Serie de problemas 5. Espectroscopía Infrarroja (IR).
Problema 1.
a) Indique en el espectro de la radiación electromagnética la zona correspondiente al IR. b) ¿Qué tipos de interacciones existen entre la radiación IR y las moléculas irradiadas?
Problema 2.
Indique si las siguientes moléculas presentarán absorción en el IR: N2, HCl, Br2, HF
Problema 3.
a) Para la molécula de H2O indique todas las vibraciones de tensión y flexión posibles. b) Utilizando las tablas identifique las vibraciones descriptas sobre el espectro que se indica a continuación.
Problema 4.
a) Para una unidad metileno (-CH2-), donde el átomo de carbono tiene hibridación sp3, indique todas las vibraciones de tensión y flexión posibles.
b) Busque en tablas los valores de las vibraciones descriptas.
c) Para el espectro del octano que se presenta abajo asigne las bandas más intensas.
Problema 5.
Problema 6.
En términos de la mecánica clásica la ley de Hooke, que explica la fuerza asociada al movimiento de un resorte puede utilizarse para estimar la frecuencia de tensión de un enlace. De esta forma la ley de Hooke aplicada al caso de enlaces químicos puede expresarse como:
tensión =4,12 (K/u)
1/2donde:
tensión es el número de onda de tensión (en cm-1); K es la constante de fuerza del enlace (dinas/cm) cuyos valores son:Tipo de enlace K (dinas/cm)
Simple 5.105
Doble 10.105
Triple 15.105
u = M1.M2 / (M1+M2) donde Mi es la masa molar de los átomos involucrados. Con estos valores prediga:
a) Las frecuencias de las vibraciones de tensión de los enlaces C=C y C-H
b) Compare las frecuencias de las vibraciones de tensión de los enlaces H, C, O, C-Cl, C-Br, C-I.
Problema 7.
a) Haga un diagrama simplificado sobre el funcionamiento de un espectrómetro IR clásico.
b) Compare su funcionamiento con las de un espectrómetro del tipo FT-IR. Comente ventajas y desventajas de estos sistemas.
Interpretación de espectros.
Problema 8.
En general para determinar el grupo funcional presente en una molécula orgánica se puede seguir una metodología sencilla que consiste en contestar algunas preguntas sencillas como las que se indican a continuación:
1. ¿Se encuentra presente el grupo carbonilo (1820-1660 cm-1) 2. Si está presente busque los siguientes grupos funcionales:
Ácidos carboxílicos: ¿Está el O-H también presente? (3400-2400 cm-1)
Amidas: ¿Está el N-H también presente? (~3400 cm-1)
Esteres: ¿Está el C-O también presente? (1300-1000 cm-1)
Anhídridos: ¿Hay absorción de dos grupos C=O? (1810-1760 cm-1)
Aldehídos: ¿Está presente la banda C-H de aldehídos? (2850 y 2750 cm1)
Cetonas: elimine las opciones anteriores.
Alcoholes: chequear para O-H. (3400-3300 cm-1). Confirme esto con la
banda C-O. (1300-1000 cm-1)
Aminas: chequee la banda N-H. (~3400 cm-1)
Éteres: chequee la banda C-O (1300-1000 cm-1)
4. Busque la presencia de dobles enlaces carbono-carbono o anillos
aromáticos:
C=C (~1650 cm-1)
C=C aromáticos (1600-1450 cm-1) C-H vinílicos (>3000 cm-1)
5. Busque la presencia de triples enlaces: CN (~2250 cm-1)
CC (~2150 cm-1)
C-H acetilénicos (~3300 cm-1) 6. Busque la presencia de grupos nitro:
N-O (1600-1530 y 1390-1300 cm-1)
7. Si ninguna de estas bandas está presente se trata de alcanos.
Utilizando esta guía proponga los grupos funcionales presentes en las moléculas de los espectros que se indican a continuación:
b)
d)
Problema 9.
Para los espectros que se indican a continuación asignar las bandas más importantes.
b)
d)
Problema 10. Se tiene un compuesto orgánico de fórmula molecular C4H6O3 que presenta el siguiente IR:
Proponga una estructura compatible con el espectro infrarrojo.
Problema 11.
Se tiene un compuesto orgánico de fórmula molecular C6H7N que se disuelve parcialmente en agua dando pH básico y cuyo IR se indica a continuación.
Problema 12.
Se tiene una sustancia de fórmula molecular C2H5NO, muy soluble en agua, cuyo espectro IR es el que se indica a continuación. Proponga una estructura coherente con estos datos.
Problema 13.
Se tiene tres sustancias de fórmula molecular C8H10 cuyos espectros IR se indican a continuación. Proponga una estructura para cada una de ellas coherente con estos datos.
b)
c)
Problema 14.
a)
b)
Problema 15.
I)
II)
IV)
