Spektroskopi IR Dalam Penentuan Struktur Molekul Organik Posted by ferry

Transkripsi

1 Spektroskopi IR Dalam Penentuan Struktur Molekul Organik Posted by ferry Spektrofotometri inframerah lebih banyak digunakan untuk identifikasi suatu senyawa melalui gugus fungsinya. Untuk keperluan elusidasi struktur, daerah dengan bilangan gelombang cm-1 yang berada dibagian kiri spektrum IR, merupakan daerah yang khusus berguna untuk identifikasi gugus-gugus fungsional, yang merupakan absorbsi dari vibrasi ulur. Selanjutnya daerah yang berada disebelah kanan bilangan gelombang 1400 cm1 sering kali sangat rumit karena pada daerah ini terjadi absorbsi dari vibrasi ulur dan vibrasi tekuk, namun setiap senyawa organik memiliki absorbsi yang kharakteristik pada daerah ini. Oleh karena itu bagian spektrum ini disebut daerah sidikjari (fingerprint region). Saat ini ada dua macam instrumen yaitu spektroskopi IR dan FTIR (Furier Transformation Infra Red). FTIR lebih sensitif dan akurat misalkan dapat membedakan bentuk cis dan trans, ikatan rangkap terkonyugasi dan terisolasi dan lain-lain yang dalam spektrofotometer IR tidak dapat dibedakan. Daerah Gugus Fungsi dan Sidik Jari Selanjutnya juga dapat diketahui daerah-daerah vibrasi dari masing-masing ikatan yang dimiliki oleh senyawa organik dapat dilihat pada Gambar. dibawah ini.

2 1. 2. a. b. c. d. e. f Dalam menginterpretasi suatu spektrum IR senyawa hasil isolasi/sintesis, fokus perhatian dipusatkan kepada gugus fungsional utama seperti karbonil (C=O), hidroksil (O-H), nitril (CN) dan lain-lain. Serapan C-C tunggal dan C-H sp3 tidak perlu terlalu dipusingkan karena hampir semua senyawa organik mempunyai serapan pada daerah tersebut. Berikut panduan dalam menganalisis spektrum IR suatu senyawa organik: Perhatikan, apakah ada gugus karbonil (C=O) pada daerah cm-1 yang puncaknya tajam dan sangat karakteristik. Bila ada gugus karbonil, maka perhatikan kemungkinan gugus fungsional berikut, jika tidak ada maka dilanjutkan pada langkah 3. Asam karboksilat akan memunculkan serapan OH apda daerah cm-1 Amida akan memberikan serapan N-H yang tajam pada daerah sekitar 3500 cm-1 Ester akan memunculkan serapan C-O tajam dan kuat pada cm-1 Anhirida akan memunculkan serapan C=O kembar pada 1810 dan 1760 cm-1. Aldehida akan memunculkan C-H aldehida intensitas lemah tajam pada cm-1 baik yang simetri maupun anti-simetri Keton, bila semua yang di atas tidak muncul. Bila serapan karbonil tidak ada maka: Ujilah alkohol (-OH), dengan memperhatikan adanya serapan yang melebar (khas sekali) pada cm-1 (dikonformasi dengan asam karboksilat) dan diperkuat dengan serapan C-O pada sekitar cm-1 Ujilah amina (N-H), dengan memperhatikan adanya serapan medium pada sekitar 3500 cm-1 (dikonformasi dengan amida) Ujilah eter (C-O), dengan memperhatikan serapan pada cm-1 (dikonformasi dengan alkohol dan ester) Ikatan C=C alkena dan aromatis. Untuk alkena serapan akan muncul pada 1650 cm-1, sedangkan untuk aromatis sekitar cm-1. Serapan C-H alifatik alkena akan muncul di bawah 3000 cm-1, sedangkan C-H vinilik benzena akan muncul di atas 3000 cm-1

3 5. Ikatan C C alkuna akan muncul lemah tajam pada 2150 cm-1, sedangkan C N nitril medium dan tajam akan muncul pada 2250 cm-1 6. Gugus nitro NO2, memberikan serapan kuat sekitar cm-1 dari anti-simetris dan juga pada cm-1 untuk simetris 7. Bila informasi 1 sampai 6 di atas tidak ada maka dugaan kuat spektrum IR adalah dari senyawa hidrokarbon.

4 IDENTIFIKASI SENYAWA ORGANIK II: METODE SPEKTROSKOPI UV DAN IR Emille Ilmansyah comments 1:17 PM 2015, Kimia, November, Pengetahuan No Selain analisis kualitatif menggunakan uji reaksi yang spesifik terhadap gugus-gugus fungsi dalam senyawa organik, metode lain yang dapat digunakan adalah metode spektroskopi. Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya dan materi. Spektroskopi umumnya digunakan dalam kimia fisik dan kimia analisis untuk mengidentifikasi suatu substansi melalui spektrum yang dipancarkan atau yang diserap. Alat untuk merekam spektrum disebut spektrometer. Dalam postingan ini, akan dibahas mengenai prinsip dasar metode spektroskopi, jenis dan cara penentuan struktur senyawa organik menggunakan metode spektroskopi. Prinsip Dasar

5 Hukum Planck, menjelaskan bahwa suatu energi foton sebanding dengan frekuensi cahaya, berbanding lurus dengan kecepatan cahaya dan berbanding terbalik dengan panjang gelombang cahaya yang dilalukan. Hukum Lambert-Beer, menjelaskan bahwa intensitas cahaya yang diserap oleh suatu medium (absorbansi) berbanding lurus dengan konsentrasi dan tebal medium yang menyerap cahaya tersebut. Absorbansi juga merupakan kebalikan dari persen transmitansi (persen cahaya yang diteruskan). Jenis-Jenis Metode Spektroskopi Spektroskopi Ultraviolet (UV): Keadaan energi elektronik Digunakan untuk ---- molekul konjugasi, gugus karbonil, gugus nitro Spektroskopi Inframerah (IR): keadaan energi vibrasi Digunakan untuk ---- gugus fungsional, struktur ikatan Spektroskopi Resonansi Magnet Inti (NMR): keadaan spin inti Digunakan untuk ---- bilangan, tipe dan posisi relatif dari proton (inti hidrogen dan inti karbon-13)

6 Spektroskopi Massa (MS): Penembakan elektron berenergi tinggi Digunakan untuk ---- mengetahui berat molekul, keberadaan nitrogen, halogen Spektroskopi Ultraviolet (UV) Radiasi ultraviolet merupakan radiasi elektromagnetik terhadap panjang gelombang yang lebih pendek dari daerah dengan sinar tampak, namun lebih panjang dari sinar-x yang kecil dan dinamai ultraviolet karena frekuensinya lebih tinggi daripada sinar ungu (violet). Radiasi UV dapat dibagi menjadi: 1. Hampir UV (panjang gelombang : nm) 2. UV vakum (panjang gelombang : nm). Untuk keperluan penentuan struktur, spektroskopi ultraviolet memiliki kemampuan untuk mengukur jumlah ikatan rangkap atau konyugasi aromatik didalam suatu molekul. Daerah panjang gelombang dari spektrum ultra violet berkisar nm. Penyerapan sinar ultra violet oleh suatu molekul akan menghasilkan transisi diantara tingkat energi elektronik molekul tersebut. Prinsip kerja spektrofotometer UV-Vis adalah interaksi yang terjadi antara energi yang berupa sinar monokromatis dari sumber sinar dengan materi yang berupa molekul. Besar energy yang diserap tertentu dan menyebabkan elektron tereksitasi dari keadaan dasar ke

7 keadaan tereksitasi yang memiliki energi yang lebih tinggi. Serapan tidak terjadi seketika pada daerah ultraviolet-visible untuk semua struktur elektronik, tetapi hanya pada sistemsistem terkonjugasi, struktur elektronik dengan adanya ikatan phi dan nonbonding electron. Alat Spektrometer Ultraviolet Skema Kerja Spektrometer Berkas Ganda (Double Beam/ Dual Beam) Transisi tersebut terjadi pada orbital ikatan atau pasangan elektron bebas dengan orbital anti ikatan. Sistem (gugus atom) yang menyebabkan terjadinya absorbsi cahaya disebut kromofor. Transisi elektronik yang mungkin terjadi secara teoritis diberikan pada gambar (Pavia et al, 2009).

8 Auksokrom dengan pasangan elektron bebas ditandai sebagai n memiliki transisinya sendiri, seperti halnya transisi pada ikatan pi aromatik. Bagian molekul yang dapat menjalani transisi elektron tersebut dapat disebut sebagai kromofor sejak transisi tersebut menyerap radiasi elektromagnetik (cahaya). Transisi elektronik molekul yang terjadi diantaranya: σ σ* π π* n σ* n π* aromatic π aromatic π* Sebagai tambahan, transisi elektronik juga memiliki nama sesuai ikatan yang berkaitan. Pita transisi (bands) tersebut diantaranya: R-band dari bahasa Jerman radikalartig atau radical-like, K-band dari bahasa Jerman Konjugierte atau konjugasi, B-band dari benzoik E-band dari etilenik (sistem disarankan oleh A. Burawoy pada tahun 1930) Sebagai contoh, spektrum absorbsi untuk etana menunjukkan sebuah transisi σ σ* pada panjang gelombang 135 nm dan untuk air, sebuah transisi n σ* pada 167 nm dengan koefisien ekstingsi sebesar 7,000. Benzena memiliki tiga transisi π π*dari cincin aromatik; dua E-bands pada 180 dan 200 nm dan satu B-band pada 255 nm dengan koefisien ekstingsi berturut-turut 60,000, 8,000 dan 215.

9 Spektrum UV untuk Molekul Benzena (C6H6) Transisi elektron lainnya disajikan pada tabel berikut:

10 Spektroskopi Inframerah (IR) Spektrofotometri inframerah lebih banyak digunakan untuk identifikasi suatu senyawa melalui gugus fungsinya. Spektroskopi Inframerah (IR) digunakan untuk menentukan struktur, khususnya senyawa organik dan juga untuk analisis kuantitatif. Bila dibandingkan dengan daerah UV-tampak, di mana energi dalam daerah ini dibutuhkan untuk transisi elektronik, maka radiasi inframerah hanya terbatas pada perubahan energi setingkat molekul. Untuk tingkat molekul, perbedaan dalam keadaan vibrasi dan rotasi digunakan untuk mengabsorbsi sinar infra merah. Jadi untuk dapat mengabsorbsi, molekul harus memiliki perubahan momen dipol sebagai sebagai akibat dari vibrasi. Berarti radiasi medan listrik yang berubah-ubah akan berinteraksi dengan molekul dan akan menyebabkan

11 perubahan amplitudo salah satu gerakan molekul. Daerah radiasi spektroskopi IR berkisar pada bilangan gelombang cm -4, atau panjang gelombang 0, µm. umummya daerah radiasi IR terbagi dalam daerah : Dekat: cm-1, 3,8-1,2x1014 Hz, 0,78-2,5 µm Tengah: cm-1, 0,012-6x104 Hz, 2,5-50 µm Jauh: cm-1, 60-3 x 1011 Hz, µm Untuk keperluan elusidasi struktur, daerah dengan bilangan gelombang cm-1 yang berada dibagian kiri spektrum IR, merupakan daerah yang khusus berguna untuk identifikasi gugus-gugus fungsional, yang merupakan absorbsi dari vibrasi ulur. Selanjutnya daerah yang berada disebelah kanan bilangan gelombang 1400 cm-1 sering kali sangat rumit karena pada daerah ini terjadi absorbsi dari vibrasi ulur dan vibrasi tekuk, namun setiap senyawa organik memiliki absorbsi yang kharakteristik pada daerah ini. Oleh karena itu bagian spektrum ini disebut daerah sidikjari (fingerprint region).

12 Saat ini ada dua macam instrumen yaitu spektroskopi IR dan FTIR (Fourier Transformation Infra Red). FTIR lebih sensitif dan akurat seperti dapat membedakan bentuk cis dan trans, ikatan rangkap terkonyugasi dan terisolasi dan lain-lain yang dalam spektrofotometer IR tidak dapat Alat Fourier Transform IR (FTIR) dibedakan.

13 Skema Alat Spektrometer Inframerah (IR) Selanjutnya juga dapat diketahui daerah-daerah vibrasi dari masing-masing ikatan yang dimiliki oleh senyawa organik dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

14 Berikut ini ditampilkan contoh spektrum IR dari sejumlah senyawaan organik. Perhatikan puncak-puncak yang khas bagi tiap-tiap gugus fungsi seperti disajikan di tabel sebelumnya. Spektrum IR dari 2-Butanol Spektrum IR dari Benzonitril Spektrum IR dari p-metilfenol (p-cresol)

15 Pada bahasan selanjutnya, akan dibahas metode spektroskopi selanjutnya, yaitu NMR (proton dan karbon-13) serta spektrometri massa (MS). Bila ada kekurangan atau pertanyaan, silahkan beri komentar di bawah postingan ini. Terima kasih Daftar 1. :D Pustaka Fessenden, R.J. & Fessenden, J.S., 1999, Kimia Organik, Edisi Ketiga, Penerbit Erlangga, Jakarta 2. Hart, H., Leslie, E.C. & David, J.H., 2003, Kimia Organik Suatu Kuliah Singkat, Terjemahan Suminar Setiati Achmadi, Edisi Kesebelas, Penerbit Erlangga, Jakarta 3. Pavia, D.L., Lampman, G.M., Kriz, G.S. & Vyvyan, J.R Introduction to Spectroscopy. Sauders College. Philadelphia. 4. Supratman, U Elusidasi Struktur Senyawa Organik. Widya Padjadjaran. Bandung.

16

17 Spektrum absorpsi inframerah dibuat dengan bilangan gelombang pada sumbu X dan presentase transmitan (T) pada sumbu Y. Energi pada daerah IR hanya terbatas pada perubahan energi setingkat molekul. Untuk tingkat molekul, perbedaan dalam keadaan vibrasi dan rotasi digunakan untuk mengabsorpsi sinar inframerah. Jadi untuk dapat mengabsorpsi, molekul harus memiliki perubahan momen dipol sebagai akibat dari vibrasi.

18