Espectroscòpia | Química 

5. Tenim dues ampolles, A i B, que contenen un líquid pur i transparent que pot corres- pondre a les substàncies orgàniques segúents: etanoat d'etil (CH,COOCH,CH,) o àcid propanoic. Hem sotmès les mostres a l'espectroscòpia infraroja per a determinar quina substància hi ha a cada ampolla. Els espectres obtinguts són els segúents: Transmitáncia (56) a) b Ampolla A Ampolla B 100 - - 100 Y NM a so V HANA go Wá I . | po OA 4 1 | / | Hol i hi a I I i 0 E) | | oa a —— == 2 ts Nombre d'ona (cm”*) Nombre d'ona (cm ") Expliqueu què li succeeix a una molècula quan absorbeix radiació infraroja. Quina informació proporciona l'espectroscòpia infraroja? Identifiqueu la substància orgàni- ca que conté cada ampolla i justifiqueu la resposta. [1 punt] Una altra técnica que s'utilitza per a identificar l'estructura química d'una molècula és Pespectrometria de masses. Expliqueu qué li succeeix a una molécula quan la sotme- tem a una espectrometria de masses. Qué detectem en un espectre de masses? Quina informació proporciona? [1 punt] DADES: Absorcions en l'infraroig (IR) de diferents grups funcionals: Enllaç Interval de nombres d'ona (cm) C—O 1000-1 300 C=0 1650-1750 C—H 2 850-3 000 O—H 3230-3550

L'infraroig és la part de l'espectre electromagnètic compresa entre les regions visible i de microones. És una radiació poc energètica que només provoca canvis en els nivells d'energia vibracional dels enllaços de les molècules. És a dir, l'energia d'aquesta radiació és capaç de provocar un salt des del nivell fonamental d'energia vibracional fins a un nivell excitat. L'infraroig és la tècnica espectroscòpica ideal per a identificar ràpidament els tipus de grups funcionals presents en un determinat compost orgànic o material. a) Encercleu i anomeneu tots els grups funcionals de les molècules A, B i C que s'indi- quen a continuació. Dibuixeu les tres molècules A, B i C afegint els parells d'electrons no compartits en els heteroàtoms (àtoms que no són C ni H). (1,25 punts) OH A o l CH3-0-CH>-CH>-C-H %cH, CH, 3 24M 9) A OB es b) A continuació es mostra l'espectre d'infraroig d'una de les molècules (A, B o C) de l'apartat anterior. Raoneu a quina de les tres molècules pertany l'espectre. Indiqueu quin o quins senyals de l'espectre us permeten identificar la molècula i quins senyals serien comuns en les tres molècules. (1,25 punts) 100 = | £ | 3 15 8 50 E 2 y) E 0 : 4000 3000 2000 1500 1000 500 Nombre d'ona (cm?) Dades espectroscòpiques a la regió de l'infraroig Enllaç Interval del nombre d'ona (cm ) C—H 2 850-3 000 O—H 3 550-3 200 C—C 1500-1650 C—O 1650-1750 C—O 1 000-1 300 C—N 1 100-1 250

2. En una empresa química que produeix dissolvents tenen un problema d'identificació de dos lots elaborats, un d'etanol i un altre d'acetona, també anomenada propanona. Per poder identificar quin dissolvent hi ha en cada lot, realitzen un espectre de masses d'una mostra de cada un dels lots. iteasital relata a) b) MOSTRA | MCSTRA U ESFECTEC DE MASSES ESPECTAL DE MASSES i — : HE | | I | | Ll - Eos | É | L 461 I Li m4 Pu | | Hi Ei do + +0 ta mM xo sl 30 a mir mis Formuleu l'etanol i l'acetona. Indiqueu quin és el pic base i el pic de l'ió molecular dels espectres de cada mostra. Quina informació ens donen aquests pics? Quin espectre correspon a cada dissolvent? Justifiqueu les respostes. [1,25 punts] El pic característic per a identificar una cetona en un espectre d'absorció infraroig (IR) correspon a un nombre d'ona de 1700 cm”. Calculeu la longitud d'ona, la fre- quència i l'energia corresponents a aquest pic. (1,25 punts) DADES: Masses atòmiques relatives: H — 1,0, C- 12, O - 16,0. Velocitat de la llum en el buit: c— 3,0 x 10 ms”. Constant de Planck: h — 6,63 x 1075" Js.

La policia ha trobat una màrfega d'acampada que podria resoldre una investigació. Per això cal identificar el seu tipus de polímer entre el polietilè i el polièster. Disposem d'un espectrofotòmetre d'infraroig per a esbrinar-ne la identificació. Les estructures dels dos polímers són: a DOL polietilè polièster a) Descriviu els fonaments de la tècnica espectroscòpica d'infraroig. Justifiqueu quin és el polímer d'acord amb el seu espectre d'infraroig: (1,25 punts) 100 90 80 70 729 60 1471 1463 719 50 Transmitància (%) 40 30 2915 2848 Nombre d'ona (cm) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 b) Identifiqueu el pic de més energia de l'espectre anterior. Calculeu-ne la frequència, la longitud d'ona i l'energia corresponents. (1,25 punts) DaAbpES: Velocitat de la llum: c— 3 x 1083 m-s”!. Constant de Planck: h — 6,63 x 1071J -s. Dades espectroscòpiques a la regió de l'infraroig Tipus de compost Interval de nombre d'ona (cm) alcans (C—C—H) 2 970-2 850 alquens (C=C—H) 3095-3010 alcohols, èters, àcids carboxílics, èsters 1 300-1 050 aldehids, cetones, àcids carboxílics, èsters 1760-1690

7. L'acetona, també coneguda com a propanona, és una substància de baix punt d'ebullició (56C) i miscible en aigua. Es pot obtenir industrialment mitjançant la reacció de des- hidrogenació del propan-2-ol, també anomenat 2-propanol, segons la reacció química segúent en fase gasosa: CH,CHOHCH (g) 2 CH,COCH (g)+H,(g) AHP 50 a) Per a fabricar la máxima quantitat d'acetona, convé treballar a temperatures altes o baixes? A pressions altes o baixes? Justifiqueu les respostes. [1 punt] b) Al laboratori, a una temperatura de 25 *C, tenim una mostra líquida que volem etique- tar, però no sabem si es tracta de l'acetona o del propan-2-ol. Mitjançant un espectro- fotòmetre d'infraroig obtenim el gràfic segúent per a la mostra líquida: N ( (i hà | | 50 Transmitància (%) 4000 2000 1500 1000 500 Nombre d'ona (cm”!) Expliqueu en què es basa l'espectroscòpia infraroja i què representen els pics que s'obtenen amb aquesta tècnica. A partir del gràfic anterior i de les dades de la taula segúent, indiqueu a quina substància correspon la mostra líquida i justifiqueu la res- posta. [1 punt] Dades espectroscopiques a la regió de l'infraroig Enllaç Tipus de compost Interval de nombre d'ona (cm) CH alcans (C—C—H) 2 850-2 970, 1 340-1 470 alquens (C=C—H) 3 010-3 095; 675-995 OH alcohols 3 200-3 600 àcids carboxílics 2 500-2 700 C—O alcohols, èters, àcids carboxílics, èsters 1050-1 300 C=0 laldehids, cetones, àcids carboxílics, èsters 1 690-1 760

Exercici 4 Responeu només a DUES de les quatre questions plantejades (a, b, c i d). L'anomenat PLA (àcid polilàctic) o fibra de PLA és un polímer que es va començar a desenvolupar en els primers anys del segle xxi. Els seus usos són diversos, s'empra, per exemple, com a fil en la impressió 3D o en vasos biodegra- dables. És un bioplàstic que es pot obtenir a partir del blat de moro o de la remolatxa sucrera. Industrialment s'obté a partir de l'àcid làctic (substància A) o bé de la lactida (substància B). L'àcid làctic és un àcid orgànic monopròtic de fórmula molecular C¿H¿O, que es pot produir tant per síntesi artificial com a partir de fonts naturals i que s'utilitza com a intermediari sintètic en moltes indústries de síntesi orgànica i en diver- ses indústries bioquímiques. La lactida es pot obtenir normalment per la reacció entre dues molècules d'àcid làctic, que formen un dièster cíclic de fórmula molecular C¿H¿O,. d) Al gràfic de la pàgina seguent, identifiqueu els principals senyals de l'espectre d'infraroig (IR) que us permetin poder assignar l'espectre a l'àcid làctic (substància A). Indiqueu si hi ha senyals que no apareixerien en l'espectre d'IR de la lactida (substància B), i si en l'espectre d'aquesta substància seria esperable algun senyal més que permetés diferenci- ar-la. Argumenteu les respostes. 1,25 punts) DADES: Masses atòmiques relatives: H-— 1,0, C- 12,0, O - 16,0. Àcid làctic (substància A) Lactida (substància B) 0 A) OH Substància C Substància D e o HO. > a o Au Espectre d'infraroig (IR enregistrat en fase gasosa) de l'àcid làctic (substància A) 1 0,8 0,6 Transmitància (%) 0,4 0,2 A AAA PEA AA 3000 2000 1000 Nombre d'ona (cm?) Dades espectroscòpiques a la regió de Pinfraroig Enllaç Interval de nombre d'ona (cm”) O—H 3 650-3 300 C—H 3 000-2 850 C—O 1750-1650 C=G 1650-1500 C—O—C (ter) 1300-1000 C—O (alcohol) 1260-1000