Espectroscopia Infrarrojo2_omarambi 1q161w

La identificación de un compuesto orgánico se podría realizar por:  La fórmula molecular que se obtiene a través de la composición elemental y su masa molar.  Para productos conocidos se puede identificar por las propiedades físicas tales como punto de fusión, ebullición, etc. y compararlos con los publicados en la literatura química.  Los ensayos químicos que se utilizan como test diagnósticos para identificar grupos funcionales presentes en los productos orgánicos.

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Se describirán cuatro técnicas espectroscópicas que se emplean en química orgánica como herramienta poderosa para la determinación de estructuras. Espectroscopía infrarroja: Se registran los movimientos vibracionales de los enlaces molecular, provocados por una radiación electromagnética del infrarrojo ( ~1x10-4m).  Espectrometría de masas: Se bombardean las moléculas con un haz de electrones, provocando en la mayoría de los enlaces su ruptura. El análisis de las masas de los fragmentos resultantes, permite conocer el peso molecular, posiblemente la fórmula molecular e indicaciones acerca de la estructura de la molécula y sus grupos funcionales.

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 Espectroscopía de resonancia magnética nuclear: Permite predecir el ambiente químico de los átomos de hidrógenos y/o de los átomos de carbono. Proporcionando evidencias de la disposición espacial de los hidrógenos en las estructura de los grupos alquilos y la influencia de los grupos funcionales en el desplazamiento químico de los mismos.  Espectroscopía ultravioleta: Permite medir las transiciones electrónicas de los orbitales moleculares de enlace y proporciona información sobre los tipos y funciones orgánicas presentes en las moléculas.

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12.2 El espectro electromagnético.

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El espectro electromagnético es continuo y las posiciones exactas de las líneas divisorias entre las diferentes regiones son arbitrarias. 8

12.3 La región del infrarrojo La región del infrarrojo (del latín, infra, <<debajo>> del rojo) del espectro corresponde a frecuencias que se encuentran justo por debajo del visible, y por encima de las microondas más altas y de las frecuencias de radar. Los espectrómetros del infrarrojo suelen operar en el medio de esta región, a longitudes de onda entre 2.5x10-4cm (1.1 kcal/mol) y 25x10-4cm (11 kcal/mol). Los fotones de energía de luz infrarroja no tienen suficiente energía para producir rupturas de los enlaces covalentes, ni transiciones electrónicas, pero pueden provocar que grupos de átomos vibren respecto a los enlaces que los conectan. Estas transiciones vibracionales corresponden a distintas energías que las moléculas absorben desde la radiación infrarroja en ciertas longitudes de onda que además llevan asociada una frecuencias.

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Número de ondas

:

Corresponde al número de ciclos (longitud de onda) contenidos en un centímetro, es decir, el número de ondas es el recíproco de la longitud de onda (en centímetros).

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12.4 Vibraciones moleculares Si el enlace se alarga, aparece una fuerza restauradora que hace que los dos átomos tiendan a juntarse hasta su longitud de enlace de equilibrio. Si el enlace se comprime, la fuerza restauradora hace que los átomos se separen. Cuando el enlace se alarga o se comprime, y a continuación se deja en libertad, los átomos vibran

Las vibraciones moleculares dependen de las masas de los átomos. Los átomos pesados vibran lentamente, por lo que tendrán una frecuencia más baja que los átomos más ligeros. La frecuencia de una vibración disminuye al aumentar la masa atómica. La frecuencia también aumenta con la energía de enlace, por lo que un doble enlace C=C tendrá una frecuencia más elevada que un enlace sencillo C-C.

Tensión y flexión de los enlaces. Una molécula no lineal con n átomos tiene 3n - 6 modos de vibración fundamental. El agua tiene 3(3) - 6 = 3 modos. Dos modos son de tensión y uno de flexión.

La tensión puede ser simétrica cuando los dos enlaces O-H se alargan al mismo tiempo. En una tensión asimétrica un enlace O-H se alarga, mientras que el otro enlace O-H se comprime. La flexión, también conocida como movimiento en tijereta, se produce cuando el ángulo H-O-H disminuye y aumenta pareciendo unas tijeras

12.5 Vibraciones activas e inactivas en IR

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x √ x

√ x √

√

x

√

√

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12.6 Registro del espectro de infrarrojo Un espectrofotómetro infrarrojo mide la frecuencia de la luz infrarroja que son absorbidas por un compuesto

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Espectro infrarrojo del n-octano

Puesto que los átomos involucrados en la tensión y flexión determinarán la frecuencia, IR se utiliza en su mayor parte para identificar la presencia de grupos funcionales en una molécula. Un alcano mostrará frecuencias de tensión y flexión solamente para C-H y C-C. La tensión C-H es una banda ancha entre 2800 y 3000 cm-1, una banda presente en prácticamente todos los compuestos orgánicos. En este ejemplo, la importancia recae en lo que no se ve, es decir, la ausencia de bandas indica la presencia en ningún otro grupo funcional.

12.7 Espectroscopia infrarroja de los hidrocarburos Momento dipolar pequeño, absorciones débiles e indistinguibles Doble enlace asimétrico (1660 – 1680 cm-1) Triple enlace asimétrico

Ejemplo 1:

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Ejemplo 2:

(C ≡ C)

(asimétrico)

(simétrico)

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(C−H)

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Asignación de las bandas vibracionales en el espectro IR

(695) (1385)

(1460)

(2900-2850)

Tarea: Escribir las asignaciones de las bandas de vibración para el compuesto n-octano (estas se realizaran en clases)

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(1375)

(1470) (2900-2850)

Tarea: Escribir las asignaciones de las bandas de vibración para el compuesto 1-hexeno (estas se realizaran en clases)

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(simétrico)

(asimétrico)

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Tarea: Escribir las asignaciones de las bandas de vibración para el compuesto n-octanol (estas se realizaran en clases)

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Tarea: Escribir las asignaciones de las bandas de vibración para el compuesto 1-octino (estas actividad se realizaran en clases).

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ALQUENO

ALCANO

ALQUINO

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12.8 Absorciones características de los alcoholes y las aminas

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12.9 Absorciones características de los compuestos carbonílicos

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R-NH-R ; amina secundaria

Ácido carboxílico

Alcohol

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12.10 Absorciones características de los enlaces C−N

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Tarea: Prediga los grupos funcionales presentes en el siguiente espectro

3270 46

3075 2980 2800 2900

1640

Esta tarea se realizará en clases

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cetona conjugada

éster

Amida 1° (−NH2)

Absorciones características del benceno sustituidos sobretonos

C =C

Ar - H Benceno monosustituido

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Benceno disustituido

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Respuesta:

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12.11 Resumen de las frecuencias de tensión en el IR El espectro IR tiene distintas regiones. La parte izquierda del espectro muestra las tensiones CH, O-H y N-H. Los enlaces triples absorben alrededor de 2200 cm-1 seguidos por los enlaces dobles hacia la derecha a alrededor de 1700 cm-1. La región por debajo de 1400 cm-1 se denomina región de huella dactilar.

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12.12 Análisis e interpretación de los espectros de IR (problemas resueltos)

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FIN ESPECTROSCOPÍA INFRARROJO

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