Las sustancias sintetizadas fueron exhaustivamente caracterizadas mediante técnicas espectroscópicas, entre ellas FT-IR, Raman y espectrometría de masas. Esta última técnica acoplada con un cromatógrafo gaseoso fue especialmente utilizada para el monitoreo y seguimiento de las reacciones químicas. En este apartado describiremos las características básicas del equipamiento empleado.
2.2.1 Espectroscopia Infrarroja de transformada de Fourier (FT-IR)
Los espectros de infrarrojo de transformada de Fourier, FTIR, en fase gaseosa fueron obtenidos en el Centro de Química Inorgánica (CEQUINOR) de la Universidad Nacional de La Plata con un equipo marca Bruker, modelo EQUINOX 55. El rango de números de onda estudiado fue desde 4000 a 400 cm-1, con una resolución de 2 cm-1. Para
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tomar los espectros se emplearon celda para gases con ventanas de Si y un camino óptico de 10 cm.
En lo que respecta al funcionamiento básico del equipo, podemos comentar que un espectrómetro FT-IR no dispersa la radiación (y por lo tanto, no tiene prisma ni red de difracción) sino que utiliza un interferómetro Michelson para generar un interferograma que es manipulado matemáticamente por un microordenador que conduce a la obtención del espectro de absorción de infrarrojo. La radiación de frecuencia continua de la fuente alcanza un divisor de haz, plano y parcialmente transparente, que refleja la mitad de la luz incidente hacia un espejo fijo, y transmite la otra mitad a un espejo móvil. Luego, estos haces se recombinan con una diferencia de caminos recorrido variable. El detector registrará una intensidad que dependerá de la diferencia de camino impuesta por la posición de los espejos. Una vez que se conoce el interferograma por medida directa, se obtiene la distribución espectral de irradiancia de la fuente infrarroja, mediante la utilización de la transformada de Fourier.
Ya que al detector llega radiación de todos los números de onda en cada instante, un espectrómetro FT-IR da mucha mejor relación señal-ruido que los instrumentos de dispersión, donde solo una pequeña parte de la radiación llega al detector a cada instante.
2.2.2 Espectroscopia Raman
Los espectros en fase líquida fueron medidos con un espectrómetro Raman marca Bruker modelo RFS 100/S FT-Raman que utiliza una fuente de excitación láser de Nd:YAG, marca ADLAS, DPY 301 con emisión de radiación de longitud de onda de 1064 nm, con potencia variable y un máximo de 500 mW.
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En la espectroscopia Raman se estudia la luz dispersada por una muestra examinando las frecuencias de los fotones dispersados. A pesar de que la mayoría de los fotones dispersados al colisionar con las moléculas no originan cambios en las frecuencias y en la energía (dispersión Rayleigh), una pequeña fracción de estos intercambia energía con la molécula durante la colisión. El resultado del aumento o disminución de la energía de los fotones dispersados se denomina efecto Raman. Por razones históricas, los fotones con menor energía originan a la radiación Stoke, mientras que los dispersados con mayor frecuencia originan a la radiación anti-Stoke. Como los cambios de frecuencia son relativamente pequeños y la intensidad de la radiación dispersada es baja (aproximadamente sólo es dispersada un 0,001% de la radiación incidente, y solo un 1% de la radiación dispersada es radiación Raman) se emplean fuentes de láser que suministran luz monocromática y de gran intensidad.
Las muestras se midieron con una resolución típica de 4 cm-1, colocadas en tubos de
vidrio de 6 mm de diámetro externo.
2.2.3 Cromatografía gaseosa acoplada a espectrometría de masa
Esta técnica se utilizo principalmente para el monitoreo continuo de ciertas reacciones químicas, y el control de pureza de las sustancias sintetizadas. El equipamiento disponible en CEQUINOR es un equipo Shimadzu QP-2010 que utiliza helio gaseoso como fase móvil, con una columna 19091J-433 HP-5 de 30 metros de longitud, 0,25 milímetro de diámetro interno y relleno de 0.25 micrómetros. El sistema de detección es através de un cuadrupolo simple.
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2.2.4 Espectroscopia infrarroja de matrices a temperaturas
criogénicas
Los estudios realizados con la técnica de aislamiento de matrices a temperaturas criogénicas fueron desarrollados con un equipo instalado en nuestro centro CEQUINOR (Prof. Dra. Rosana M. Romano). El equipo presenta un sistema criogénico SHI-APD Cryogenics, modelo DE-202, equipado con un compresor de Helio HC-2D-1, una bomba rotatoria BOC Edwards, una bomba difusora Edwards y una trampa de nitrógeno líquido. La unidad está provista de una ventana interna de CsI, sobre la cual se deposita la matriz, dos ventanas externas de CsI para la medición de los espectros infrarrojos y una ventana de cuarzo externa que permite el paso de la radiación con luz UV visible. Además consta de dos entradas de muestra, y un controlador de temperatura Lake Shore Cryotronics, Inc, modelo 331.
La técnica de aislamiento de moléculas en matrices a temperaturas criogénicas fue desarrollada durante los años 50 en forma independiente por los grupos liderados de Porter y Pimentel.3,4 La técnica persigue, entre otros objetivos, el estudio de intermediarios de
reacción y compuestos inestables en condiciones normales. La idea básica del método consiste en “congelar” estas especies a temperaturas comprendidas entre 10 y 40 K, formando una matriz rígida de una sustancia químicamente inerte para lo cual se emplean gases nobles o nitrógeno. Asimismo, se suprimen las reacciones entre partículas aisladas debido a la alta dilución de la muestra (típicamente 1 parte de la sustancia en estudio en 1000 partes del gas soporte). Por otra parte, a 10 K las velocidades de reacciones intramoleculares son despreciables para barreras de reacción suficientemente altas
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(mayores a 3 kcal/mol). De esta manera, es posible investigar especies muy inestables utilizando técnicas espectroscópicas (IR, UV-Visible, EPR).
La utilización de espectroscopia infrarroja como herramienta de estudio asociada con la técnica de aislamiento de matrices ofrece otra ventaja, dada por la ausencia de estructura rotacional de las bandas de especies atrapadas en la matriz rígida. En este sentido, las bandas de absorción de un espectro infrarrojo de matrices a temperaturas criogénicas son generalmente muy estrechas, posibilitando la resolución de bandas que en otras condiciones de muestra (gas o líquida) resultan superpuestas. Así, la técnica resulta sumamente propicia para el estudio vibracional de especies estables, con especial hincapié en análisis de equilibrios conformacionales.
Básicamente el procedimiento general de trabajo consistió en la preparación previa de una mezcla de la muestra con Ar o N2, generalmente en proporciones 1:1000
respectivamente, mediante el uso de una línea de vacío. Luego se realiza el depósito por pulsos5 sobre una ventana fría de CsI (entre 10 y 15 K) mediante la abertura y cierre de válvulas, las cuales conectan el balón que contiene la mezcla gaseosa y el ingreso a la cámara de matriz. Con el depósito por pulsos se logran obtener espectros FTIR de muy buena calidad dado que cada inyección produce un pequeño calentamiento local que reorganiza levemente la matriz, haciéndola más homogénea y transparente. Además, los tiempos de depósito son bastante cortos, lo cual facilita el proceso de medida de los espectros y disminuye considerablemente la probabilidad de introducir impurezas dentro de la matriz, en caso de que exista una pequeña fuga en el sistema de entrada.
Debido a que esta técnica parte de mezclas realizadas previamente, sólo puede ser utilizada con muestras que tengan al menos una pequeña presión de vapor y sean estables a
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temperatura ambiente.6 Algunas alternativas del dispositivo de deposición descrito pueden
resultar superadoras cuando se emplean sustancias de muy baja presión de vapor.
Los experimentos de fotólisis sobre la matriz fueron llevados a cabo utilizando radiación UV-visible de amplio espectro, provista por una lámpara de arco de alta presión de mercurio-xenón marca Spectra-Physics, operado a 800 W, en combinación con un filtro de agua empleado para absorber la radiación infrarroja. El procedimiento general con estos estudios fue la medición de espectros FTIR a diferentes tiempos de irradiación con el objetivo de estudiar tanto comportamientos conformacionales como fotoevolutivos de las especies.