Metodi fisici in chimica organica

METODI FISICI IN CHIMICA ORGANICA

LIBRO: Identificazione spettroscopica di composti organici di R.M. Silverstein e F.X

ESAME: Prova scritta + prova orale

E-MAIL: gianfranco.fani@uniurb.it Tel. 0722 303444(6)

L'obiettivo è determinare la formula strutturale di una molecola mediante l'utilizzo di UV-VIS, IR, NMR e MS.

Come si procede?

Supponiamo di aver estratto/sintetizzato e purificato una sostanza di cui vogliamo determinare la struttura. Occorre determinare:

• Formula bruta e grado di insaturazione. Questo può essere fatto con ANALISI ELEMENTARE + MASSA oppure solo con MASSA ESATA
• Gruppi funzionali: con IR, NMR, MS, UV-VIS
• Connettività degli atomi: NMR
• Stereochimica: con NHR, CD

L'interpretazione degli spettri MS, IR, NMR è empirica. È necessario riconoscere quelle che sono caratteristiche bande/picchi riconoscibili dei gruppi funzionali della molecola organica. Inoltre, spesso si procede da confronti degli spettri registrati con quelli raccolti in librerie.

Obiettivo:

Abbiamo una molecola di formula bruta nota: C5H4O3. Vogliamo determinarne la sua struttura.

L'NMR mi dà informazioni su gruppi funzionali, scheletro CH, simmetria molecolare, dinamica molecolare. L'IR mi dà informazioni sui gruppi funzionali, mentre la spettroscopia di massa mi dà informazioni su formula bruta e alcune informazioni strutturali.

METODI FISICI IN CHIMICA ORGANICA

LIBRO: Identificazione spettroscopica di composti organici di R.M Silverstein e F.X

ESAME: Prova scritta + prova orale

E-MAIL: gianfranco.fani@uniurb.it Tel. 0722 303444(6)

L'obiettivo è determinare la formula strutturale di una molecola mediante l'utilizzo di UV-VIS, IR, NMR e MS.

Come si procede?

Supponiamo di aver estratto/ sintetizzato e purificato una sostanza di cui vogliamo determinare la struttura. Occorre determinare:

• Formula bruta e grado di insaturazione. Questo può essere fatto con ANALISI ELEMENTARE + MASSA oppure solo con MASSA ESATA
• Gruppi funzionali: con IR, NMR, MS, UV-VIS
• Connettività degli atomi: NMR
• Stereochimica: con NMR, CD

L'interpretazione degli spettri MS, IR, NMR è empirica. È necessario conoscere quelli che sono le caratteristiche bande/picchi riconoscenti dei vari gruppi funzionali della molecola organica. Molto spesso si procede ad un confronto degli spettri registrati con spettri raccolti in librerie.

Obiettivo:

Abbiamo una molecola di formula bruta nota: C₅H₁₀O₂. Vogliamo determinarne la sua struttura.

L'NMR mi dà informazioni su gruppi funzionali, scheletro CH, simmetria molecolare, dinamica molecolare. L'IR mi dà informazioni sui gruppi funzionali, mentre la spettroscopia di massa mi dà informazioni su formula bruta e alcune informazioni strutturali.

SPETTROSCOPIA DI MASSA

Andremo a determinare la composizione elementare e la formula bruta.

Come arrivare alla formula bruta? Con la composizione elementare e con la spettroscopia di massa (ione molecolare).

COMPOSIZIONE ELEMENTARE: si determina con la combustione ed analisi dei gas (CO₂, H₂O, NO₂). Usualmente non si ricava la quantità di O benché questa si ricava per differenza. Ottenuta la composizione elementare si determina con:

Esempio 1: Dal laboratorio analisi ottengo le seguenti informazioni circa la composizione elementare dell'ottano:

C=70%, H=20%, N=5%, massa alogeno 0.5%, cioè 10-70-20-5.

Per procedere devo conoscere il peso atomico (PA).

C=12,011 H=1,008 N=14,00 O=15,999.

Sicché il n° di grammoatomi di un certo elemento è uguale alla quantità in grammi dello stesso diviso il suo PA, allora, su un ipotetico campione di 100g, il n° di grammi atomi è: % elem/PA.

In questo modo posso ottenere il n° di grammo atomi di ciascun elemento presente e quindi il rapporto integrale. Lo stesso potrebbe non risultare alla molecola. Questi numeri sono decimali e non interi, quindi non possono essere usati per ottenere la formula bruta. Occorre quindi normalizzarli, in modo da trovarli in numeri interi:

Con ciò di ciascun elemento sia ora il più piccolo dei numeri interi possibili. Occorre quindi cercare il minimo moltiplicatore, in grado di portarmi a questi valori:

Ad esempio nel caso in cui si ottiene per un certo composto le seguenti n° di grammoatomi:

C=5.5 H=12 il minimo moltiplicatore sarà 2. Infatti 5.5 x 2 = 11 e 12 x 2 = 24, e la formula bruta minima sarà C₁₁H₂₄.

Esempio 2

Calcolare la formula bruta minima di un composto incognito la cui analisi elementare sia: C = 67,5%, H = 5%, N = 17,5%.

Prima devo calcolare la % di O: %O = 100 - (67,5 + 5 + 17,5) = 10%.

Adesso devo calcolare il n° di grammoatomi (n) di ogni elemento presente in 100g