Clase de IR

CARACTERÍSTICAS DE UN ESPECTRO DE INFRARROJO
El espectro de un compuesto es su representación gráfica de la longitud de
onda o de frecuencia, cambiando continuamente en una pequeña
proporción del espectro electromagnético contra un % de transmitancia o
absorbancia.
Colocar un ejemplo de c/u
Las bandas de absorción de un espectro infrarrojo, pueden clasificarse, de
acuerdo con su intensidad, en fuertes (f), medias (m) y débiles (d). Un
hombro es asignado a una banda débil unida o parcialmente superpuesta
sobre una más intensa. Estos términos son relativos y permiten interpretar
los espectros de manera más sencilla.
Fig 8.6
Cuando en una molécula se repite algún grupo funcional estos se reflejan
en la intensidad de la señal de las bandas de absorción si un compuesto
tiene un enlace CH originará una señal relativamente débil, pero si el
compuesto presenta varios enlaces de este tipo la banda de absorción
crecerá a un tamaño medio o aun fuerte si el número de enlaces es mayor.
Conley, ed alambra
La región del infrarrojo se extiende desde el extremo rojo al final del
espectro visible hasta las microondas.
La espectroscopia infrarroja se ha convertido en un instrumento
indispensable como fuente de datos estructurales se sustancias orgánicas.
Se puede aplicar como técnica analítica cuantitativa y cualitativa.
En cuanto al análisis cualitativo permite determinar la presencia o ausencia
de grupos funcionales específicos.
La espectroscopia infrarroja implica movimientos de torsión, flexión, rotación
y vibración de los átomos de una molécula. La multiplicidad de las
vibraciones que ocurren en forma simultánea producen un espectro de
absorción altamente complejo, que depende de las características de los
grupos funcionales de la molécula, así como de la configuración total de los
átomos.
Variaciones moleculares.- los espectros moleculares pueden ser de tres
clases.
a) Espectros de rotación
b) Espectros de vibración
c) Espectros electrónicos
1) Espectros de rotación.- se originan por la absorción de fotones por
parte de las moléculas, con la conversión completa de la energía del
fotón en energía de rotación molecular.
2) Espectros de vibración.- estos aparecen cuando la absorción de
energía radiante produce cambios en la energía de la vibración
molecular y hay que recordar que solo están permitidas ciertas
energías discretas en las moléculas y la absorción de luz corresponde
a una transición entre dos niveles de energía, por esta razón los
espectros de vibración son discontinuos.
Las diferencias de energía encontradas en los espectros de vibración
son aproximadamente 100 veces mayores que las correspondientes a
los espectros de rotación, puesto que los cambios espectrales de
rotación son relativamente pequeños, y tiene como efecto el
ensanchar la banda de vibración-rotación.
Las moléculas pueden absorber fotones cuyas energías sean
exactamente iguales a la diferencia entre dos niveles de energías de
vibración y como consecuencia de ello resulta un espectro de
vibración.
3) Espectros electrónicos.CONDICIONES PARA QUE SÉ EFECTUE LA ABSORCIÓN INFRARROJA
1.- La energía de la radiación debe de coincidir con la diferencia de
energía entre los estados excitado y el normal o basal de la molécula. La
molécula absorberá entonces la energía radiante aumentando su
vibración natural.
2.- La vibración debe ir acompañada de un cambio en el momento
dipolar eléctrico. Esto es lo que distingue a la espectroscopia infrarroja
de la Raman.
La región del infrarrojo se puede dividir en:
IR cercano
vibraciones de estiramiento entre los hidrógenos de los
átomos y es de poca utilidad.
IR medio o fundamental
absorción de los principales grupos
funcionales orgánicos.
IR cerano
Frecuencia cm-1
14000 a 4000
Frecuencia µm
2.5 a 0.75
IR medio
IR lejano
4000 a 600
600 a 200
50 a 2.5
50 a 1000
Unidades:
Fessenden
µm
nm
Ǻ
micrómetro o micra
nanómetro o milimicra
angstrom
(µ) 10-6 m
(mµ) 10-9 m
0.1 nm ó 10-10 m
La radiación IR no contiene suficiente energía para mover electrones a
niveles superiores, su absorción provoca únicamente un aumento en las
amplitudes de las vibraciones de los átomos enlazados.
MOVIMIENTOS DE ÁTOMOS DE UN GRUPO METILENO
1.- deformación o tijereteo (a).- Los dos átomos conectados a un átomo
central se mueven acercándose y alejándose uno del otro con deformación
del ángulo de valencia.
H
C
H
(a)
2.- Balanceo o flexión plana (b).- La unidad estructural se inclina
alternativamente de un lado hacia el otro en el plano de simetría de la
molécula.
H
C
H
3.- Oscilación o flexión espacial (c).- La unidad estructural se inclina
alternativamente de un lado hacia el otro en un plano perpendicular al plano
de simetría de la molécula.
4.- Torsión (d).- La unidad estructural gira alternativamente en dos
direcciones alrededor del plano de simetría de la molécula.
5.- Alargamiento (e).- Los átomo se carbono e hidrógeno se acercan y
alejan en un movimiento continuo.
Un enlace dentro de una molécula puede experimentar diferentes tipos de
oscilación y absorber energía a mas de una longitud de onda, como por
ejemplo:
Un enlace O – H por alargamiento absorbe en 3300 cm-1
O – H por flexión absorbe en 1250 cm-1
3.0 µ
8.0µ
Las cantidades relativas de energía absorbida varían también de enlace a
enlace.
El espectro.- la escala de la parte inferior del espectro esta dada en
números de onda 400 cm-1 hasta 670 cm-1 y en la superior en longitud de
onda en micras.
La región entre 4000 y 1200 cm-1 (2.5-7.5µ) sirve para identificar grupos
funcionales, vibraciones de alargamiento.
Por debajo de los 1400 es la zona de las huellas datilares, (alargamiento y
flexión)
Alcoholes, Aminas e Iminas:
Las aminas exhiben una zona de absorción muy característica (debido a la
vibración de alargamiento OH o NH) en el rango de 3000-3700cm-1. a la izquierda
de las absorciones CH. Si la amina tiene dos hidrógenos en el nitrógeno (-NH2), la
absorción del NH aparece como un pico doble. Si sólo hay un H sobre el N,
únicamente se observa un pico. Por supuesto, si no hay NH (como en el caso de
las aminas terciarias, R3N), entonces no se observa absorción en esta región. La
Fig. No.28 muestra el espectro de un alcohol, mientras que la Fig. No.29 muestra
los espectros de: n-propil amina una amina primaria, la dipropil amina una amina
secundaria y la tripropil amina una amina terciaria.
Problema 1.- en las figuras 1 y 2 están los espectros de infrarrojo de dos
compuestos I y II, que se encuentran dentro de la siguiente lista ¿a cuál
fórmula le corresponde el espectro I y a cuál el II?
a) CH3(CH2)5N(CH3)2
c) CH3(CH2)6CH3
e) CH3CH2CH2CH2NH2
b) CH3(CH2)6CH2OH
d) CH3CH2CH2NHCH3
f) CH3(CH2)6CH2Br
Problema 3.- Con base en las absorciones de los principales grupos
funcionales diga qué compuesto es el del espectro 3
3-methoxyphenol
C7H8O2
a) C6H4CH3OOH
b) CH3(CH2)6CH2OH
c) CH3(CH2)6OH
d) CH3CH2CH2NHCH3
e) CH3CH2CH2CH2NH2
f) CH3(CH2)6CH2Br