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TALLER DE
ESPECTROSCOPIA
I. OBJETIVOS
a) Conocer los principios fundamentales que rigen la interacción energía-materia (radiación electromagnética-moléculas) en uno de los métodos espectroscópicos más comunes en Química Orgánica: Infrarrojo (IR)
b) Comprender la información contenida en los espectros correspondientes, a fin de identificar los grupos funcionales más comunes.
c) Manejar las tablas de absorción correspondientes con el fin de resolver ejemplos sencillos de elucidación estructural de algunos compuestos orgánicos.
II. MATERIAL
Colección de espectros de infrarrojo.
III. INFORMACIÓN
La espectroscopia es el estudio de la interacción de la radiación con la materia. La radiación electromagnética es una amplia gama de diferentes contenidos energéticos y comprende valores que van desde los rayos cósmicos (1014^ cal/mol) hasta la radiofrecuencia (10-6 cal/mol).
Toda onda electromagnética está constituida por una onda eléctrica y una onda magnética. Cada onda electromagnética posee un valor de energía (E), así como de frecuencia (ν),
longitud de onda (λ) y un número de ondas (υ); los que se relacionan entre sí a través de las siguientes expresiones:
E = h ν ν =c / λ E = h (c / λ ) υ =1 / λ (en cm-1)
Por otro lado, la energía total de un sistema molecular está dada por:
ET = Etrans + Erot + Evibr + Eelectr
Donde:
Etrans= Energía de translación, que es la energía cinética que posee una molécula debido a su movimiento de translación en el espacio.
Erot= Energía de rotación, que es la energía cinética que posee debido a la rotación alrededor de sus ejes que convergen en su centro de masa.
Evibr= Energía de vibración, que es la energía potencial y la energía cinética que posee debido al movimiento vibracional de sus enlaces.
Eelectr= Energía electrónica, que es la energía potencial y energía cinética de sus electrones.
ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO
Es una técnica analítica instrumental que permite conocer los principales grupos funcionales de la estructura molecular de un compuesto.
Esta información se obtiene a partir del espectro de absorción de dicho compuesto al haberlo sometido a la acción de la radiación infrarroja en el espectrofotómetro.
VIBRACIÓN MOLECULAR
Las moléculas poseen movimiento vibracional continuo. Las
as frecuencia ción de los diferentes enlaces en una
En términos generales las vibraciones pueden ser de dos tipos:
as vibraciones de estiramiento son aquellas en las que los
4000.0 3000 2000 1500 cm-
1000 500
10
20
30
40
50
60
70
80
90
%T
vibraciones suceden a valores cuantizados de energía.
L s de vibra molécula dependen de la masa de los átomos involucrados y de la fuerza de unión entre ellos.
estiramiento (stretching) y flexión (bending).
L átomos de un enlace oscilan alargando y acortando la distancia del mismo sin modificar el eje ni el ángulo de enlace.
Simétrica simétrica
as vibraciones de flexión son aquellas que modifican
A
L
continuamente el ángulo de enlace.
Tijera Sacudida Balanceo Torsión s de d e plano Vibracion
ota : + y - se refieren a vibraciones perpendiculares al plano del
ABSORCIÓN DE ENERGÍA
ara que sea posible la absorción de la energía infrarroja por
as absorciones que aparecen en esta zona, proceden
a zona situada a la derecha de 1400 cm-1 es, por lo general,
ABSORCIONES DE GRUPOS FUNCIONALES EN EL IR.
HIDROCARBUROS
Vibracione eformación en l es de deformación fuera del plano
N papel.
P
parte de una sustancia, es necesario que la energía que incide sobre ella sea del mismo valor que la energía de vibración que poseen las moléculas de esa sustancia. Ya que en una molécula existen diferentes átomos que forman distintos enlaces, en el espectro de infrarrojo aparecerán bandas de absorción a distintos valores de frecuencia y de longitud de onda. La región situada ente 1400 y 4000 cm-1, es de especial utilidad para la identificación de la mayoría de los grupos funcionales presentes en las moléculas orgánicas.
L fundamentalmente de las vibraciones de estiramiento.
L
compleja, debido a que en ella aparecen vibraciones de alargamiento como de flexión. Cada compuesto tiene una absorción característica en esta región, esta parte del especto se denomina como la región de las huellas dactilares.
Espectro del heptano mostrando las vibraciones de tensión
ALQUENOS
=C-H Vibración de estiramiento (stretching), ocurre a 3000- cm-1.
C=C Vibración de estiramiento (stretching), en la región de 1600-1675 cm-1, a menudo son bandas débiles.
=C-H Vibración de flexión (bending) fuera del plano en la región de 1000-650 cm-1 (10 a 15μ)
ALQUINOS
C-H Flexión fuera del plano en la región de 690-900 cm-1 (11.0 - 14.5), este tipo de absorción permite determinar el tipo de sustitución en el anillo. Ver tabla.
C=C Existen absorciones que ocurren en pares a 1600 cm-1 y
1450 cm-1 y son características del anillo aromático.
ALCOHOLES
-OH Vibración de estiramiento. Para un alcohol asociado la característica es una banda intensa y ancha en la región de 3000-3700 cm-1. Un alcohol monomérico da una banda aguda en 3610-3640 cm-^.
C-O Vibración de estiramiento localizada en 1000-1200 cm-1.
C-OH Flexión en el plano en 1200-1500 cm-1.
C-OH Flexión fuera del plano en 250-650 cm- .
Los aldehídos, las cetonas, los ácidos carboxílicos y sus derivados, dan la banda del carbonilo, este grupo es uno de los que absorben con una alta intensidad en la región del infrarrojo en la zona de 1850-1650 cm-1.
Vibraciones de estiramiento de compuestos carbonílicos.
Posición de la absorción Tipo de compuesto cm-1^ μm
Aldehído, RCHO 1720-1740 5.75-5.
Cetona, RCOR 1705-1750 5.70-5.
Ácido Carboxílico, RCOOH 1700-1725 5.80-5.
Éster, RCOOR 1735-1750 5.71-5.
R= grupo saturado y alifático
ALDEHÍDOS
C=O Banda de estiramiento en 1725 cm-1. La conjugación con dobles enlaces mueve la absorción a la derecha.
C-H Banda de estiramiento del hidrógeno aldehídico en 2750 cm-1 y 2850 cm-1.
CETONAS
ÁCID
C=O Ba co
DOS
nda de a njugación
Esp
Esp
largamien n mueve la
pectro de in
pectro de i
nto aproxi a absorció
nfrarrojo d
infrarrojo d
imadamen ón a la de
nte a 171 erecha.
el n -butira
de la 2-but
aldehído
5 cm-1. LLa
tanona
En la serie de espectros de infrarrojo que se presentan al final de cada práctica señale las bandas de absorción características que le darán la pauta para identificar un compuesto, señale además el tipo de vibración que corresponde a la banda.
V. ANTECEDENTES
- Estructura molecular de alcanos, alquenos, alquinos, compuestos aromáticos, alcoholes, aldehídos, cetonas, aminas, ácidos carboxílicos y ésteres.
VI. CUESTIONARIO
¿Cuáles son las principales bandas de absorción para un alcano en un espectro de IR?
¿Cómo distingue un grupo isopropilo de un grupo ter c-butilo en un espectro de IR?
Cuando un alcano tiene más de 4 metilenos en una cadena lineal, ¿cómo se le distingue en un espectro de IR?
¿Cómo distingue un alcano, un alqueno y un alquino en un espectro de IR?
¿Cómo distingue un aldehído de una cetona en un espectro de IR?
¿Qué vibraciones características presenta un ácido carboxílico para localizarlo en un espectro de IR?
¿Qué bandas le dan la pauta para diferenciar un éster de una cetona? ¿A qué vibración corresponde cada una de ellas
¿Cómo distingue una amina primaria de una secundaria en un espectro de IR?
VII. BIBLIOGRAFÍA
a) R. J.Fessenden y J. S. Fessenden. Química Orgánica. 2 a^ edición, Grupo Editorial Iberoamérica, México (1982).
b) T. W. G. Solomons. Química Orgánica. 1 a^ edición, Editorial Limusa, México (1979).
c) R. T. Morrison y R. N. Boyd. Química Orgánica. 2 a^ edición, Fondo Educativo Interamericano, México (1985).
d) J. R. Dyer. Application of Absorption Spectroscopy of Organic Compounds. Prentice-Hall, Inc, Inglewood Cliffe, New Jersey (1965).
e) K. Nakanishi y P. H. Solomon. Infrared Absorption Spectroscopy. 2 nd^ edition, Holden-Day Inc. (1977).
f) R. T. Conley. Espectroscopia Infrarroja. Editorial Alahambra, España (1979).
Espectros de IR.
3
4000.0 3000 2000 1500 1000
90 80 70 60 50 %T 40 30 20 10
cm-
4
4000.0 3000 2000 1500 1000
90 80 70 60 50 %T 40 30 20 10
cm-
5
4000.0 3000 2000 1500 1000
90 80
70 60 50 %T 40 30 20 10
cm-
965.80 769.28 699.09^6
4000.0 3000 2000 1500 1000
90 80 70 60 50 %T 40 30 20 10
cm-
