Arrow Lab

Espectroscopía y determinación estructural · Reading each technique

Espectroscopía infrarroja

Una lección resuelta gratis y 40 problemas de práctica en los que dibujas tú mismo cada flecha curva.

¿Atascado con espectroscopía infrarroja? Escanea el problema.

Toma una foto de la reacción de tu tarea o de tu libro y dibuja su mecanismo con cada flecha revisada. 1 escaneo gratis ya, sin registrarte; 1 más con una cuenta gratuita.

Escanea tu tarea gratis

Lo que aprenderás

  • Explain which vibrations absorb infrared light and estimate a stretching wavenumber from bond strength and reduced mass.
  • Assign the diagnostic O–H, N–H, C–H, C≡N and C≡C bands from their position, width and intensity.
  • Place a C=O band by carbonyl class and correct it for conjugation and ring strain.
  • Use diagnostic bands, out-of-plane bending bands and the fingerprint region to tell isomers apart and to follow a reaction.

Lección gratis

El texto de la lección resuelta. En Arrow Lab, cada paso incluye sus estructuras y sus flechas dibujadas.

Leer la lección gratis (7 partes)

Qué origina una banda infrarroja

Un enlace absorbe luz infrarroja cuando su vibración cambia el momento dipolar de la molécula. El N₂ y el O₂ no absorben en absoluto, la tensión simétrica del CO₂ es silenciosa, y la tensión C≡C de un alquino interno simétrico como el hex-3-ino está ausente o es muy débil. Cuanto mayor es el cambio de dipolo, más intensa es la banda: la tensión C=O es una de las bandas más intensas de cualquier espectro, mientras que la tensión C=C es débil o media. Las posiciones se dan en números de onda, ν̃ = 1/λ, en cm⁻¹; una banda a 1715 cm⁻¹ corresponde a λ = 10⁴/1715 ≈ 5.83 µm. Si se trata el enlace como un resorte se obtiene la ley de Hooke, ν̃ ≈ 4.12 √(k/μ), con k en dyn/cm y la masa reducida μ = m₁m₂/(m₁ + m₂) en unidades de masa atómica. Los enlaces más rígidos (mayor orden de enlace) y los átomos más ligeros vibran a mayor número de onda, y por eso el espectro se divide en regiones: tensiones X–H ≈2500–4000, enlaces triples ≈2000–2300, enlaces dobles ≈1500–1850, y enlaces simples con C más vibraciones de flexión por debajo de ≈1500 cm⁻¹. Sustituir H por D casi duplica μ en un enlace C–H, de modo que una tensión C–D aparece a unas 0.73 veces el número de onda de la C–H.

Tensiones de O–H, N–H y C–H

El O–H de un alcohol con enlace de hidrógeno da una banda intensa y ancha a ≈3200–3550 cm⁻¹; en disolución diluida de CCl₄, donde las moléculas ya no están unidas entre sí por enlaces de hidrógeno, se afina y se desplaza a ≈3600–3650 cm⁻¹. Un enlace de hidrógeno dentro de una misma molécula no cambia al diluir. El O–H de un ácido carboxílico es aún mucho más ancho, ≈2500–3300 cm⁻¹, porque el ácido existe como un dímero fuertemente unido por enlaces de hidrógeno, y se superpone a las bandas de C–H. Las bandas de N–H son más débiles y más finas que las de O–H: una amina primaria (RNH₂) muestra dos bandas entre ≈3300 y ≈3500 cm⁻¹ (tensiones simétrica y asimétrica), una amina secundaria una, y una terciaria ninguna. Las amidas primarias muestran dos bandas de N–H cerca de ≈3350 y ≈3180 cm⁻¹. Las tensiones de C–H dependen de la hibridación: C–H con sp³ justo por debajo de 3000 (≈2850–2960), C–H con sp² justo por encima de 3000 (≈3010–3100), y C–H con sp como banda intensa y fina a ≈3300 cm⁻¹. Un aldehído añade dos bandas débiles de C–H cerca de ≈2820 y ≈2720 cm⁻¹.

Enlaces triples

La región entre ≈2000 y ≈2300 cm⁻¹ está casi vacía, así que cualquier banda allí es informativa. El C≡N de un nitrilo da una banda fina, de media a intensa, a ≈2210–2260 cm⁻¹ (≈2250 para nitrilos de alquilo, algo más baja cuando está conjugado). Un alquino terminal da una banda C≡C débil a ≈2100–2140 cm⁻¹ junto con la banda fina ≡C–H a ≈3300 cm⁻¹; un alquino interno muestra una banda débil cerca de ≈2190–2260 cm⁻¹, o ninguna cuando es simétrico. Un doblete cerca de ≈2350 cm⁻¹ que cambia de una corrida a otra es CO₂ atmosférico en el camino del haz, no parte de la muestra.

La banda de carbonilo según la clase

Los compuestos carbonílicos saturados y acíclicos absorben con intensidad en posiciones características: cloruro de ácido ≈1800, anhídrido dos bandas ≈1820 y ≈1760 (tensiones simétrica y asimétrica acopladas), éster ≈1735–1750, aldehído ≈1725, cetona ≈1715, dímero de ácido carboxílico ≈1710 y amida ≈1650–1690 cm⁻¹. Dos efectos compiten. Un sustituyente electronegativo atrae electrones por efecto inductivo y rigidiza el C=O, lo que eleva ν̃ (el cloruro, sobre todo). Un par solitario en el átomo unido dona hacia el carbonilo, lo que da al C=O cierto carácter de enlace simple y baja ν̃ (el nitrógeno, sobre todo, y por eso las amidas son las más bajas). El ion carboxilato tiene dos enlaces C–O equivalentes de orden ≈1.5, así que su banda de C=O se reemplaza por una tensión asimétrica intensa a ≈1550–1610 cm⁻¹ y una simétrica cerca de ≈1400 cm⁻¹.

Conjugación y tensión de anillo

Conjugar un C=O con un C=C o con un anillo aromático deslocaliza los electrones π y baja la banda unos 20–40 cm⁻¹: ciclohex-2-en-1-ona ≈1680, acetofenona ≈1685, benzoato de metilo ≈1720 cm⁻¹. La conjugación del lado del oxígeno de un éster actúa al revés: en los ésteres fenílicos y vinílicos el par solitario del alcóxido se atrae hacia el anillo o el C=C, de modo que dona menos al C=O y la banda sube a ≈1760–1770 cm⁻¹. Los anillos pequeños elevan la banda del carbonilo: ciclohexanona ≈1715, ciclopentanona ≈1745 y ciclobutanona ≈1780 cm⁻¹. La misma tendencia se cumple en las lactonas (de seis miembros ≈1735, de cinco ≈1770, de cuatro ≈1840 cm⁻¹) y en las lactamas (de seis miembros ≈1670, de cinco ≈1700, β-lactama de cuatro miembros ≈1745 cm⁻¹).

Región de la huella dactilar y distinción de isómeros

Por debajo de ≈1500 cm⁻¹ las tensiones C–O (≈1000–1300 cm⁻¹; éteres aril alquílicos ≈1250 y ≈1040), las tensiones C–C y las vibraciones de flexión se solapan en un patrón único para cada compuesto, así que una coincidencia exacta con un espectro de referencia confirma la identidad incluso entre isómeros cuyas bandas de grupo funcional coinciden. Algunas bandas de flexión son diagnósticas por sí solas: un C=C trans-disustituido da una banda intensa a ≈965 cm⁻¹, un C=C cis una banda ancha cerca de ≈700 cm⁻¹, un grupo vinilo monosustituido dos bandas a ≈990 y ≈910 cm⁻¹, y un C=CH₂ 1,1-disustituido una a ≈890 cm⁻¹. Para identificar un compuesto desconocido, primero calcula el grado de insaturación, DBE = (2C + 2 + N − H − X)/2, y luego pregúntate qué bandas candidatas están presentes y cuáles ausentes. La ausencia suele ser la evidencia más fuerte: ninguna banda ancha por encima de 3200 cm⁻¹ descarta un O–H, y ninguna banda intensa a 1650–1850 cm⁻¹ descarta un carbonilo.

Lo que conviene recordar

Revisa primero la región de X–H (O–H ancho, O–H de ácido muy ancho, una o dos bandas de N–H, C–H por encima o por debajo de 3000), después la ventana de los enlaces triples y luego el carbonilo: ubícalo según la clase, bájalo por conjugación y súbelo por tensión de anillo. Usa lo que está ausente con la misma firmeza que lo que está presente, y confirma un isómero a partir de las bandas de flexión o de una coincidencia en la huella dactilar.

Problemas de práctica (40)

Practicar es gratis con una cuenta.

Predice el producto 2

Posiciones del carbonilo

  • El ácido benzoico se convierte en salPredice cómo la desprotonación de un ácido carboxílico cambia su espectro infrarrojo.

Distinguir isómeros y reacciones

  • Sigue una oxidación de alcohol por IRPredice qué bandas desaparecen y cuáles aparecen cuando un alcohol secundario se oxida a una cetona.

Clasificar 5

Bandas, enlaces y reglas de selección

  • ¿Qué gas diatómico es inactivo en IR?Aplica la regla de selección del cambio de dipolo para decidir si una vibración de tensión absorbe luz infrarroja.

O–H, N–H, C–H y enlaces triples

  • Nombra el grupo detrás de una banda anchaAsigna una banda fuerte y ancha cerca de 3350 cm⁻¹ a un O–H de alcohol con puente de hidrógeno.
  • ¿Qué isómero de C₆H₁₂ es un alqueno según el IR?Clasifica un isómero de C₆H₁₂ como alqueno a partir de una tensión C–H sp² por encima de 3000 cm⁻¹ y una tensión C=C.
  • Dos bandas N–HClasifica una amina como primaria, secundaria o terciaria según el número de bandas de tensión N–H.

Posiciones del carbonilo

  • Una banda de carbonilo a 1800 cm⁻¹Reconoce un cloruro de acilo por su número de onda de carbonilo inusualmente alto.

Comparar 6

Bandas, enlaces y reglas de selección

  • Ordena cuatro bandas de tensiónOrdena números de onda de tensión usando el orden de enlace y la masa de los átomos implicados.

Posiciones del carbonilo

  • Ordena las bandas de carbonilo por claseOrdena los números de onda de tensión del C=O de una amida, una cetona, un éster y un cloruro de acilo.
  • ¿Qué cetona absorbe más bajo?Predice qué cetona cíclica tiene el menor número de onda del C=O según la conjugación y el tamaño del anillo.
  • La posición del grupo arilo importaCompara los efectos de la conjugación en el lado acilo y en el lado alcoxi del carbonilo de un éster.
  • Ordena las lactonas por número de onda de C=OAplica la tendencia de tensión de anillo para ordenar las lactonas por número de onda del carbonilo.
  • Ordena las cetonas cíclicas por número de onda de C=OOrdena las cetonas cíclicas combinando los efectos de la conjugación y de la tensión de anillo sobre la banda del carbonilo.

Calcular 4

Bandas, enlaces y reglas de selección

  • ¿Dónde aparece la tensión C–D?Predice el desplazamiento del número de onda al sustituir con deuterio a partir de la relación de masas reducidas.
  • Estimar una tensión C=O con la ley de HookeEstima un número de onda de tensión a partir de una constante de fuerza y la masa reducida de los dos átomos.
  • Convertir una banda de cetona a longitud de ondaConvierte la posición de una banda de número de onda a longitud de onda en micrómetros.

Distinguir isómeros y reacciones

  • Grado de insaturación antes del IRCalcula el grado de insaturación de una fórmula como primera restricción para asignar un espectro IR.

Encuentra el error 2

Bandas, enlaces y reglas de selección

  • Una banda cerca de 2350 cm⁻¹Reconoce el dióxido de carbono atmosférico como un artefacto y no como una banda de la muestra.

Distinguir isómeros y reacciones

  • Encuentra el error en una asignación de ácidoDiagnostica una asignación incorrecta de ácido carboxílico a partir de una banda O–H ausente y una posición alta del carbonilo.

Interpreta la evidencia 13

Bandas, enlaces y reglas de selección

  • ¿Qué enlace absorbe a ≈1650 cm⁻¹?Ubica la posición de una banda en las regiones X–H, triple enlace, doble enlace y enlace sencillo del espectro.

O–H, N–H, C–H y enlaces triples

  • ¿Aldehído o cetona?Usa el par de bandas de tensión C–H del aldehído cerca de 2720 y 2820 cm⁻¹ para distinguir un aldehído de una cetona.
  • ¿Qué isómero de C₄H₈O₂ es?Identifica un ácido carboxílico por su banda O–H muy ancha combinada con una banda de carbonilo.
  • ¿Qué isómero de C₄H₇N absorbe a 2250 cm⁻¹?Distingue un nitrilo de un alquino y de una imina por la banda de enlace triple y la región X–H.
  • ¿Qué isómero de C₄H₉NO es?Combina el número de bandas N–H con la posición del carbonilo para identificar una amida primaria.
  • Una banda aguda a 3300 cm⁻¹Reconoce un alquino terminal por su banda aguda ≡C–H y su banda débil C≡C.

Posiciones del carbonilo

  • Dos bandas de carbonilo separadas por 60 cm⁻¹Identifica un anhídrido de ácido por su par de bandas de carbonilo acopladas.
  • Una amida que absorbe a 1745 cm⁻¹Asigna el tamaño del anillo de una lactama a partir del número de onda de su carbonilo.

Distinguir isómeros y reacciones

  • ¿Cuál alcohol insaturado es?Usa las bandas de flexión C–H fuera del plano para distinguir un alqueno terminal de un alqueno trans-disustituido.
  • ¿Cuál isómero C₃H₆O es?Elige entre los isómeros C₃H₆O usando la presencia y la ausencia de bandas de carbonilo, de C–H de aldehído y de O–H.
  • ¿Cuál isómero C₇H₈O no tiene O–H?Separa un aril éter de alcoholes y fenoles isómeros usando las regiones de O–H y de C–O.
  • ¿Qué compuesto carbonílico C₈H₈O es?Combina la posición del carbonilo con la prueba del C–H de aldehído para identificar una cetona aromática entre varios isómeros.
  • ¿hex-2-eno cis o trans?Asigna la geometría del alqueno a partir de la banda de flexión C–H fuera del plano.

Trabaja hacia atrás 1

  • ¿Qué reactivo dio este producto?Trabaja hacia atrás desde el espectro IR de un producto hasta el reactivo que transformó una cetona.

Planea una síntesis 2

Bandas, enlaces y reglas de selección

  • Confirmar un isómero de cetona por IRElige la parte de un espectro de IR que distingue dos isómeros con los mismos grupos funcionales.

Distinguir isómeros y reacciones

  • ¿Se consumió todo el alquino?Elige la banda de IR que demuestra que un material de partida se ha consumido por completo.

Explica por qué 5

Bandas, enlaces y reglas de selección

  • C=O intensa, C=C débilRelaciona la intensidad de una banda infrarroja con el cambio de dipolo de una vibración.
  • La banda ausente del alquinoExplica por qué la tensión C≡C de un alquino interno simétrico no aparece en su espectro infrarrojo.

O–H, N–H, C–H y enlaces triples

  • La dilución agudiza una banda O–HExplica cómo los enlaces de hidrógeno intermoleculares disminuyen y ensanchan una banda de tensión O–H.
  • Una banda que ignora la diluciónUsa el efecto de la dilución para distinguir los enlaces de hidrógeno intramoleculares de los intermoleculares.

Posiciones del carbonilo

  • Por qué las amidas absorben bajo y los cloruros de acilo altoExplica las posiciones del carbonilo en amidas y cloruros de acilo mediante la donación por resonancia y la retirada inductiva.

¿Atascado con espectroscopía infrarroja? Escanea el problema.

Toma una foto de la reacción de tu tarea o de tu libro y dibuja su mecanismo con cada flecha revisada. 1 escaneo gratis ya, sin registrarte; 1 más con una cuenta gratuita.

Escanea tu tarea gratis

Antes de este tema