11.5: Espectros infrarrojos de algunos grupos funcionales comunes
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Al analizar un espectro IR, es útil superponer el diagrama a continuación sobre el espectro con nuestra mente para ayudar a reconocer grupos funcionales.
La región del espectro infrarrojo de 1200 a 700 cm -1 se denomina región de huella dactilar. Esta región destaca por la gran cantidad de bandas infrarrojas que allí se encuentran. Muchas vibraciones diferentes, incluyendo estiramientos de enlace simple C-O, C-C y C-N, vibraciones de flexión C-H y algunas bandas debido a anillos de benceno se encuentran en esta región. La región de huella dactilar suele ser la región más compleja y confusa de interpretar, y suele ser la última sección de un espectro a interpretar. Sin embargo, la utilidad de la región de huella dactilar es que las muchas bandas allí proporcionan una huella digital para una molécula.
Frecuencias de grupo: una mirada más cercana
La información detallada sobre las absorciones infrarrojas observadas para diversos átomos y grupos unidos generalmente se presenta en forma tabular. La siguiente tabla proporciona una recopilación de dichos datos para los grupos funcionales más comunes. Siguiendo el esquema de color de la tabla, las absorciones de estiramiento se enumeran en la sección sombreada azul y las absorciones de flexión en la parte sombreada verde. Se pueden ver descripciones más detalladas para ciertos grupos (por ejemplo, alquenos, arenos, alcoholes, aminas y compuestos carbonílicos) haciendo clic en el nombre de la clase funcional. Dado que la mayoría de los compuestos orgánicos tienen enlaces C-H, una regla útil es que la absorción en los 2850 a 3000 cm -1 se debe al estiramiento sp 3 C-H; mientras que, la absorción por encima de 3000 cm -1 es del estiramiento sp 2 C-H o el estiramiento sp C-H si está cerca de 3300 cm -1.
Estiramiento de vibraciones |
Vibraciones de flexión |
|||||
---|---|---|---|---|---|---|
Clase Funcional |
Rango (cm -1) |
Intensidad |
Asignación |
Rango (cm -1) |
Intensidad |
Asignación |
Alcanos |
2850-3000 | str | CH 3, CH 2 y CH 2 o 3 bandas |
1350-1470 1370-1390 720-725 |
med med sem |
CH 2 & CH 3 deformación CH 3 deformación CH 2 balanceo |
Alquenos |
3020-3100 1630-1680 1900-2000 |
med var str |
=C-H y =CH 2 (generalmente agudo) C=C (la simetría reduce la intensidad) C=C estiramiento asimétrico |
880-995 780-850 675-730 |
str med |
=C-H y =CH 2 (flexión fuera del plano) cis-RCH=CHR |
Alquinos |
3300 2100-2250 |
str var |
C-H (generalmente agudo) C=C (la simetría reduce la intensidad) |
600-700 | str | Deformación C-H |
Arenes |
3030 1600 y 1500 |
var med-sem |
C-H (puede ser varias bandas) C=C (en el anillo) (2 bandas) (3 si se conjugan) |
690-900 | str-med | Doblado C-H y fruncimiento de anillos |
Alcoholes y fenoles |
3580-3650 3200-3550 970-1250 |
var str str |
O-H (libre), generalmente O-H afilado (H-unido), generalmente C-O ancho |
1330-1430 650-770 |
med var-sem |
Curvado O-H (en plano) Curva O-H (fuera del plano) |
Amina |
3400-3500 (soln. dil.) 3300-3400 (soln. dil.) 1000-1250 |
sem sem med |
N-H (1°-aminas), 2 bandas N-H (2°-aminas) C-N |
1550-1650 660-900 |
med-str var |
NH 2 tijera (1°-aminas) NH 2 y movimiento N-H (cambios en la unión H) |
Aldehídos y cetonas |
2690-2840 (2 bandas) 1720-1740 1710-1720 |
|||||
med str str str str str str str |
C-H (aldehído C-H) C=O (aldehído saturado) C=O (cetona saturada) aril cetona α, β-insaturación ciclopentanona ciclobutanona |
1350-1360 1400-1450 1100 |
str str med |
α-CH 3 flexión α-CH 2 flexión C-C-C flexión |
||
Ácidos carboxílicos y derivados |
2500-3300 (ácidos) solapamiento C-H 1705-1720 (ácidos) 1210-1320 (ácidos) |
|||||
str str med-str str str str str str str str |
O-H (muy amplio) C=O (unido a H) O-C (a veces 2 picos) C=O C=O (2 bandas) O-C C=O O-C (2 bandas) C=O (banda amida I) |
1395-1440 1590-1650 1500-1560 |
med med med |
C-O-H de flexión N-H (1°-amida) II banda N-H (2°-amida) II banda |
||
Nitrilos |
2240-2260 2100-2270 |
med med |
C=N (agudo) -N=C=O, -N=C=S -N=C=N-, -N 3, C=C=O |
Reconocimiento de Frecuencias de Grupo en Espectros IR - una mirada muy cercana
Hidrocarburos
Los compuestos de hidrocarburos contienen solo enlaces C-H y C-C, pero hay mucha información que se puede obtener de los espectros infrarrojos derivados del estiramiento C-H y la flexión C-H.
En alcanos, que tienen muy pocas bandas, a cada banda del espectro se le puede asignar:
- Estiramiento C—H de 3000—2850 cm -1
- Curva o tijera C—H de 1470-1450 cm -1
- Roca C—H, metilo de 1370-1350 cm -1
- Roca C—H, metilo, vista solo en alcanos de cadena larga, de 725-720 cm -1
La Figura 3. muestra el espectro IR del octano. Dado que la mayoría de los compuestos orgánicos tienen estas características, estas vibraciones C-H generalmente no se notan al interpretar un espectro IR de rutina. Obsérvese que el cambio en el momento dipolar con respecto a la distancia para el estiramiento C-H es mayor que el de otros mostrados, razón por la cual la banda elástica C-H es la más intensa.
En los compuestos de alquenos, a cada banda del espectro se le puede asignar:
- C=C tramo de 1680-1640 cm -1
- =C—H tramo de 3100-3000 cm -1
- =Curva C—H de 1000-650 cm -1
La Figura 4. muestra el espectro IR del 1-octeno. Como compuestos alcanos, estas bandas no son específicas y generalmente no se notan porque están presentes en casi todas las moléculas orgánicas.
En alquinos, a cada banda del espectro se le puede asignar:
- —C? C— tramo de 2260-2100 cm -1
- —C? C—H: Estiramiento C—H de 3330-3270 cm -1
- —C? C—H: Curva C—H de 700-610 cm -1
A continuación se muestra el espectro de 1-hexino, un alquino terminal.
En compuestos aromáticos, a cada banda en el espectro se le puede asignar:
- Estiramiento C—H de 3100-3000 cm -1
- matices, débiles, de 2000-1665 cm -1
- Estiramiento C—C (en anillo) de 1600-1585 cm -1
- Estiramiento C—C (en anillo) de 1500-1400 cm -1
- C—H “oop” de 900-675 cm -1
Tenga en cuenta que esta frecuencia es ligeramente superior a la del tramo —C—H en alcanos. Esta es una herramienta muy útil para interpretar espectros IR. Solo los alquenos y aromáticos muestran un estiramiento C—H ligeramente superior a 3000 cm -1.
La Figura 6. muestra el espectro de tolueno.
Grupos funcionales que contienen el enlace C-O
Los alcoholes tienen absorciones IR asociadas tanto con las vibraciones de estiramiento O-H como C-O.
- Estiramiento O—H, con enlaces de hidrógeno 3500-3200 cm -1
- Estiramiento C—O 1260-1050 cm -1 (s)
La Figura 7. muestra el espectro de etanol. Tenga en cuenta la banda muy ancha y fuerte del estiramiento O-H.
La banda vibratoria de estiramiento carbonilo C=O de cetonas alifáticas saturadas aparece:
- C=O stretch - cetonas alifáticas 1715 cm -1
-? ,? -cetonas insaturadas 1685-1666 cm -1
La Figura 8. muestra el espectro de 2-butanona. Esta es una cetona saturada, y la banda C=O aparece a 1715.
Si se sospecha que un compuesto es un aldehído, un pico siempre aparece alrededor de 2720 cm -1 que a menudo aparece como un pico tipo hombro justo a la derecha de los tramos alquilo C—H.
- H—C=O tramo 2830-2695 cm -1
- Estiramiento C=O:
- aldehídos alifáticos 1740-1720 cm -1
- aldehídos alfa, beta-insaturados 1710-1685 cm -1
La Figura 9. muestra el espectro de butiraldehído.
El tramo carbonilo C=O de los ésteres aparece:
- Estiramiento C=O
- alifático de 1750-1735 cm -1
- ? ,? -insaturado de 1730-1715 cm -1
- Estiramiento C—O de 1300-1000 cm -1
La Figura 10. muestra el espectro de benzoato de etilo.
El tramo carbonilo C=O de un ácido carboxílico aparece como una banda intensa de 1760-1690 cm -1. La posición exacta de esta banda ancha depende de si el ácido carboxílico está saturado o insaturado, dimerizado o tiene enlaces de hidrógeno internos.
- Estiramiento O—H de 3300-2500 cm -1
- C=O tramo de 1760-1690 cm -1
- Estiramiento C—O de 1320-1210 cm -1
- Curva O—H de 1440-1395 y 950-910 cm -1
La Figura 11. muestra el espectro de ácido hexanoico.
Compuestos orgánicos de nitrógeno
- N—O estiramiento asimétrico de 1550-1475 cm -1
- N—O estiramiento simétrico de 1360-1290 cm -1
Compuestos orgánicos que contienen halógenos
Los haluros de alquilo son compuestos que tienen un enlace C—X, donde X es un halógeno: bromo, cloro, fluoreno o yodo.
- C—H wag (-CH 2 X) de 1300-1150 cm -1
- C—X se estira (general) de 850-515 cm -1
- Estiramiento C—Cl 850-550 cm -1
- Estiramiento C—Br 690-515 cm -1
A continuación se muestra el espectro de 1-cloro-2-metilpropano.
Para más espectros infrarrojos Se introduce la base de datos espectral de moléculas orgánicas para utilizar la base de datos libre. Además, la tabla de correlación de espectroscopía infrarroja está enlazada en la parte inferior de la página para encontrar otros picos IR asignados.
Ejercicio
1. ¿Qué grupos funcionales dan las siguientes señales en un espectro IR?
A) 1700 cm -1
B) 1550 cm -1
C) 1700 cm -1 y 2510-3000 cm -1
2. ¿Cómo se pueden distinguir los siguientes pares de compuestos a través del análisis IR?
A) CH 3 OH (Metanol) y CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 (Dietiléter)
B) Ciclopentano y 1-penteno.
C)
3. Los siguientes espectros son para el compuesto acompañante. ¿Cuáles son los picos que puedo identificar en el espectro?
Fuente: SDBSWeb: http://sdbs.db.aist.go.jp (Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada, 2 de diciembre de 2016)
4. ¿Qué absorciones tendrían los siguientes compuestos en un espectro IR?
- Contestar
-
1.
2.
A) Un pico de OH estará presente alrededor de 3300 cm -1 para el metanol y estará ausente en el éter.
B) El 1-penteno tendrá un pico de alqueno alrededor de 1650 cm -1 para el C=C y habrá otro pico alrededor de 3100 cm -1 para el grupo sp 2 C-H en el alqueno
C) No pueden distinguir estos dos isómeros. Ambos tienen los mismos grupos funcionales y por lo tanto tendrían los mismos picos en un espectro IR.
3.
Frecuencia (cm-1) Grupo Funcional
3200 Cº C-H
2900-3000 C-C-H, C=C-H
2100 Cº C
1610 C=C
(También hay una región de subtono aromático entre 2000-1600 que describe la sustitución en el anillo de fenilo).
4.
A)
Frecuencia (cm-1) Grupo Funcional
2900-3000 C-C-H, C=C-H
1710 C=O
1610 C=C
1100 C-O
B)
Frecuencia (cm-1) Grupo Funcional
3200 Cº C-H
2900-3000 C-C-H, C=C-H
2100 Cº C
1710 C=O
C)
Frecuencia (cm-1) Grupo Funcional
3300 (ancho) O-H
2900-3000 C-C-H, C=C-H
2000-1800 Tonos aromáticos
1710 C=O
1610 C=C
Colaboradores y Atribuciones
Dr. Dietmar Kennepohl FCIC (Professor of Chemistry, Athabasca University)
Prof. Steven Farmer (Sonoma State University)
William Reusch, Professor Emeritus (Michigan State U.), Virtual Textbook of Organic Chemistry