Espectroscopía Infrarrojo (IR)

Espectroscopía Infrarrojo (IR)

Uno de los objetivos más importantes de la química orgánica es identificar las estructuras orgánicas. Para esto, muchas veces es necesario usar técnicas analíticas que no destruyan el compuesto y que requieran de muestras pequeñas.

Las técnicas espectroscópicas casi siempre cumplen con estos requerimientos. La espectroscopia de absorción mide la cantidad de luz que absorbe un compuesto como una función de la longitud de onda de la luz. En esta ocasión se presentará la espectroscopia infrarroja.

La región infrarroja (IR) del espectro electromagnético, comprende la radiación con número de onda que varía entre 12, 800 y 10 cm-1 o longitudes de onda de 0.78 a 1000 μm. Desde el punto de vista de las aplicaciones, como de los instrumentos, es conveniente dividir el espectro infrarrojo en tres regiones, a saber, infrarrojo cercano, medio y lejano:

Tabla 1.  Rangos de longitud de onda de espectrofotometría infrarrojo

[pic 1]

 Al hacer uso de la espectroscopia IR para la caracterización de los compuestos orgánicos, se destacan los picos encontrados en la región de 4000 a 1600 cm-1, ya que se encuentran los picos característicos de los grupos funcionales, mientras que la región que abarca de 1300 a 625 cm-1 se conoce como la región de huellas digitales (en esta el patrón de picos varía más de un compuesto al otro).

La espectroscopía infrarroja es una técnica de análisis de muestras sólidas, líquidas o gaseosas; permite identificar las moléculas que conforman dicha sustancia al aplicar energía de una determinada región del espectro electromagnético. Las moléculas absorben esta energía y emiten una vibración única y característica, por lo que en el espectro se observan picos en las frecuencias correspondientes. Debido a que las bandas se pueden asignar a partes concretas de la molécula que producen lo que se llama frecuencias de grupo: independientemente de a qué esté unido, un grupo funcional absorbe radiación (genera una banda de IR) en un intervalo concreto de frecuencias.

Cuanto más fuertes o rígidos son los enlaces químicos, mayores son las frecuencias observadas, además de que las masas atómicas menores tienden a originar frecuencias mayores.

La absorción de un fotón de radiación infrarroja excita a una molécula desde su estado vibratorio más bajo o bien, basal, a uno mayor. Estás vibraciones de las moléculas se clasifican en dos categorías: tensión, que son cambios en la distancia interatómica a lo largo del enlace entre dos átomos; flexión, son cambios en el ángulo que forman los enlaces.

Vibraciones activas e inactivas en IR

No todas las vibraciones moleculares absorben radiación infrarroja. Para comprender cuáles lo hacen y cuáles no, tenemos que considerar cómo interactúa el campo electromagnético con un enlace molecular. La clave para la interacción se encuentra en la polaridad del enlace, la cual es medida como su momento dipolar. Un enlace con un momento dipolar puede visualizarse como una carga positiva y una carga negativa separadas por un resorte. Si este enlace se coloca en un campo eléctrico, se estira o se comprime, dependiendo de la dirección del campo. Si este estiramiento y compresión alternados del enlace ocurren a la frecuencia de la velocidad de vibración natural de la molécula, puede absorber energía. Las vibraciones de los enlaces con momentos dipolares por lo general resultan en absorciones IR y se dice que son activas en el IR.

Si un enlace es simétrico y tiene momento dipolar de cero, el campo eléctrico no interactúa con el enlace. Debido a que la vibración no produce un cambio en el momento dipolar, no hay absorción de energía. Se dice que esta vibración es inactiva en IR y que no produce absorción en el espectro IR. La clave para una vibración activa en el IR es que la vibración debe cambiar el momento dipolar de la molécula. Los enlaces con momentos dipolares igual a cero en ocasiones producen absorciones (por lo regular, débiles) debido a que las colisiones, rotaciones y vibraciones moleculares los hacen asimétricos parte del tiempo. Los enlaces polares fuertes (por ejemplo, los grupos C=O) pueden absorber de manera tan intensa que también producen picos de armónicos, los cuales son relativamente pequeños e iguales a un múltiplo (por lo general el doble) de la frecuencia de vibración fundamental.

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