6.4B: Diagramas de flujo

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En algunos laboratorios docentes, se utiliza una combinación de espectroscopía y pruebas químicas en la determinación de un desconocido. Si está disponible, un espectrómetro infrarrojo (Figura 6.39) es muy útil para determinar posibles grupos funcionales presentes en un desconocido. Los siguientes diagramas de flujo resumen las señales clave presentes en un espectro IR y las pruebas químicas que pueden usarse para apoyar o reducir la identificación estructural.

Figura 6.39: Estudiante usando un espectrómetro de infrarrojos.

1. \(\ce{O-H}\)Bond

Figura 6.40: Espectros IR de: a) ciclohexanol (alcohol), b) ácido heptanoico (ácido carboxílico).

Un\(\ce{O-H}\) enlace absorbe fuertemente la radiación infrarroja en una amplia gama de números de onda (\(2400\)-\(3400 \: \text{cm}^{-1}\)), y tiene una forma característica en los espectros IR. El rango específico de absorción se puede utilizar para identificar si el\(\ce{O-H}\) es parte de un grupo funcional alcohol o ácido carboxílico: una absorción amplia centrada alrededor\(3300 \text{cm}^{-1}\) corresponde a un\(\ce{O-H}\) enlace alcohólico (Figura 6.40a), mientras que una absorción más amplia centrada alrededor\(3000 \: \text{cm}^{-1}\) corresponde a un\(\ce{O-H}\) enlace ácido carboxílico (Figura 6.40b).

Se pueden realizar pruebas químicas (pruebas de pH y bicarbonato) para apoyar la identificación de un ácido carboxílico. Las características estructurales específicas de los alcoholes (primarios, secundarios o terciarios) se pueden determinar usando una variedad de pruebas químicas, como se resume en el diagrama de flujo de la Figura 6.41.

Figura 6.41: Diagrama de flujo que resume las pruebas químicas que apoyan la identificación de un alcohol.

2. Carbonilo,\(\ce{C=O}\) Enlace

El enlace carbonilo absorbe la radiación infrarroja muy fuerte y bruscamente en la\(1700 \: \text{cm}^{-1}\) región (Figura 6.42). El número de onda específico (\(1715 \: \text{cm}^{-1}\)o\(1735 \: \text{cm}^{-1}\) por ejemplo) a menudo se correlaciona bien con un grupo funcional específico (aldehído, cetona, éster, amida o ácido carboxílico), pero no es raro que los compuestos se absorban fuera de su rango “esperado”. Las pruebas químicas pueden ser útiles para estrechar el grupo funcional específico una vez que se identifica un enlace carbonilo en un espectro IR, como se resume en el diagrama de flujo en la Figura 6.43.

Figura 6.43: Diagrama de flujo que resume las pruebas químicas que apoyan la identificación de un compuesto carbonilo.

3. Hidrocarburos no saturados (Alquenos, Alquinos, Aromáticos)

Figura 6.44: Espectros IR de: a) 1-hexeno (alqueno), b) 1-hexino (alquino).

Los compuestos insaturados tienen las siguientes señales características en su espectro IR:

Alquenos/Aromáticos (Figura 6.44a):

\(\ce{C-H}\)tramo que implica átomo de carbono\(sp^2\) hibridado: señal de intensidad media ligeramente por encima\(3000 \: \text{cm}^{-1}\), normalmente apareciendo como un hombro en el\(\ce{C-H}\) bloque de señales alrededor\(3000 \: \text{cm}^{-1}\).
\(\ce{C=C}\)stretch: señales de intensidad media en la\(1680 \: \text{cm}^{-1}\) región\(1480\) -.

Alquinos (Figura 6.44b):

\(\ce{C-H}\)tramo que implica átomo de carbono\(sp\) hibridado (solo alquinos terminales): señal fuerte y aguda alrededor\(3300 \: \text{cm}^{-1}\). Esta señal está en la misma región que una\(\ce{O-H}\) señal, pero es mucho más nítida.
\(\ce{C \equiv C}\)estiramiento de triple enlace: alrededor\(2100 \: \text{cm}^{-1}\), donde ocurren pocas otras señales. La señal suele ser débil, y puede estar ausente si el compuesto es mayormente simétrico alrededor del triple enlace.

La verificación de la presencia de un alqueno o alquino se puede lograr con las pruebas de permanganato y bromo. Los grupos aromáticos no dan reacción en estas pruebas.

4. Alquílico

La presencia de un haluro de alquilo no es obvia a partir de un espectro IR, ya que las\(\ce{C-X}\) señales ocurren en la “región de huellas dactilares”\(\left( < 1500 \: \text{cm}^{-1} \right)\) y cerca del límite inferior del espectro IR (los\(\ce{C-Cl}\) estiramientos ocurren en\(550\) -\(850 \: \text{cm}^{-1}\) mientras que los\(\ce{C-Br}\) estiramientos ocurren en\(515\) -\(690 \: \text{cm}^{-1}\)). Sin embargo, se pueden utilizar varias pruebas químicas para verificar la presencia de halógenos, siendo la más confiable la prueba de Beilstein. Se pueden utilizar otras dos pruebas para inferir características estructurales (primaria, secundaria, terciaria), como muestra el diagrama de flujo de la Figura 6.45.

Figura 6.45: *Diagrama de flujo que resume las pruebas químicas que apoyan la identificación de un compuesto halogenado.*