VIBRACIONES CARACTERÍSTICAS DE ALGUNAS DE LAS FUNCIONES
QUÍMICA-ORGÁNICAS MÁS IMPORTANTES.
ALCANOS NORMALES (LINEALES) En todos los alcanos normales o ramificados se espera encontrar solo estiramientos
y deformaciones de enlaces como los Csp3 -H y Csp3-Csp3.
Examine el espectro adjunto del dodecano C12H26 que es un alcano lineal:
VIBRACIONES DE ESTIRAMIENTO CSP3-H:
Aparecen entre los 3000 y 2840 cm-1
. Son muy estables.
EN LOS GRUPOS METILO: estos pueden mostrar estiramientos asimétricos de los
enlaces C-H entre los 2962 cm-1
y simétricos en los 2872 cm-1
(ver Figura Nº7). Hay que
recordar esa regla general que dice que, los modos simétricos siempre tienen menor energía
que los asimétricos.
Figura Nº7
GRUPOS METILENOS ACÍCLICOS Y CÍCLICOS: en estos grupos aparecen las
vibraciones C-H en el mismo rango de frecuencias que los C-H metílicos, es decir entre los
3000 y los 2840 cm-1
, y pueden ser asimétricos (2926 cm-1
) y simétricos (2853 cm-1
) ver las
figura Nº8 más abajo.
Figura Nº8
VIBRACIONES CSP3-H DE DEFORMACIÓN:
Todas estas vibraciones aparecen por debajo de los 1500 cm-1
. No son útiles en los
análisis de los espectros.
GRUPO METILO: En estos grupos de tres átomos de hidrógeno iguales, las vibraciones
aparecen alrededor de 1450 cm-1
para la vibración asimétrica y 1375 cm-1
para la simétrica:
Figura Nº9
GRUPOS METILENO
modo simétricolos tres se estirany contraen en fase
HH
H
C
modo asimétricodos se estiran y unose contrae
H
H
H
C
2962 cm-1 2872 cm-1
modo simétricomodo asimétrico
H
H
H
HCC
2926 cm-1 2853 cm-1
HH
H
C
H
H
H
C
modo asimétrico modo simétrico
1450 cm-1 1375 cm-1
En los grupos CH2 o metilenos, están presentes las vibraciones en el plano, Figura
Nº10 y fuera del plano de la página, Figura Nº11. La forma de representarlos es la que se ve
en las imágenes de más abajo.
Figura Nº10
Figura Nº11
En estas figuras, el signo positivo significa sobre el plano y el negativo bajo el
plano.
ALCANOS RAMIFICADOS Las frecuencias de estiramiento y deformación Csp3-H en los metilos y metilenos de
alcanos como los que se muestran a continuación (Figura Nº12), ocurren por debajo de los
1500 cm-1
Figura Nº12
720 cm-11465 cm-1
modo simétricomodo asimétrico
H
H
H
HCC
modos en el plano
C CH
H
H
H
modo asimétrico modo simétrico
1350 cm-1 1150 cm-1
modos fuera del plano
R C
CH3
CH3
H
CH3
CH3
CRCH3
isopropilo terbutilo
Vibraciones Csp3-H de estiramiento.
Esta es la banda de estiramiento C-H del grupo metilo, se manifiesta en
aproximadamente los 2890 cm-1
. Es muy débil y no alcanza a ser notada.
Vibraciones Csp3-H de deformación.
En el gem-dimetil o isopropil, aparecen dos bandas muy juntas y muy agudas y de
igual intensidad. Una de ellas entre 1385 y 1380 cm-1
y la otra entre 1370 y 1365 cm-1
. Su
apariencia es la de un tenedor de dos dientes. Vea el espectro del 2-metilhexano más abajo:
En el tert-butil aparecen también dos bandas pero de diferente intensidad. Una
mediana entre 1395 y 1385 cm-1
y la otra muy intensa en 1370 cm-1
. Cuando están presente
ambos grupos (iso y ter) en la molécula, es difícil distinguirlas porque se superponen en la
misma región de frecuencias. Vea más abajo el espectro del 2,2-dimetilbutano.
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN LOS ALCANOS.
VIBRACIÓN
ENLACE m cm-1
Intensidad Forma
Estiramiento Csp3-H 3,5-3,3 2850-3000 intensa Media estrecha
Tijera CH2 y C-CH2 con 6,7-6,8 1450-1470 media Estrecha
CH3 CH2 o CH3
Balanceo de
CH3
C-CH3 7,25-7,30 1370-1380 baja Media
Balanceo de
cadena de al
menos 4 grupos
CH2
-C-(CH2)n-C
con n mayor
o igual a 4,0
13,8 720-725 Depende
de la
cantidad de
grupos
(CH2)
Media
Deformación
de enlace C-H
en iso-grupos.
(Vea nomen
clatura de
alcanos)
-CH(CH3)2 7,20
y
7,24
1388
y
1380
media Medianamente
anchas, de
aproximadamente
igual intensidad.
Deformación
del enlace
C-H en grupos
metilo en
carbono
terciario.
-C(CH3)3 7,20
y
7,24
1388
y
1380
media Media-alta
(dos bandas, una
menos intensa y
otra menor de
mayor energía)
Tabla Nº2
Cuando la ramificación sobre la cadena principal de la molécula está en otra posición
entonces no aparece la señal bifurcada que se observaba por debajo de los 1500 cm-1
en los
espectros de especies químicas con estructura iso o tert. Vea el ejemplo del 4-metiloctano y
examine la zona de los 1360 cm-1
:
Compare este último espectro con el del 2-metiloctano que está a continuación:
ALQUENOS
En un alqueno es de esperar vibraciones de estiramiento y deformación del tipo
Csp2-H y C=C. Por ejemplo:
Vibraciones de estiramiento Csp2-H
Estas vibraciones aparecen sobre los 3000 cm-1
ya sea de alquenos, aromáticos y
hetero-aromáticos.
Vibraciones de deformación Csp2-H
Están entre los 1000 cm-1
y 650 cm-1
. Son las bandas más intensas en el espectro de
los alquenos.
Vibraciones de estiramiento C=C
Esta vibración aparece entre los 1670 y 1640 cm-1
, es una señal aguda y de baja
intensidad. Aparece en sistemas conjugados y no conjugados de dobles enlaces. Sin
embargo, a veces no aparece en los alquenos trans con grupos alquilo semejantes.
Examine como ejemplo el espectro del 1-penteno más abajo:
El 1-penteno, es un alqueno con la insaturación en el extremo de la cadena. Esta
posición de la insaturación posee un aspecto característico en el espectro de estos alquenos:
Son dos bandas intensas en 1000 cm-1
y 909 cm-1
respectivamente. Corresponden a ambos
Csp2 – H fuera del plano.
Los alquenos Cis y Trans también pueden ser distinguidos entre sí al tener sus
espectros algunos aspectos característicos. Compare los siguientes espectros de los
compuestos cis-3-octeno y el trans-3-hepteno:
1º .- El cis presenta una absorción pequeña y aguda en la zona de 1640 cm-1
(6,1 μm) en
cambio el trans no la presenta o apenas la insinúa. Esta banda corresponde al estiramiento
C=C. Desaparece completamente cuando los grupos sustituyentes en el doble enlace son
iguales o muy semejantes.
2º .- El compuesto trans muestra una banda fuerte en aproximadamente los 960 cm-1
(10,3
μm) la que corresponde a la vibración de deformación RC=CR’ .
3º.- En cambio el compuesto cis presenta una absorción media pero extensa entre los 770 y
666 cm-1
(13,0 hasta 15,0 μm) aproximadamente.
Todo el resto de los espectros es semejante.
Otro alqueno que presenta un aspecto interesante es el gem-disustituido, como el
que se muestra más abajo. Corresponde como ejemplo al 2-metil-1-octeno.
La banda característica aparece en aproximadamente 887,0 cm-1
(11,3 μm)
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN LOS ALQUENOS.
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
Estiramiento Csp2-H 3,27-3,17 3050-3150 Media
Estiramiento C=C 6,1 1640-1670 Débil
Deformación
CH2 terminal
Csp2-H 15,3-10 650-1000 Media
Deformación
C=C terminal
CH2=C 10,0 y 11,0 1000 y 909 Intensas
Deformación CIS C=C 6,1 1640-1670 Débil
Deformación
TRANS
C=C No hay en 6,1 si es
simétrica
1640-1670
Débil
Deformación
TRANS
C=C 11,2-11,5 892-870 Fuerte
Tabla Nº3
ALQUINOS
Aquí, debe esperarse estiramientos Csp-H, estiramientos C≡C, y deformaciones Csp-
H.
Estiramiento Csp-H:
Esta banda aparece entre los 3333 y 3267 cm-1
. Es una banda fuerte y muy aguda a
diferencia de las que aparecen con los O-H y N-H en la misma región del espectro.
Vibración de estiramiento C≡C
Aparece como banda mediana en los 2140-2100 cm-1
, en los alquinos mono-
sustituidos y en los 2220 cm-1
, en los alquinos disustituidos.
Vibración de deformación Csp-H
Aparece como una banda fuerte y ancha entre los 700 y 600 cm-1
.
Veamos el espectro del 1-hexino como un ejemplo de este tipo:
El espectro del 2-hexino muestra la desaparición de la banda Csp -H.
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN LOS ALQUINOS.
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
Estiramiento
terminal
Csp-H 3,0 3300 Fuerte
Deformación Csp-H 16,6-14,3 600-700 Media
Estiramiento C-C
triple enlace
terminal.
4,7-4,6 2100-2140 Fuerte
Estiramiento C-C
triple enlace 4,5 2220 Media
Tabla Nº4
AROMÁTICOS
Vibraciones de estiramiento del enlace Csp-H aromático se manifiestan entre los
3100 y los 3000 cm-1
.
C C H
C CR R´
Otra región importante está entre los 2000 y 1650 cm
-1, ( 5 y 6 m ) que es donde
aparecen los sobretonos (peineta, por la forma) de las bandas de sustitución.
Las vibraciones de estiramiento C-C del esqueleto anular aparecen entre 1600 y
1400 cm-1
.
Las bandas más importantes e informativas de los compuestos aromáticos, se
encuentran entre los 900 y 675 cm-1
. Corresponden a vibraciones de deformación Csp2-H
fuera del plano del anillo.
Se puede identificar el tipo de sustitución en los anillos aromáticos observando la
región de los 900 hasta 675 cm-1
.Vea el recuadro que muestra las absorciones
características del benceno mono y di-sustituido y los espectros del orto-xileno meta-xileno
y para-xileno como ejemplos de benceno disustituido. Como podrá notarse, es
perfectamente posible distinguir el tipo de sustitución observando las diferencias que
aparecen en la región entre los 830,0 cm-1
y los 690 cm-1
(12,0 y 14,5 μm) respectivamente.
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN LOS
HIDROCARBUROS AROMÁTICOS.(BENCENOIDES) (Aquí, solo se incluyen las bandas de los aromáticos mono y disustituidos.)
a) Monosustituidos
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
Estiramiento Csp2-H 3,3-3,25 3050-3070 Media
Balanceo de CH3 C-CH3 7,25-7,30 1370-1380 Media
Deformación del
anillo
Csp2-H 13,5 y 14,0 740 y 715 Débil
Tabla Nº5
b) Disustituidos
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
ORTO Csp2-H 13,5 740 Fuerte
META Csp2-H 13,5-14,5 740-690 Fuerte y fuerte
PARA Csp2-H 12,5 800 Media Tabla Nº6
ALCOHOLES FENOLES Y ÉTERES.
La absorción común y característica de los alcoholes y fenoles está en la vibración
de los enlaces O-H y C-O. El espectro del 1-butanol se muestra más abajo:
La vibración de estiramiento del enlace O-H aparece alrededor de los 3400 cm-1
. Es
una absorción intensa y amplia (desde 3600 hasta 3200 cm-1
aproximadamente).
Un alcohol en fase de vapor muestra una absorción fina no asociada (sin puente
hidrógeno) cerca de los 3600 cm-1
. En fase líquida las asociaciones intermoleculares
debidas al enlace hidrógeno, pasan a ser importantes y se manifiestan con una banda roma,
característica entre los 3500 y 3200 cm-1.
A continuación se muestran varios tipos de alcoholes como por ejemplo uno no
saturado (4-penten-1-ol) en el que se puede apreciar la misma banda típica del estiramiento
O-H.
En el espectro del 1-feniletanol, se ve claramente la banda de estiramiento O-H, 3400 cm-1
,
junto también a los sobretonos de las bandas de sustitución entre 2000 cm-1
y 1666,6 cm-1
.
Además están las dos bandas de sustitución del anillo aromático 760 cm-1
y 699 cm-1
correspondientes a la monosustitución del benceno. Estas dos últimas bandas son las que
generan los sobretonos a que se hace mención más arriba.
Vibraciones del enlace C-O:
En los alcoholes fenoles y éteres, aparecen estas absorciones fuertes de tipo
estiramiento entre los 1260 y 1000 cm-1
.
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN ESTE GRUPO DE
COMPUESTOS.
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
Tensión O-H 3,1-2,7 3200-3600 Fuerte
Tensión C-O 9,5-8,3 1050-1200 Fuerte pero difícil de
distinguir
Libre O-H 2,76-2,74 3620-3640 Fuerte
Asociado O-H 3,07-2,90 3250-3450 Fuerte Tabla Nº7
EL GRUPO CARBONILO
Las cetonas, aldehídos, ácidos carboxílicos, anhídridos y amidas, muestran una
fuerte absorción del estiramiento del grupo carbonilo C=O entre 1870 y 1660 cm-1
. Dentro
de este rango, la posición de las bandas de los diferentes grupos carbonilos, están
determinados, entre otros, por factores ambientales tales como; conjugación y entorno del
carbonilo. Tabla Nº8, Nº9, Nº10, Nº11, Nº12, Nº13 y la Nº14.
CETONAS
La vibración de estiramiento del grupo carbonilo aparece entre 1725 y 1705 cm-1,
para las cetonas saturadas.
En aquellas cetonas , no saturadas (Estructura Nº1ª ), baja hasta 1665 cm-1
. La
conjugación en estos compuestos hace que este enlace carbonilo se estabilice y baje su
energía de estiramiento.
Estructura Nº1a
En los homólogos aromáticos sus frecuencias también caen a 1700-1680 cm-1
. Tabla
Nº8 (Estructura Nº1b)
Estructura Nº1b
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN LAS CETONAS.
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
C C C
O
C
O
Estiramiento
5,80-5,86 1725-1705 Fuerte
Estiramiento en
, no saturadas 5,93-6,00 1685-1665 Fuerte
Estiramiento en
aromáticos 5,88-5,95 1700-1680 Fuerte
Tabla Nº8
ALDEHÍDOS
Las vibraciones de estiramiento del grupo carbonilo en los aldehídos aparecen entre
1740 y 1680 cm-1
.
C O
C O
C O
Estructura Nº2
Las vibraciones de estiramiento del grupo Csp2-H, de los aldehídos aparecen en
forma de dos bandas: Una de ellas entre 2900-2820 cm-1
y la otra entre 2775-2700 cm-1
.
Estas bandas generalmente están escondidas por las bandas de vibración correspondientes
al estiramiento Csp3-H de los alcanos.
C C C
O
H
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN LOS
ALDEHÍDOS.
VIBRACIÓNO ENLACE m CM-1
Intensidad
Estiramiento
5,74-5,95 1740-1680 Fuerte
Estiramiento Csp2-H 3,45-3,54
y 3,60-3,70
2900-2820
y 2775-2700
Media
Media Tabla Nº9
ÉSTERES
En este grupo funcional, el estiramiento del grupo carbonilo, aparece según sea
saturado entre 1750 y 1735 cm-1
.
C O
En los ésteres , no saturados y arílicos, está entre 1730 y 1717 cm-1
. Tabla Nº10 y (Estructura Nº3)
Estructura Nº3
OR'
O
C C
O
OR
RC
HC
H
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN LOS ÉSTERES.
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
Estiramiento O-H 4,16
hasta
2,94
2400
hasta
3400
Media a fuerte
Estiramiento
5,71-5,76 1750-1735 Media
Estiramiento en
,-no saturados
5,78-5,82 1730-1717 Media
Estiramiento en
ésteres arílicos 5,78-5,82 1730-1717 Media
Tabla Nº10
ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
C O
C O
C O
El estiramiento del enlace C=O en ácidos orgánicos saturados, se manifiesta entre
los 1725 y 1700 cm-1
. Es una banda muy ancha y característica.
En los ácido , no saturados, entre 1715 y 1690 cm
-1. Tabla Nº11
En los arílicos entre 1700 y 1660 cm-1
. Tabla Nº11
Las vibraciones de estiramiento del grupo hidroxilo (O-H) en estos casos aparece
entre los 2700 y 3500 cm-1
. Tabla Nº11.
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN LOS ÁCIDOS
CARBOXÍLICOS.
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
Estiramiento
5,80-5,90 1725-1700 Fuerte
Estiramiento ,-no
saturados
5,83-5,91 1715-1690 Fuerte
Estiramiento Arílicos 5,90-6,02 1700-1660 Fuerte
Estiramiento O-H 3,70-2,86 2700-3500 Fuerte Tabla Nº11
ANHÍDRIDOS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS.
Los anhídridos de ácido saturados y aromáticos muestran una vibración de
estiramiento doble C=O. Una entre los 1850 y 1800 cm-1
y la otra entre los 1790–1740 cm-1
respectivamente.
C O
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN LOS
ANHIDRIDOS DE ÁCIDO.
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
Estiramiento
Doble
5,40-5,55 y
5,58-5,75
Doble
1850-1800 y
1790-1740
Fuerte
y fuerte
Tabla Nº12
HALOGENUROS DE ÁCIDO
En los halogenuros de ácido, puede notarse que el halógeno tiene poca influencia
sobre la frecuencia de estiramiento del grupo carbonilo. Así, en los fluoruros, aparece en
los 1850 cm-1
. En los cloruros en 1806 cm-1
. Los bromuros se manifiestan en 1810 cm-1
. En
los yoduros aparece en 1795 cm-1
. Aparentemente no hay ninguna relación entre la
electronegatividad del halógeno y la frecuencia de oscilación del grupo carbonilo. Tabla
Nº13.
Estructura Nº4
C O
C C C
O
R X
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN LOS
HALOGENUROS DE ÁCIDO
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
Estiramiento de
C=O F 5,40 1850 Fuerte
Estiramiento de
C=O Cl 5,53 1806 Fuerte
Estiramiento de
C=O Br 5,52 1810 Fuerte
Estiramiento
de C=O I 5,57 1795 Fuerte
Tabla Nº13
AMIDAS
Las vibraciones de estiramiento del carbonilo C=O en amidas primarias, secundarias
se manifiestan entre los 1700 y los 1630 cm-1
.
El estiramiento N-H en las amidas primarias aparece en dos bandas. Una en3500
cm-1
y la otra en 3400 cm-1
.
En las secundarias, aparece solo una banda en 3320-3140 cm-1
.
Las vibraciones de deformación N-H primarias están entre 1620 y 1590 cm-1
y las
secundarias entre 1550 y 1510 cm-1
. Tabla Nº14
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN LAS AMIDAS.
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
Estiramiento
primaria 5,92 1690 Fuerte
C O
C O
C O
C O
C O
Estiramiento
secundaria 5,88-5,99 1700-1670 Fuerte
Estiramiento
dos bandas
N-H
primarias
2,86 y otra
2,94
3500 y otra
3400
Media y Media
Estiramiento
una banda
N-H
secundarias
3,01-3,18 3320-3140 Media
Deformación N-H
primarias
6,17-6,30 1620-1590 Fuerte
Deformación N-H
secundarias
6,45-6,62 1550- 1510 Fuerte
Tabla Nº14
AMINAS ALIFÁTICAS
El estiramiento del enlace Nsp3-H de las aminas primarias se manifiesta con dos
bandas, una vibración asimétrica de mayor energía en 3500 cm-1
y la simétrica en 3400 cm-
1.
Figura Nº13
La vibración de deformación del enlace Nsp3-H aparece en las aminas primarias
entre los 1650 y los 1590 cm-1
.
C O
NR H
H HHR
N
asimétrica simétrica3500 cm-1 3400 cm-1
Figura Nº15
En las secundarias, solo aparece como es de esperar, una sola banda de estiramiento
N-H entre los 3500 y los 3310 cm-1
.Vea figura. Nº14
Figura Nº14
En las secundarias la deformación Nsp3-H está entre los 1650 cm-1
y los 1550 cm-1
.
NR
HH
1650-1590 cm-1Deformación
NR
H
R'estiramiento
3500-3310 cm-1
Figura Nº16
En las aminas terciarias desaparece la vibración N-H. Vea el siguiente espectro:
El estiramiento del enlace C-N, aparece para los aromáticos primarios entre los
1340 y los 1250 cm-1
. En los aromáticos secundarios entre los 1350 y 1280 cm-1
.Los
aromáticos terciarios muestran una absorción entre 1360 y 1310 cm-1
.
Figura Nº17
Y en las alifáticas, el estiramiento C-N entre 1220 y 1020 cm-1
.
N HR
R'deformación
1650-1550 cm-1
NH2NH
R
N
RR'
1340-1250 cm-1 1350-1280 cm-1
1360-1310 cm-1
RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES ABSORCIONES EN ESTE GRUPO DE
COMPUESTOS.
a) Monosustituidas
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
Estiramiento
(doblete)
N-H 2,86-2,94 3500-3400 Débil
Flección N-H 6,33-6,06 1580-1650 Media
Deformación N-H 15,00-11,00 666-909 Media Tabla Nº15
b) Disustituidas
VIBRACIÓN ENLACE m CM-1
Intensidad
Estiramiento
(singulete)
N-H 3,02-2,98 3310-3350 Muy débil
Deformación N-H 15,00-11,00 666-909 Media Tabla Nº16
COMPUESTOS HALOGENADOS.
El estiramiento de los enlaces C-X de los compuestos halogenados, aparece en las
siguientes frecuencias:
C-F entre 1400-1000 cm-1
.
C-Cl entre 800 y 600 cm-1
.
C-Br entre 600 y 500 cm-1
.
C-I aproximadamente en los 500 cm-1
.
Nótese que la influencia de la electronegatividad del halógeno, es muy marcada en
la energía del enlace.