IDENTIFIKASI SENYAWA ORGANIK MENGGUNAKAN

SPEKTROFOTOMETER INFRAMERAH

Oleh :Prof. Dr. Harmita, Apt.

Fakultas Farmasi Universitas Indonesia Disampaikan pada :

Pelatihan Staf Laboratorium Balai Besar Pengawasan Obat dan Makanan (BBPOM)

Pekanbaru – Riau14 – 15 April 2016

PENGENALAN SPEKTROFOTOMETER

INFRAMERAH

DefinisiInframerah adalah ■ Radiasi elektromagnetik dari suatu panjang gelombang yang

lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang mikro.

Spektroskopi IR adalah■ Studi mengenai interaksi antara energi cahaya dan materi,

dimana energi yang dipancarkan berasal dari sinar infra merah.

Spektrofotometer IR adalah■ Instrumen yang digunakan untuk mengukur penyerapan radiasi inframerah pada berbagai panjang gelombang.

Dasar Pengukuran IR

Dasar Pengukuran IREnergi infrared tidak mampu

mentransisikan elektron melainkan hanya menyebabkan molekul bervibrasi

pada tingkat vibrasi tertentu.

Mendeteksi gugus fungsional, mengidentifikasi senyawa, dan

menganalisis campuran.

Rentangan Frekuensi Vibrasi untuk Berbagai Macam Ikatan

Pembagian Sub Daerah IRSub

Daerah IR Dekat

• λ= 780 nm – 2,5 µm• υ= 14290-4000 cm-1

Sub Daerah IR Sedang

• λ= 2,5 µm – 15 µm• υ= 4000 – 666 cm-1

• lazim digunakan untuk elusidasi struktur senyawa organik

Sub Daerah IR

Jauh

• λ= 15 µm – 50 µm• υ= 666 – 200 cm-1

Penggunaan IR• Dua molekul senyawa yang berbeda struktur kimia akan berbeda pula spektrum IR-nya karena:•Memiliki jenis ikatan berbedafrekuensi vibrasi berbeda•Memiliki ikatan sama dalam 2 senyawa berbedafrekuensi vibrasi berbeda

• Spektrum ir sidik jari molekul• Perbedaan energi yang sebenarnya antara Erotasi, Evibrasi, dan Eelektronik sangat kecil dan dapat diukur dalam joule per molekul atau joule per atom tetapi para spektrokopist lebih sering menggunakan satuan frekuensi, panjang gelombang sebagai satuan energi.

■Suatu energi 10 cm-1 pemisahan 2 tingkatan energi sehingga radiasi yang terlibat mempunyai bilangan gelombang sebesar 10 cm-1.

Penggunaan IR dalam Berbagai Bidang■ Bidang kedokteran :  mendeteksi kondisi kesehatan organ tubuh,

peningkatan metabolisme tubuh, sirkulasi mikro ataupun mengembangkan pH dalam tubuh, pengukuran kadar oksigen darah, atau juga kadar gula darah. Dapat juga untuk pengukuran kadar Hb di bagian otak akibat aktivitas saraf tertentu.

■ Ilmu Pangan dan Pertanian : lebih banyak digunakan, karena tidak memerlukan sampel yang rumit. Contoh benih langsung dapat ditanam setelah diukur kadar asam lemaknya.

■ Komunikasi: kamera malam yang dapat membuat penggunanya melihat dalam gelap, standardisasi komunikasi tanpa kabel, komunikasi jarak dekat seperti pada remote control, atau bahkan kamera tembus pandang.

HUKUM HOOKE

HUKUM HOOKE

• Menghitung frekuensi vibrasi suatu ikatan

Tujuan

Persamaan 1

Ʋ= frekuensi

μ = sistem masa

tereduksi

K= kekuatan ikatan μ=m1 . m2

m1 + m2

Persamaan 2

Oleh karena,

Maka,

dimana : ῡ = bilangan gelombang; c = kecepatan cahaya

Jadi, dari hukum Hooke dapat dikatakan bahwa frekuensi vibrasi suatu ikatan naik jika kekuatan ikatan (k) naik dan jika sistem massa tereduksi (μ) turun.

■ Contoh:■ Untuk ikatan C=Cῡ (cm-1) = 4,12√K/ μ K = 10 x 105dyne/cm = 4,12 √10x105/6 μ = 12x12 /12+12 = 6 = 1682 cm-1 (terhitung)ῡ = 1650 cm-1 (hasil percobaan)■ Ikatan C-Hῡ (cm-1) = 4,12√K/ μ K = 5 x 105dyne/cm = 4,12 √5x105/0.923 μ = 12x1 /12+1 = 0,923 = 3032 cm-1 (terhitung)ῡ = 3000 cm-1 (hasil percobaan)■ Ikatan C-Cῡ (cm-1) = 4,12√K/ μ K = 5 x 105dyne/cm = 4,12 √5x105/1,71 μ = 12x2 /12+2 = 1,71 = 2228 cm-1 (terhitung)ῡ = 2206 cm-1 (hasil percobaan)

Con’dC≡C > C=C > C-C

Pita vibrasi akan muncul berturut-turut dari frekuensi rendah ke tinggi, berturut-turut dari ikatan tunggal hingga ikatan rangkap tiga

Massa atom, hibridisasi, dan resonansi berpengaruh thp kekuatan dan panjang ikatan

Pengaruh Hibridisasi terhadap Kekuatan Ikatan■ Ikatan semakin kuat sesuai dengan urutan

sp> sp2 > sp3 pita vibrasi ikatan turun dari ikatan sp ke ikatan sp3

sp

≡CH – H3300

cm-1

sp2

=CH – H3100

cm-1

sp3

– CH – H2900

cm-1

■ Pada umumnya ikatan rangkap 3 lebih kuat dari pada ikatan rangkap 2 atau ikatan tunggal diantara 2 atom yang sama dan mempunyai frekuensi vibrasi yang lebih tinggi (bilangan gelombang lebih tinggi):

C≡C C=C C-C 2150 cm-1 1650 cm-1 1200 cm-1

K naik

■ Rentangan C-H terjadi sekitar 3000 cm-1 , atom yang terikat pada C akan menaikkan masa, masa tereduksi (μ) ↑ ; frekuensi vibrasi (ῡ) ↓ :

C-H C-C C-O C-Cl C-Br C-I 3000cm-1 1200cm-1 1100cm-1 750cm-1 600cm-1

500cm-1

μ naikGerak bending (tekuk) terjadi pada energi yang lebih rendah

(frekuensi lebih rendah) dari pada gerak stretching (rentangan) karena tetapan gaya K bending lebih rendah.

Pengaruh Resonansi terhadap Kekuatan dan Panjang Ikatan■ Pita vibrasi ulur gugus karbonil ( C=O ) pada keton normal => 1715

cm -1

■ Sedangkan keton terkonjugasi dengan ikatan rangkap, Pita vibrasi ulur gugus karbonilnya => 1675- 1680 cm -1

Kesimpulan: Resonansi menyebabkan bertambahnya ikatan C = O sehingga ikatan

tersebut lebih bersifat sebagai ikatan tunggal.

Con’d

• Dalam spektrum IR yg perlu diperhatikan:1. Letaknya (frekuensinya)2. Bentuk (melebar atau tajam)3. Intensitas pita (kuat, sedang, lemah)

Contoh:Kadang-kadang sulit untuk menentukan apakah suatu pita itu vibrasi ikatan C=O atau C=C, namun hal ini dapat dibedakan melalui intensitasnya, karena C=O sebagai pita yang jauh lebih intensif daripada pita ikatan C=C

ANALISIS DATA SPEKTRUM

Dalam menganalisa spektrum harus mengetahui keberadaan (atau) tidaknya

beberapa gugus fungsi.

C=O, O-H, N-H, C-O, C=C, C Ξ C, C Ξ N, dan NO2 merupakan puncak yang paling sering memberikan

informasi yang singkat mengenai struktur senyawa jika terdapat gugus-gugus tersebut.

Hindari membuat analisis dari absorpsi CH di daerah 3000 cm-1 (3,33 µ), karena hampir semua senyawa memiliki absorpsi ini.

Menganalisis Data Spektrum

Sumbu X: Bilangan gelombang- Paling kiri : 4000- Paling kanan : 600

Sumbu Y: Transmitansi persen- Paling bawah : 0- Paling atas : 100

Spektrum IR

Classification of IR Bands

IR Band Shapes■ Spektrum IR dapat muncul dalam

berbagai macam bentuk, yang paling sering adalah sharp dan broad.

■ Contoh dari broad adalah –OH yang biasa ditemukan dalam alkohol dan asam karboksilat, seperti gambar disamping

IR Absorbtion Range

The Fingerprint Region

■ Dari 600 – 1400 cm-1 : Area fingerprint■ Lebih baik fokus pada analisis spektrum di area 1400 cm-1 ke kiri

Langkah-langkah

1. Uraikan senyawa menjadi beberapa gugus fungsi2. Buat tabel gugus fungsi, bilangan gelombang serta intesitas yang dimiliki oleh gugus fungsi3. Gambarkan dalam bentuk grafik yang ada dengan melihat bilangan gelombang & intensitas

yang ada pada tabel 4. Urutkan bilangan gelombang dari yang terbesar hingga terkecil5. Gambar grafik dimulai dari bilangan gelombang yang terbesar hingga terkecil6. Buatlah 5 bagian area untuk memudahkan identifikasi

– Area 1 : 4000-3000 cm-1– Area 2 : 3000-2000 cm-1– Area 3 : 2000-1400 cm-1– Area 4 : 1400-900 cm-1– Area 5 : 900-400 cm-1

Tipe Vibrasi

Bilangan Gelombang (cm-1)Intensitas

C – N

Gugus Karbonil Struktur Bilangan Gelombang (cm-1)

Keton 1700-1725

Aldehid 1720-1740

Aril aldehid atau keton, α,βunsaturated aldehydes atau keton

1660-1715

Siklopentanon 1740-1750

Siklobutanon 1760-1780

Tabel nilai frekuensi gugus karbonil pada beberapa senyawa umum

Gugus Karbonil Struktur Bilangan Gelombang (cm-1)

Asam karboksilat 1700-1725

Ester 1735-1750

Fenolik ester 1770-1800

Aril atau α,β-unsaturated ester

1715-1730

Gugus karbonil Struktur Bilangan Gelomban (cm-1)

δ - Lakton 1735-1750

γ - Lakton 1760-1780

Amida 1630-1690

Asam klorida 1785-1815

Asam anhidrida (2 bands) 1740-1850

Karboksilat 1550-16101300-1450

Frekuensi Beberapa Gugus Fungsi Spesifik

Bilangan Gelombang (cm-1)

Frekuensi beberapa gugus fungsi yang memberikan serapan pada 1900-2600 cm˗1

Gugus Fungsional Struktur Bilangan Gelombang (cm-1)

Alkyne -C≡C- 2100-2300

Nitrile -C≡N ~2250

Cyanate -N=C=O ~2270

Thiocyanate -N=C=S ~2150(broad)

Allene `,C=C=C,’ ~1950

Spektrum IR : Alkana, Alkena, dan Alkuna

Spektrum IR : Perbedaan antara senyawa tidak memiliki gugus aromatis dengan senyawa dengan gugus aromatis

Pada senyawa dengan gugus aromatis terdapat serapan pada panjang gelombang 3150-3050 cm-1 untuk gugus fugsional C-H aromatis stretch; 800-690 cm-1 untuk gugus fugsional C-H aromatis out-of-plane; dan 1600 dan 1475 C=C cincin stretch untuk gugus aromatis.

Sedangkan pada senyawa tidak memiliki gugus aromatis tidak adan serapan di daerah tersebut.

Spektrum IR : Aromatis Monosubtitusi; Aromatis Disubtitusi (Orto, Meta, Para); dan Aromatis Trisubtitusi

No

Gugus Fungsional Bilangan Gelombang (cm-1)

1 Monosubtitusi ±750 & ±6902 Disubtitusi (Orto) ±6903 Disubtitusi (Meta) ±780 & ±6904 Disubtitusi (Para) ±850-8005 Trisubtitusi

Spektrum IR : Aromatis Disubtitusi (Orto, Meta, Para)

Spektrum IR : Perbandingan Alkohol, Fenol, dan Asam Karboksilat

Spektrum IR: Aldehid & Keton

Spektrum IR: Asam Karboksilat dan Ester

Spektrum IR: Anhidrida dan Amida

Spektrum IR: Amina Primer; Amina Sekunder; dan Amina Tersier

Spektrum IR: Nitro dan Sulfon

INTERPRETASI SPEKTRUM IR

SENYAWA OBAT

Syarat Suatu Sample Dapat Dianalisis Secara IR ■Harus murni■Konsentrasi zat aktif yang digunakan ±2% ■Bukan merupakan campuran zat aktif ■Jika berasal dari tablet, maka harus diekstraksi

dengan pelarut organik yang sesuai agar zat tambahan tidak mengganggu spektrum IR zat aktifnya

Komposisi Zat Tambahan Tablet

■ Amilum ■ Laktosa ■ Avicel■ Talkum ■ Mg Stearat ■ Paraben ■ Zat Pewarna

Cara Ekstraksi Zat Aktif dalam Tablet■ Timbang sejumlah tablet yang mengandung ±10mg zat

aktif ■ Larutkan dalam 20 mL kloroform (Jika perlu ditambahkan

NH4OH 4N untuk garam-garam halogenida)■ Ambil lapisan kloroformnya dan uapkan di atas waterbath

hingga kering■ Lanjutkan pengeringan di dalam oven pada suhu 80⁰C

■ Timbang 2 mg zat yang diperoleh tambahkan KBr untuk IR 100 mg

■ Gerus hingga homogen

■ Ambil secukupnya

■ Letakkan di atas cup IR

■ Buat Spektrum IR

Sprektum IR Klomifen

Interpretasi Data Spektrum IR No.

Gugus Fungsional Struktur

Frekuensi pada Spectrum

(cm -1)

Frekuensi untuk gugus secara teoritis

(cm -1)1 Alkena C=C ±1600 1680-1600

2 Aromatis C=C ±1500 1600 dan 1475

3 -CH2 C-H ±1400 1465

4 -CH3 C-H ±1300 1450 dan 1375

5 Amina C-N ±1200 1350-1000

6 Eter C-O ±1100 1058 - 1150

7 Aromatis / Alkena C-H ±750 900-690 / 1000-650

8 Klorida C-Cl ±700 800-600

Sprektum IR Karbamazepin

Sprektum IR Karbamazepin

Interpretasi Data Spektrum IR

No.

Gugus Fungsional Struktur

Frekuensi pada Spectrum

(cm -1)

Frekuensi untuk gugus secara teoritis

(cm -1)1 Amida C=O ±1700 1680-1600

2 Amina Primer / Alkena N-H / C=C ±1600 1640-1550 / 1680-1600

3 Aromatis C=C ±1500 1600 dan 1475

4 Amina C-N ±1400 1350-1000

5 Alkena C-H ±800 1000-650

6 Aromatis C-H ±750 900-690

Sprektum IR Klorfeniramin Maleat (CTM)

Sprektum IR Klorfeniramin Maleat (CTM)

Interpretasi Data Spektrum IR No.

Gugus Fungsional Struktur

Frekuensi pada Spectrum

(cm -1)

Frekuensi untuk gugus secara teoritis

(cm -1)1 Imina C=N ±1600 1690-1640

2 Aromatis C=C ±1500 1600 dan 1475

3 -CH2 C-H ±1475 1465

4 -CH3 C-H ±1450 1450 dan 1375

5 Amina C-N ±1100 1350-1000

6 Aromatis C-H ±800 900-690

7 Aromatis C-H ±750 900-690

8 Klorida C-Cl ±700 800-600

Sprektum IR Ketokonazole

Interpretasi Data Spektrum IR No.

Gugus Fungsional Struktur

Frekuensi pada Spectrum

(cm -1)

Frekuensi untuk gugus secara teoritis

(cm -1)

1 Imina / Amida

C=N / C=O ±1650 1690-1640 / 1670-1640

2 Aromatis C=C ±1500 1600 dan 1475

3 -CH3 C-H ±1400 1450 dan 1375

4 C-N C-N ±1250 1350-1000

5 Eter C-O ±1100 1058 - 1150

6 Aromatis C-H ±900 900-690

7 Klorida C-Cl ±800 800-600

Sprektum IR Codein

Sprektum IR Codein

Interpretasi Data Spektrum IR No.

Gugus Fungsional Struktur

Frekuensi pada Spectrum

(cm -1)

Frekuensi untuk gugus secara teoritis

(cm -1)1 Alkena C=C ±1650 1680-1600

2 Aromatis C=C ±1500 1600 dan 1475

3 -CH3 C-H ±1450 1450 dan 1375

4 Alkohol O-H ±1400 1420-1330

5 C-N C-N ±1300 1350-1000

6 Eter C-O ±1100 1058-1150

7 Alkohol C-O ±1050 1300-1000

8 Alkena C-H ±950 1000-650

9 Aromatis =C-H ±800 900-690

Sprektum IR Luminal / Phenobarbital

Sprektum IR Luminal / Phenobarbital

Interpretasi Data Spektrum IR

No.

Gugus Fungsional Struktur

Frekuensi pada Spectrum

(cm -1)

Frekuensi untuk gugus secara teoritis

(cm -1)1 Amida C=O ±1800 1670-1640

2 Amida N-H ±1700 1640-1550

3 -CH2 C-H ±1400 1465

4 -CH3 C-H ±1300 1450 dan 1375

5 C-N C-N ±1200 1350-1000

6 Aromatis =C-H ±775 900-690

TERIMA KASIH