Spettroscopia molecolare: l’anatomia delle molecole attraverso gli spettri U.V., I.R., N.M.R. e spettro di massa
I vincoli tra struttura molecolare e proprietà spettroscopiche rivelano dettagli intriganti della materia.
La formula molecolare, oltre a determinare le dimensioni della molecola, può essere confermata dall’osservazione della massa dello ione molecolare nello spettro di massa. Inoltre, fornisce informazioni sul numero e le specie di eteroatomi, che a loro volta definiscono e limitano il numero e la natura dei gruppi funzionali. Il *grado di insaturazione* offre indicazioni sul numero di doppi o tripli legami e sulla possibilità che la molecola sia ciclica.
Gli spettri vengono esaminati separatamente per evidenziare ogni elemento di struttura che emerge dalla loro osservazione. È cruciale elencare sia gli elementi strutturali presenti che quelli che si possono dimostrare essere assenti. Le evidenze spettrali sono analizzate nell’ordine: UV, IR, MS, NMR e si considerano anche evidenze qualitative sull’acidità o sulla basicità del composto.
Per riassumere gli elementi strutturali dedotti in ciascuno stadio, vengono scritte strutture parziali, così da ordinare e illustrare l’intera sequenza di deduzioni attraverso una progressione di strutture parziali di complessità crescente e sempre meglio definite, culminanti con la struttura completa.
Inoltre, ciascuna caratteristica strutturale e ciascuna struttura parziale viene controllata per essere certi che sia compatibile con la formula molecolare, mentre, ad ogni stadio, si notano gli atomi ancora restanti. Se, ad un certo stadio, più strutture o famiglie di strutture, appaiono ugualmente compatibili, ciascuna deve essere portata avanti separatamente.
Spettro U.V.
Lo spettro U.V. fornisce informazioni sulla presenza di cromofori coniugati nella molecola. L’assorbimento al di sopra di ∼ 210 nm indica la presenza di sistemi coniugati. Spettri più complessi richiedono una ricerca bibliografica per trovare modelli che diano uno spettro analogo.
Spettro I.R.
Gli spettri I.R. indicano i gruppi funzionali presenti e sono utilizzati per l’analisi qualitativa dei composti organici. La zona delle vibrazioni fondamentali può essere suddivisa in due parti: la regione dei gruppi funzionali (da 4100 a 1500 cm-1) e la regione delle impronte digitali (da 1500 a 600 cm-1).
Spettro di massa
Dallo spettro di massa si possono ottenere indicazioni rilevanti, rilevando le masse vicine a quelle dello ione molecolare e notando l’espulsione di frammenti, indicazioni che servono a stabilire la presenza di questi gruppi legati con un singolo legame in modo inequivocabile.
Spettro N.M.R.
Nello spettro NMR, si attribuisce per ciascun segnale il numero degli idrogeni adiacenti basandosi sullo splitting del segnale stesso. È inoltre importante vedere se si distinguono segnali che hanno lo stesso splitting in quanto essi corrispondono ad idrogeni accoppiati tra loro e quindi adiacenti. La presenza di un gruppo metilico avente tre idrogeni identici dà un segnale intenso; inoltre, se l’atomo legato al gruppo –CH3 non ha idrogeni si ha un singoletto di area 3, de l’atomo invece ha un idrogeno come nel caso –CH-CH3 si ha un doppietto mentre se l’atomo a cui è legato il gruppo metilico ha due idrogeni come nel caso di –CH2-CH3 si avrà un tripletto.
Attraverso questi spettri, è possibile decifrare la struttura molecolare e le sue caratteristiche, un passo fondamentale nell’analisi chimica e molecolare.