2500 2000 1800 1650 1550 650

FREQUENCY (cm-1) WAVELENGTH (mm)

O-H C-H N-H

C=O C=N Very

few bands

C=C

C-Cl C-O C-N X=C=Y C-C

(C,O,N,S) C N

C C

N=O N=O*

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021

(54)

The triple bond stretching region

 The cyano group often gives a strong, sharp peak due to its large dipole moment.

CN  2250 cm

-1

 The carbon-carbon triple bond gives a sharp peak, but it is often weak due to a lack of a dipole.

CC  2150 cm

-1

This is especially true if it is at the center of a symmetric molecule.

(55)

55

CH3 CH2 C N CN

NITRILE BASE = 2250

Propanenitrile

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021

(56)

2.5 4 5 5.5 6.1 6.5 15.4

4000 2500 2000 1800 1650 1550 650

FREQUENCY (cm-1) WAVELENGTH (mm)

O-H C-H N-H

C=O C=N Very

few bands

C=C

C-Cl C-O C-N X=C=Y C-C

(C,O,N,S) C N

C C

N=O N=O*

C=O

(57)

The carbonyl stretching region

 This region stretches from about 1800 to 1650 cm

-1 - RIGHT IN THE MIDDLE OF THE SPECTRUM

 BASE VALUE

1715 cm

-1

(ketone)

 The bands are very strong !!! due to the large C=O dipole moment.

 C=O is often one of the strongest peaks in the spectrum

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 57

(58)

CH3 C CH2 CH3 O

KETONE

C=O C-H

overtone 2x C=O

CH bend

BASE = 1715 1715

C=O

2-Butanone

(59)

C R

O H

C R

O

O C R O

C R

O

Cl R C O

OR' R C

O

R R C

O

NH2 C

R

O

OH

1690 1710

1715 1725

1735 1800

1810 and 1760

BASE VALUE acid

chloride ester aldehyde

carboxylic

acid amide

ketone

anhydride

( two peaks )

EACH DIFFERENT KIND OF C=O COMES AT A DIFFERENT FREQUENCY

C=O is sensitive to its environment

THESE VALUES ARE WORTH LEARNING

all are +/- 10 cm-159

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021

(60)

C=C

2.5 4 5 5.5 6.1 6.5 15.4

4000 2500 2000 1800 1650 1550 650

FREQUENCY (cm-1) WAVELENGTH (mm)

O-H C-H N-H

C=O C=N Very

few bands

C=C

C-Cl C-O C-N X=C=Y C-C

(C,O,N,S) C N

C C

N=O N=O*

(61)

The C=C stretching region

61

 C=C double bond at 1650 cm

-1

is often weak or not even seen.

 C=C benzene ring shows peak(s) near 1600 and 1400 cm

-1

, one or two at each value -

CONJUGATION LOWERS THE VALUE.

 When C=C is conjugated with C=O it is stronger and comes at a lower frequency

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021

(62)

CH2 CH CH2 CH2 CH2 CH3 ALKENE

oops C=C

=C-H

C-H

aliphatic

C-H bend

1-Hexene

(63)

C-O, N=O, and C-X

2.5 4 5 5.5 6.1 6.5 15.4

4000 2500 2000 1800 1650 1550 650

FREQUENCY (cm-1) WAVELENGTH (mm)

O-H C-H N-H

C=O C=N Very

few bands

C=C

C-Cl C-O C-N X=C=Y C-C

(C,O,N,S) C N

C C

N=O N=O*

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 63

(64)

The C-O stretching region

 The C-O band appears in the range of 1300 to 1000 cm

-1

 Look for one or more strong bands appearing in this range!

 Ethers, alcohols, esters and carboxylic acids

have C-O bands

(65)

CH3 CH2 CH2 CH2 O CH2 CH2 CH2 CH3 ETHER

C-O

BASE = 1100

CH2 CH3 bending C-H

Dibutyl Ether

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 65

(66)

The N=O stretching region

 N=O stretching  1550 and 1350 cm

-1

asymmetric and symmetric stretchings

 Often the 1550 cm

-1

peak is stronger than the

other one

(67)

CH3 CH

CH3 NO2

NITROALKANE

N=O

N=O C-H

gem-dimethyl

2-Nitropropane

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 67

(68)

The C-X stretching region

 C-Cl 785 to 540 cm

-1

, often hard to find amongst the fingerprint bands!!

 C-Br and C-I appear outside the useful range of infrared spectroscopy.

 C-F bonds can be found easily, but are not that

common.

(69)

C

Cl Cl

Cl

Cl

C-Cl

Carbon Tetrachloride

Often used as a solvent for IR spectra.

When it is used, spectra show C-Cl absorptions.

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 69

(70)

Simple approach to the analysis of spectrum at a glance (General Rules)

 Look if carbonyl group is present?

The C=O gives strong absorption in the region 1820- 1660 cm

-1

 If C=O is present, check for the presence of

following group...

(71)

Acids (O-H)

a broad band near 3400-2400 cm-1

Amides (N-H)

medium absorption near 3400 cm-1 & some times double dips with equivalent halves

Ester (C-O)

strong absorption near 1300-1000 cm-1.

Anhydrides (C-O)

gives two C-O absorption near 1810-1760 cm-1

Aldehyde (C-H)

show two weak absorption near 2850 and 2750 cm-1.

Ketones (C-R)

If none of the above is present, conforms the presence of ketones

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 71

(72)

If C=O is absent,

 Alcohols and Phenols: Check for O-H, show broad absorption near 3400-3300 cm

-1

. Confirm this by finding C-O near 1300-1000 cm

-1.

 Amines: N-H stretch, show medium absorption near 3400 cm

-1

 Ethers: C-O near 1300

-1

-1000cm

-1

, and also absence

of O-H near 3400 cm

-1

(73)

 Double bonds and / or Aromatic ring:

– C=C is a weak absorption near 1650 cm

-1

– Medium to strong absorption 1600-1450 cm

-1

– Aromatic C-H occurs to left of the 3000 cm

-1

– Aliphatic C-H occurs to right of 3000 cm

-1

 Triple bonds:

– C≡N medium, sharp absorption near 2250 cm

-1

– C≡C weak sharp absorption near 2150 cm

-1

Hadi | Elusidasi Struktur | 2021 73

(74)

 Nitro groups

– Two absorptions at 1600-1530 cm

-1

and 1390- 1300 cm

-1

 Hydrocarbons

– None of the preceding is found

– Major absorptions are in C-H region near 3000 cm

-1

– Very simple spectrum

(75)

Terima kasih

Referensi

Dokumen terkait

Fajarini dan Firmansyah (2012) menyatakan bahwa ROE digunakan untuk mengukur efisiensi suatu perusahaan dari keuntungan yang dihasilkan dari setiap unit ekuitas pemegang saham,

Anamnesis (15%) Kandidat hanya menanyakan identitas dan keluhan utama pasien, tidak melakukan anamnesis lainnya langsung melakukan pemeriksaan fisik Kandidat hanya

Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan untuk mengetahui komponen senyawa dalam minyak daging biji kepuh yang aktif antiradikal bebas serta mengetahui

Maka dari itu berdasarkan prinsip layout di atas, yang akan digunakan sebagai fokus untuk menarik perhatian target audience adalah ilustrasi sebagai emphasis

Atas dasar penelitian dan pemeriksaan lanjutan secara seksama terhadap berkas yang diterima Mahkamah Pelayaran dalam Berita Acara Pemeriksaan Pendahuluan (BAPP)

Keragaman kupu-kupu Di Bantaran Sungai Batanghari Kota Metro dikategorikan sedikit atau rendah karena memiliki nilai Nilai H 1 &lt; 1, dengan spesies yang paling

18 Maka kamu akan kembali melihat perbedaan antara orang benar dengan orang fasik, antara orang yang beribadah kepada Allah dengan orang yang tidak beribadah kepada-Nya.&#34;.

Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa SMA Muhammadiyah 3 Surakarta adalah lembaga pendidikan swasta yang sangat menonjolkan sekolah yang berasaskan Islam