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Capítulo 12 Espectroscopía Infraroja y Espectrometría de Masas

Organic Chemistry , 6 th Edition L. G. Wade, Jr. Capítulo 12 Espectroscopía Infraroja y Espectrometría de Masas. Jo Blackburn Richland College, Dallas, TX Dallas County Community College District ã 2006, Prentice Hall. Introducción.

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Capítulo 12 Espectroscopía Infraroja y Espectrometría de Masas

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  1. Organic Chemistry, 6th EditionL. G. Wade, Jr. Capítulo 12 Espectroscopía Infraroja y Espectrometría de Masas Jo Blackburn Richland College, Dallas, TX Dallas County Community College District ã 2006,Prentice Hall

  2. Introducción • Espectroscopía es una herramienta analítica que ayuda a determinar una estructura. • Se destruye poca o nada de la muestra. • Se mide la luz absorbida a diferentes longitudes de onda. => Chapter 12

  3. Tipos de Espectroscopía • Espectroscopía Infraroja (IR) mide la frecuencia de vibración de un enlace en una molécula y así se puede determinar el grupo funcional. • Espectrometría de Masa (MS) fragmenta la molécula y mide la masa de cada fragmento. • Espectroscopía de Resonancia MagnéticaNuclear (NMR) detecta señales de cada tipo de H que tiene una molécula. • Espectroscopía Ultravioleta (UV) usa transiciones electrónicas para determinar patrones de enlace. => Chapter 12

  4. Espectro Electromagnético • Ejemplos: Rayos X, microondas, ondas de radio waves, luz visible, IR y UV. • La Frequencia (ν) y longitud de onda (λ) son inversamente proporcionales. • c = ln c = veloc. luz • E = hn h = Planck’s constant = 6.62 x 10-37 kJ•sec. => Chapter 12

  5. El Espectro y sus Efectos Moleculares => Chapter 12

  6. Región IR • De mayor energía que las microondas, pero menor que las visibles. • λ = 2.5-25 mm. • Se usa más el número de onda, o cm-1, el recíproco de λ en cm. • El número de onda es proporcional a la frecuencia y energía.=> Chapter 12

  7. Vibraciones Moleculares Enlaces Covalentes vibran sólo a ciertas frecuencias permitidas. => Chapter 12

  8. Frecuencias de Stretching • La Frequencia disminuye con el aumento en la masa atómica. • La Frequencia aumenta con el aumento en energía de enlace. => Chapter 12

  9. Modos Vibracionales Moléculas no-lineales con n átomos, generalmente tienen 3n - 6 modos de vibración. Chapter 12

  10. Huella Dactilar de una Molécula • No existen dos moléculas que den exactamente el mismo Espectro IR (excepto los enantiómeros). • Stretching Simple: 1600-3500 cm-1. • Vibraciones Complejas: 600-1400 cm-1, “fingerprint region.”=> Chapter 12

  11. Espectrofotómetro IR => Chapter 12

  12. Stretching Carbon-Carbon • Enlaces más fuertes absorben a frecuencias más altas: C-C 1200 cm-1 C=C 1660 cm-1 CC <2200 cm-1 Conjugation lowers the frequency: • isolated C=C 1640-1680 cm-1 • conjugated C=C 1620-1640 cm-1 • aromatic C=C approx. 1600 cm-1 => Chapter 12

  13. Stretching C- H Enlaces con mayor carácter s absorben a frecuencias más altas. • sp3 C-H, por debajo de 3000 cm-1 (a la derecha) • sp2 C-H, por encima de 3000 cm-1 (a la izq.) • sp C-H, at 3300 cm-1 => Chapter 12

  14. Espectro de un Alcano => Chapter 12

  15. Espectro de un Alqueno => Chapter 12

  16. Espectro de un Alquino => Chapter 12

  17. Stretching O-H y N-H • Ambas aparecen alrededor de 3300 cm-1, pero son diferentes. • Alcohol O-H, anchas • Amina Secondary amine (R2NH), broad with one sharp spike. • Primary amine (RNH2), broad with two sharp spikes. • No signal for a tertiary amine (R3N). => Chapter 12

  18. Espectro IR de un Alcohol => Chapter 12

  19. Espectro IR de una Amina => Chapter 12

  20. Stretching del Carbonilo • The C=O de una cetona, aldehído y ácidos carboxílicos absorbe alrededor de 1710 cm-1. • Generalmente es una señal fuerte. • Los ácidos carboxílicos tienen además la vib. de O-H. • Los aldehídos tienen dos señales de C-H alrededor de 2700 and 2800 cm-1. => Chapter 12

  21. Espectro IR de Cetona => Chapter 12

  22. Espectro IR de Aldehído => Chapter 12

  23. Stretching O-H Stretch de un Acido Carboxílico Esta absorción es ancha y aparece entre 2500-3500 cm-1. Que sea ancha se debe a los Puentes de H. => Chapter 12

  24. Variaciones en la Absorción del C=O • Conjugación del C=O con C=C baja la frecuencia a ~1680 cm-1. • El C=O de una amida absorbe, incluso, a una frecuencia más baja, 1640-1680 cm-1. • El C=O de un éster absorbe a frecuencias más altas, ~1730-1740 cm-1. • El C=O en anillos pequeños (5 C’s o menos) absorbe a una frecuencia mayor. => Chapter 12

  25. Espectro IR de una Amida => Chapter 12

  26. Stretching C – N • C - N absorbe alrededor de 1200 cm-1. • C = N absorbe alrededor de 1660 cm-1 y es mucho más fuerte que la de the C = C en la misma región. • C  N absorbe fuertemente por encima de 2200 cm-1. La señal de C  C es mucho más débil y por debajo de 2200 cm-1 .=> Chapter 12

  27. Espectro IR de Nitrilo => Chapter 12

  28. Resumen de Absorciones en IR => Chapter 12

  29. Fortalezas y Limitaciones • Con sólo el IR no se puede determinar una estructura. • Algunas señales pueden ser ambiguas. • Se identifica el grupo funcional. • La ausencia de una señal es pruebe definitiva que el no está el grupo funcional. • Correspondencia con el IR de una muestra conocida confirma la identidad. => Chapter 12

  30. Mass Spectrometry • Molecular weight can be obtained from a very small sample. • It does not involve the absorption or emission of light. • A beam of high-energy electrons breaks the molecule apart. • The masses of the fragments and their relative abundance reveal information about the structure of the molecule. => Chapter 12

  31. => Electron Impact Ionization A high-energy electron can dislodge an electron from a bond, creating a radical cation (a positive ion with an unpaired e-). Chapter 12

  32. Separation of Ions • Only the cations are deflected by the magnetic field. • Amount of deflection depends on m/z. • The detector signal is proportional to the number of ions hitting it. • By varying the magnetic field, ions of all masses are collected and counted. => Chapter 12

  33. Mass Spectrometer => Chapter 12

  34. The Mass Spectrum Masses are graphed or tabulated according to their relative abundance. => Chapter 12

  35. The GC-MS A mixture of compounds is separated by gas chromatography, then identified by mass spectrometry. => Chapter 12

  36. C3H8 C2H4OCO2 CN2H4 44.06260 44.02620 43.98983 44.03740 => High Resolution MS • Masses measured to 1 part in 20,000. • A molecule with mass of 44 could be C3H8, C2H4O, CO2, or CN2H4. • If a more exact mass is 44.029, pick the correct structure from the table: Chapter 12

  37. Molecules with Heteroatoms • Isotopes: present in their usual abundance. • Hydrocarbons contain 1.1% C-13, so there will be a small M+1 peak. • If Br is present, M+2 is equal to M+. • If Cl is present, M+2 is one-third of M+. • If iodine is present, peak at 127, large gap. • If N is present, M+ will be an odd number. • If S is present, M+2 will be 4% of M+. => Chapter 12

  38. Isotopic Abundance => Chapter 12

  39. Mass Spectrum with Sulfur => Chapter 12

  40. Mass Spectrum with Chlorine => Chapter 12

  41. Mass Spectrum with Bromine => Chapter 12

  42. Mass Spectra of Alkanes More stable carbocations will be more abundant. => Chapter 12

  43. Mass Spectra of Alkenes Resonance-stabilized cations favored. Chapter 12 =>

  44. => Mass Spectra of Alcohols • Alcohols usually lose a water molecule. • M+ may not be visible. Chapter 12

  45. End of Chapter 12 Chapter 12

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