Métodos de Análise Estrutural

Código:

Q2013

Sigla:

Q2013

Nível:

200

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Química

Ocorrência: 2017/2018 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://moodle.up.pt/course/view.php?id=2354
Unidade Responsável:	Departamento de Química e Bioquímica
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Química

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:BQ	4	Plano de Estudos Oficial	3	-	6	56	162
L:Q	33	Plano estudos a partir do ano letivo 2016/17	2	-	6	56	162
			3

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

Proporcionar formação sobre a aplicação de técnicas espetroscópicas para a obtenção de informação sobre a estrutura química de compostos moleculares.

Resultados de aprendizagem e competências

No final da unidade curricular os estudantes devem:

• Saber interpretar variações nos espetros de ultravioleta-visível, identificando o tipo de transição eletrónica envolvida. Saber aplicar as regras de Woodward-Fieser e de Fieser-Kuhn para estimar o comprimento de onda do máximo de absorção de compostos orgânicos. Saber prever o efeito de substituintes no espetro de ultravioleta-visível.
• Saber interpretar espetros de FTIR de moléculas simples, com base na identificação de vibrações típicas para grupos específicos. Identificar as regiões espetrais correspondentes a grupos funcionais e de “fingerprint”. Saber interpretar e prever efeitos de substituintes, ligações de hidrogénio, etc., nas frequências típicas de grupos funcionais.
• Saber obter informação estrutural a partir de espetros de 1H RMN de moléculas simples, atendendo aos desvios químicos e padrão de acoplamento. Identificar átomos quimicamente equivalentes numa estrutura química e prever o espetro de 1H NMR a partir da estrutura. Saber interpretar espetros de 13C RMN de moléculas simples, incluindo as técnicas de DEPT. Saber interpretar espetros de RMN bidimensionais de COSY e HETCOR.
• Saber obter informação estrutural usando espetrometria de massa, incluindo reconhecimento de padrões de fragmentação típicos.
• Saber utilizar o fenómeno de fluorescência para obter informação sobre a localização e vizinhança moleculares, utilizando as técnicas de medição de extinção de fluorescência, medição de tempos de semivida e rendimentos quânticos, de anisotropia e de transferência de energia por ressonância.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Os estudantes devem ter frequentado, de preferência com aprovação, as unidades curriculares de Química I, Química II, Laboratório de Química I, Laboratório de Química II, Tratamento de Resultados em Química, Química Orgânica, Laboratório de Química Orgânica, Química Inorgânica e Laboratório de Química Inorgânica, ou unidades curriculares equivalentes.

Programa

1. Espetroscopia de ultravioleta-visível

Interação da radiação eletromagnética com a matéria; bandas de absorção; mecanismos de relaxação; espetros atómicos e espetros moleculares. Componentes de um espetrofotómetro e medição de espetros eletrónicos. Lei de Lambert-Beer e suas limitações. Níveis energéticos de moléculas; Principio de Franck-Condon; Intensidade de bandas de absorção e regras de seleção; Diagramas de orbitais moleculares para interpretação de espetros eletrónicos; tipos de transições em compostos orgânicos; desvio batocrómico e desvio hipsocrómico; desvio hipercómico e desvio hipocrómico; efeito de múltiplos cromóforos; efeito da conjugação; efeitos dos substituintes; aplicação das regras de Woodward-Fieser e das regras de Fieser-Kuhn; efeito do solvent e efeito do pH; espetros de complexos de metais de transição; tipos de transições e intensidade; obtenção de informação sobre complexos a partir do seu espetro de UV/vis.

 

1. Espectroscopia no Infravermelho

Introdução. Mecanismo e modos de absorção. Relação das propriedades da ligação com a absorção. Factores que determinam a intensidade e posição das bandas de absorção. Transformada de Fourier. Instrumentação. Preparação das amostras. Deteção de grupos funcionais. Análise estrutural e Identificação. Aplicações e interpretação de espectros.

 

1. Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN).

 Introdução. Transições espectroscópicas e o espectro electromagnético Spin nuclear e momento magnético nuclear. Mecanismo de absorção de energia (ressonância). População dos estados de spin nuclear. Diferença de energia dos estados de spin nuclear: interdependência de campo magnético e frequência de ressonância. Núcleos activos em RMN. Desvio químico. Anisotropia magnética. Equivalência magnética. Efeitos de protecção/desprotecção de substituintes. Acoplamento spin-spin. Constante de acoplamento. Integração. Instrumentação e preparação da amostra..Solventes deuterados e efeito do solvente Espectros de primeira ordem e espectros de segunda ordem Desvios químicos típicos em 1H RMN.  Espectros de 13C RMN. Desvios químicos característicos. Acoplamento carbono-protão. Espectros de 13C desacoplados. Desacoplamento off-resonance. Factores que afectam o desvio químico. Sequências DEPT. Espectros unidimensionais (1D) e bidimensionais (2D). Aplicações e interpretação de espectros.

1. Espectroscopia de massa.

Introdução. Métodos de ionização. Analisadores e detectores de massa. Instrumentação. Análise de iões. Abundância isotópica. Ião molecular, ião base e padrões isotópicos. Espectroscopia de massa de impacto electrónico e de ionização química. Tipos de fragmentação característicos e análise estrutural. Determinação do peso molecular e formula molecular. Aplicações e interpretação de espectros.

 

1. Espetroscopia de fluorescência.

Diagrama de Jablonski; estados singleto e tripleto; desvio de Stokes. Espetros de excitação e de emissão. Tempo de semivida e rendimento quântico. Relação entre intensidade de fluorescência e concentração de fluoróforo. Quenching de fluorescência e equação de Stern-Volmer. Anisotropia de fluorescência. Transferência de energia por ressonância. Fluorescência resolvida no tempo. Aplicações.

Bibliografia Obrigatória

Silverstein, Robert M.; Spectrometric identification of organic compounds. ISBN: 0-471-09070-0
Pavia, Donald L.; Introduction to spectroscopy. ISBN: 0-7216-7119-5

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Nas aulas teóricas discutem-se os princípios mais importantes de cada uma das técnicas, recorrendo a exemplos práticos para melhor compreensão dos conteúdos. Nas aulas teórico-práticas, são discutidos casos de estudo relativos à interpretação de dados experimentais para elucidação estrutural com base nas técnicas espetroscópicas. Adicionalmente, os estudantes executam três trabalhos laboratoriais sobre espetroscopia de UV/vis, FTIR e espetroscopia de fluorescência.

Software

Jmol
ChemDraw
Excel

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	80,00
Trabalho laboratorial	20,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Elaboração de relatório/dissertação/tese	6,00
Frequência das aulas	50,00
Trabalho laboratorial	6,00
Total:	62,00

Obtenção de frequência

Realizar pelo menos dois dos tres trabalhos praticos com nota positiva na execução laboratorial, incluindo relatório.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação tem dois componentes, um relativo ao exame final (E) e um relativo à componente laboratorial (L). A nota final é calculada como:

Nota final = 0,80x nota do exame + 0,20 x nota laboratorial

Os estudantes que pretenderem podem fazer o exame de primeira época em duas partes, uma delas durante o semestre e a segunda no dia do exame final.

Provas e trabalhos especiais

N.A.

Trabalho de estágio/projeto

N.A.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os estudantes que comprovadamente não possam frequentar as aulas de laboratório devem efetuar um exame laboratorial em data a combinar.

 

Melhoria de classificação

A melhoria de classificação só pode ser feita à nota do exame, em qualquer das duas épocas após aprovação à unidade curricular. A classificação laboratorial não pode ser melhorada.