2
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.
3
4
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.
Se describirán cuatro técnicas espectroscópicas que se emplean en
química orgánica como herramienta poderosa para la determinación de
estructuras.
5
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.
12.2
El espectro electromagnético.
7
8
El espectro electromagnético es continuo y las posiciones exactas de las líneas divisorias
entre las diferentes regiones son arbitrarias.
9
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.
10
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).
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.
12.4
Vibraciones moleculares
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
14
12.5
Vibraciones activas e inactivas en IR
15
16
x √x
x
x
√√
√
√
√
Un espectrofotómetro infrarrojo mide la frecuencia de la luz infrarroja que son
absorbidas por un compuesto
12.6
Registro del espectro de infrarrojo
18
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.
20
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)
(simétrico)
(asimétrico)
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(C−H)
23
24
Asignación de las bandas vibracionales en el espectro IR
Tarea:
Escribir las asignaciones de las bandas de vibración para el
compuesto n-octano (estas se realizaran en clases)
(2900-2850)
(1460)
(1385)
(695)
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26
Tarea:
Escribir las asignaciones de las bandas de vibración para el
compuesto 1-hexeno (estas se realizaran en clases)
(2900-2850)
(1470)
(1375)
27
(simétrico)
(asimétrico)
28
Tarea:
Escribir las asignaciones de las bandas de vibración para el
compuesto n-octanol (estas se realizaran en clases)
29
Tarea: Escribir las asignaciones de las bandas de vibración para el compuesto 1-octino (estas
actividad se realizaran en clases).
30
ALQUENO
ALCANO
ALQUINO
31
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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37
38
39
Ácido carboxílico
Alcohol
R-NH-R ; amina secundaria
40
41
42
44
12.10 Absorciones características de los
enlaces C−N
45
46
46
Tarea: Prediga los grupos funcionales presentes en el siguiente espectro
3075
3270
2980
2900
28001640
Esta tarea se realizará en clases
cetona conjugada
éster
Amida 1° (−NH2)
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Absorciones características del benceno sustituidos
C =C
sobretonos
Benceno
monosustituido
Ar - H
49
Benceno
disustituido
50
51
Respuesta:
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 C-H, 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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54
12.12 Análisis e interpretación de los espectros de IR
(problemas resueltos)
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59
60
FIN
ESPECTROSCOPÍA
INFRARROJO
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