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TEMA 7

Módulo 2. ESPECTROSCOPIA Tema 7. ESPECTROSCOPIA INFRARROJA.- Introducción.- Tipos de vibraciones.- Frecuencias características de grupos funcionales.- Interpretación de espectros.

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TEMA 7

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  1. Módulo 2. ESPECTROSCOPIA Tema 7. ESPECTROSCOPIA INFRARROJA.- Introducción.- Tipos de vibraciones.- Frecuencias características de grupos funcionales.- Interpretación de espectros. Tema 8. ESPECTROSCOPIA DE RMN.- Introducción.- Principios básicos de la RMN.- Desplazamiento químico.- Acoplamiento spin-spin.- Constante de acoplamiento.- Intercambio químico. TEMA 7

  2. TEMA 7. ESPECTROSCOPIA INFRARROJA

  3. 1. Introducción ESPECTROSCOPÍAS Y ESPECTROMETRÍA Absorción de una parte Energía Materia Transmisión del resto Se estudian los cambios producidos en las moléculas debidos a la absorción de energía ESPECTROSCOPÍAS:Radiación electromagnética ESPECTROMETRÍA:Electrones de alta energía o iones La luz visible, infrarroja, ultravioleta, las microondas y las ondas de radio son ejemplos de radiación electromagnética. CARACTERÍSTICAS DE LAS RADIACIONES: l = longitud de onda (1m = 10-6 m = 10-3 mm = 104 Å) n = frecuencia (Hertzios, Hz) c = velocidad de la luz (3 x 108 m/s) Número de onda: E = h·n = h·c/λ h = constante de Planck (6.62 x 10-34 J.s) “Técnica de análisis que hace uso de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia para estudiar la composición de ésta” ESPECTROSCOPÍA:

  4. El espectro electromagnético Conjunto de todas las frecuencias posibles ENERGY Las energías en el rango ultravioleta-visible excitan los electrones a niveles de energía superiores dentro de las moléculas. Las energías infrarrojas provocan las vibraciones moleculares y las energías de microondas provocan las rotaciones. Las frecuencias de onda de radio provocan transiciones en el espín nuclear, las que se observan en la espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (RMN, tema 8).

  5. RAYOS GAMMA RAYOS X UV VISIBLE INFRARROJO MICROONDAS ONDAS DE RADIO 10 21 10 19 10 17 10 15 10 13 10 1110 1010 9 10 8 10 610 5 Hertz (Hz) FRECUENCIA (n) LONGITUD DE ONDA (l) Transiciones Vibraciones de Movimientos Transiciones de electrónicas de átomos dentro del conjunto espín nuclear electrones de valencia de las moléculas de la molécula 10 -13 10 -11 10 -9 10 -7 10 -5 10 -310 -2 10 -1 10 0 10 210 3 metros (m) EFECTO PRODUCIDO EN LA MATERIA Espectroscopía Espectroscopía Espectroscopía Espectroscopía de UV-visible de IR de microondas de RMN TIPO DE TÉCNICA Ionizantes No ionizantes El espectro electromagnético

  6. Determinación estructural

  7. Absorción en el IR DE interacción MATERIA cuantizada E2 E2 Absorción hn Intensidad E1 E1 Interacción sólo si: EREM = DEMateria DE = h .n E0 E0 n (o l) E = h .n DE n Radiación electromagnética cuantizada IR Vibraciones de átomos dentro de las moléculas DE = hn = hc / l DE = h c n – n = 1/l – n: nº de ondas (se expresa en cm-1)

  8. 3. El espectrofotómetro de IR La fuente de radiación es un filamento calentado electricamente. Mediante el empleo de espejos el haz se divide en dos, de manera que uno atraviesa la muestra y otro la referencia. Después, ambos haces pasan alternativamente (mediante el empleo de un espejo giratorio) por un monocromador y la diferencia de intensidades es captada por un detector.

  9. El espectro de IR Un espectro de IR consiste en una representación de la energía emitida por la molécula (transmitancia) frente a la longitud de onda (l en mm) ó al nº de ondas (n en cm-1). Una banda de absorción de un espectro se caracteriza por dos parámetros: - La l a la que se produce el máximo de absorción - La intensidad de la absorción o transmitancia a esa l Transmitancia ( % ) – Número de onda (n) • SI LAS TRANSICIONES NO SUPONEN CAMBIOS EN EL MOMENTO DIPOLAR, NO SE OBSERVAN EN EL ESPECTRO. Por ello, moléculas diatómicas simétricas (ej.: X2) no absorben en el IR. • Cuanto mayor es el cambio en el momento dipolar, mayor es la absorción.

  10. Vibración de tensión en moléculas diatómicas Ley de Hooke n= k/m k: constante de fuerza m:masa reducida mA x mB m = mA + mB La frecuencia de vibración de tensión depende de la fuerza de los enlaces y de las masas relativas de los átomos. Modo de vibración de tensión: alargamiento y compresión del enlace (Molécula diatómica)

  11. Relación entre la frecuencia, las masas atómicas y la fuerza de los enlaces:

  12. Tipos de vibraciones en moléculas poliatómicas, 1 Hay dos tipos de vibración molecular: tensión (s) y flexión (d) según que un átomo vibre en la misma dirección del enlace (tensión) o perpendicu-larmente a él (flexión) FLEXIÓN TENSIÓN En el plano Fuera del plano SIMÉTRICA (torsión) (tijera) ASIMÉTRICA (balanceo) (aleteo)

  13. Tipos de vibraciones en moléculas poliatómicas, 2 Vibración de tensión simétrica del formaldehído: los dos enlaces se alargan o acortan simultáneamente

  14. Vibraciones de tensión • Anillo aromático (respiración) Dentro de las vibraciones de tensión es muy característica la del anillo de benceno, los enlaces del anillo bencénico se acortan o se alargan todos a la vez, se llama también respiración (breathing):

  15. Modos fundamentales de vibración. Tipos de vibraciones Vibración de flexión simétrica del formaldehído en el plano

  16. Modos fundamentales de vibración. Tipos de vibraciones Vibración de flexión del formaldehído fuera del plano

  17. Vibraciones deflexión • En los compuestos aromáticos también existen vibraciones de flexión, que son muy características, es un movimiento de H:

  18. 5. Frecuencias características de los grupos funcionales

  19. Espectros de IR de hidrocarburos: alcanos, alquenos y alquinos ¿Por qué aumenta el número de onda al pasar de enlace simple a doble y de éste a triple? El enlace doble es más fuerte que el simple y el triple más aún. Al aumentar la fuerza del enlace, aumenta el valor de la constante de fuerza y por tanto el número de onda aumenta.Cuanto más fuerte es un enlace, vibra a mayor frecuencia

  20. Espectros de IR de derivados del benceno • Muestran varias frecuencias características: • Tensión de C-H aprox. 3030 cm-1 • Tensión de C=C del anillo origina bandas a 1450-1600 cm-1 • Derivados monosustituídos del benceno muestran dos absorciones: a 690-710 cm-1 y 730-770 cm-1 • Los derivados disustituídos del benceno muestran las siguientes absorciones:

  21. Alcanos y Alquenos

  22. Alquinos

  23. Alcoholes n-butanol

  24. Aminas Dipropilamina

  25. Compuestos carbonílicos No conjugados Conjugados

  26. Compuestos carbonílicos

  27. Ácidos carboxílicos Ácido hexanoico

  28. Nitrilos Butironitrilo

  29. Ésteres Butanoato de etilo

  30. Amidas N,N-dimetilpropanamida

  31. PROBLEMAS DE IR PARA SEMINARIO DEL DÍA 27.11.2009 Ejemplo 1

  32. Ejemplo 2

  33. Ejemplo 3

  34. Ejemplo 4

  35. Ejemplo 5

  36. Ejemplo 6 sp2 C-H sp2 C-H aldehido • sp2 C-H • fuera del plano sp3 C-H The gap in the spectrum between 700 & 800 cm-1 is due to solvent (CCl4) absorption n O-H n C=O n C=C n C-O y =C-O-C

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