Espectroscopía IR

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ESPECTROSCOPÍA IR 
 
La radiación IR causa excitación vibracional de los enlaces 
en una molécula. 
Existen muchas clases diferentes de excitación vibracional, debido a que los enlaces 
almacenan esta energía en una variedad de formas. Los enlaces pueden estirarse, al 
igual que se estira un resorte, y los enlaces pueden flexionarse en distintas formas. 
Para cada enlace en una molécula, la diferencia de energía entre los estados vibratorios 
depende de la naturaleza del enlace. Por ejemplo, la diferencia de energía para un 
enlace C—H es mucho más grande que para un enlace C—O. Ambos enlaces 
absorberán radiación IR, pero el enlace C—H absorberá un fotón de mayor energía. En 
efecto, cada tipo de enlace absorberá una frecuencia característica, permitiéndonos 
determinar cuáles tipos de enlace están presentes en un compuesto. Simplemente se 
irradiará el compuesto con todas las frecuencias de radiación IR, y luego se detectarán 
cuáles frecuencias se absorbieron. El gráfico evidencia las frecuencias que fueron 
absorbidas por la muestra. → Todas las señales, que se denominan bandas de absorción, 
apuntan hacia abajo en un espectro IR. La localización de cada señal es a menudo 
informada en términos de una unidad de frecuencia, el número de onda (v) y los 
valores varían entre 400 y 4.000 cm-1 
Un número de onda grande representa energías más altas. Las 
señales que aparecen en el lado izquierdo del espectro 
corresponden a la radiación más elevada, mientras que las señales 
sobre el lado derecho corresponden las radiaciones con energías 
más bajas. 
Cada señal en un espectro de IR tiene tres características: número 
de onda, intensidad y forma. 
 
A su vez, los átomos pequeños dan enlaces que vibran a frecuencias más 
elevadas; por lo tanto, corresponde a un número de onda de absorción más 
elevado. 
Si comparamos C-O , C-Cl y C-H, el enlace C-H involucra el átomo más pequeño, por lo que 
su número de onda es el mas elevado. 
Por otro lado, los enlaces fuertes vibrarán a frecuencias más altas; por lo 
tanto, corresponden a un número de onda 
de absorción más alta. Los enlaces fuertes 
corresponden a enlaces triples > enlaces 
> enlaces simples. 
 
• Los enlaces simples (excepto para los enlaces X—H) aparecen 
sobre el lado derecho del espectro (por debajo de los 1.500 
cnx*) debido a que los enlaces simples suelen ser los más 
débiles. 
• Los enlaces dobles aparecen en números de onda más altos 
(1.600-1.850 cm”) debido a que son más fuertes que los enlaces 
simples. 
• Mientras que los enlaces triples aparecen en números aún más 
altos (2.100-2,300 cm”) debido a que son incluso más fuertes 
que los enlaces dobles. 
• Y finalmente, el lado izquierdo del espectro contiene señales 
producidas por los enlaces X-H (como un C-H, O-H, o N-H), todos 
los cuales alcanzan un número de onda más alto puesto que el 
hidrógeno tiene la masa más pequeña. 
 
El espectro IR puede dividirse en dos regiones principales. Por un lado, la región 
diagnóstica, que suele tener menos picos y proporciona la información más clara. Esta 
región contiene todas las señales que surgen a partir de los enlaces dobles, los triples y 
los enlaces X-H. Por otra parte, se encuentra la región de las huellas digitales, 
la cual suele contener muchas señales, y es única para cada compuesto. 
 
 
El número de onda de absorción para un 
enlace C-H depende en gran medida del 
estado de hibridación del átomo de 
carbono. 
Esto se debe a que los orbitales sp tienen más carácter s que los otros orbitales atómicos 
híbridos y, por lo tanto, los orbitales sp se asemejan más a los orbitales s. Esto implica 
que la densidad electrónica de un orbital sp está más cerca del núcleo (al igual que un 
orbital s). En consecuencia, un enlace C(sp)---H será más corto, y por lo tanto, más 
fuerte → su señal estará más desplazada hacia la izquierda. Por el contrario, un enlace 
C(sp3)---H tiene una longitud mas larga, y el enlace será mas débil. 
 
La clave es mirar cualquier señal a la izquierda de la línea → En los alcanos, no 
habrá una señala la izquierda de los 3.000 cm”*. Un alqueno tiene una 
señal a 3.100 cm” y un alquino, una señal a 3.300 cm”. 
 
Pero atención, la ausencia de una señal a 
la izquierda de los 3.000 cm-1 no indica 
necesariamente la ausencia de un 
enlace doble o triple en el compuesto. 
Los enlaces dobles tetrasustituidos no 
poseen enlaces C(sp2)---H y los enlaces 
triples internos no poseen enlaces C(sp)---H. 
 
Por otra parte deben considerarse los efectos de resonancia en el número de onda 
en el gráfico de absorción. 
 
En un espectro IR, algunas señales serán más fuertes en comparación con otras en el 
mismo espectro. Es decir, algunos enlaces absorberán radiación IR de manera muy 
eficiente, mientras que otros serán menos eficientes absorbiéndola. Esto se debe al 
momento dipolar de enlace. A medida que un enlace se estira, la distancia entre las cargas 
parciales cambia constantemente, lo cual significa que la fortaleza del momento dipolar 
también cambia con el tiempo. 
 
El momento dipolar es un campo eléctrico que rodea al enlace. Por 
lo tanto, como el momento dipolar oscila, el enlace está 
esencialmente rodeado por un campo eléctrico oscilante, el cual 
sirve como una antena (por decirlo así) para absorber radiación IR. 
El enlace entonces puede absorber un fotón debido a que el campo 
eléctrico oscilante del enlace interactúa con el campo eléctrico 
oscilante de la radiación IR. Y a su vez, mientras mayor sea la 
oscilación del momento dipolar, mayor será esta antena y por lo 
tanto mayor será su capacidad para interactuar con el campo 
eléctrico de la radiación, lo cual generará señales más fuertes. 
 
Es por ello que los grupos carbonilos suelen producir señales más fuertes 
en un espectro IR, mientras que los enlaces C=C suelen producir señales 
bastante débiles. 
Pero cuando un enlace es asimétrico, el enlace no tiene 
momento dipolar alguno. No existe cambio en el momento 
dipolar, y el enlace no tiene una antena para absorber 
radiación IR. En otras palabras, los enlaces simétricos son 
completamente ineficientes en la absorción de radiación IR. 
Señales características 
 
Alcoholes 
 
Ácidos Carboxílicos 
 
Ácidos y Derivados 
El grupo carbonilo produce una señal muy fuerte, entre 1.650 y 1.850 cm”. La 
ubicación exacta de la señal depende de la naturaleza del grupo carbonilo. 
 
Aminas 
En sus espectros IR, las aminas primarias y secundarias presentan señales entre 
3.350 y 3.500 cm”. Estas señales corresponden al estiramiento N-H y son en general 
menos intensas que las de O-H. Las aminas primarias dan dos picos (estiramiento 
simétrico y asimétrico), mientras que las secundarias dan uno solo. 
 
 
 
 
 
 
 
Aromáticos 
En general, los derivados del 
benceno producen señales en 
cinco regiones 
características del espectro IR 
 
 
 
 
 
Aldehídos y Cetonas 
El grupo carbonilo produce una señal fuerte en un espectro IR, en general alrededor de 
1.715 o 1.720 cm-1. 
Los aldehídos suelen exhibir una o dos señales (estiramiento C-H) entre 2.700 y 
2.850 cm”, además del estiramiento C=0. 
 
 
Cuadro de señales