Características de un espectro de infrarrojo



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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.


  1. Espectros de rotación

  2. Espectros de vibración

  3. 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.



  1. 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.





Frecuencia cm-1

Frecuencia µm

IR cerano

14000 a 4000

2.5 a 0.75

IR medio

4000 a 600

50 a 2.5

IR lejano

600 a 200

50 a 1000

Unidades:


Fessenden
µm micrómetro o micra (µ) 10-6 m

nm nanómetro o milimicra (mµ) 10-9 m

Ǻ angstrom 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.



(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.





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 3.0 µ

O – H por flexión absorbe en 1250 cm-1 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 b) CH3(CH2)6CH2OH

c) CH3(CH2)6CH3 d) CH3CH2CH2NHCH3

e) CH3CH2CH2CH2NH2 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


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