Al analizar una tabla de IR de compuestos orgánicos, ¿asignó todos los picos, o los picos exactos y fuertes? ¿Cómo puedo analizar de manera efectiva y sencilla la tabla de IR de los compuestos orgánicos? Aprendiendo y Estudiando para siempre

Después de revisar el registro de preguntas, debo suponer que el OP solo tiene un conocimiento básico en el análisis de los gráficos de IR de compuestos orgánicos. Explicaría los detalles en la espectroscopia IR porque personalmente creo que esto puede aclarar algunos problemas potenciales. Esta es la pregunta original que se describe en detalle sobre la confusión (errores de gramática editados para evitar ambigüedades):

Al analizar una tabla de IR de compuestos orgánicos, ¿asignó todos los picos o los picos exactos y fuertes (como C = O, OH, etc.)? ¿Cómo puedo analizar con eficacia los gráficos de IR de los compuestos orgánicos?

Ah, por cierto, no sé cómo usar LaTeX, así que perdóneme si introduzco las anotaciones matemáticas en inglés simple o como imágenes.

I. Vibraciones en Moléculas.

Las vibraciones en las moléculas se pueden clasificar en dos categorías:

Estiramiento de vibración (letra griega minúscula nyu)
Vibración flexural (letra griega minúscula delta)

La vibración de estiramiento entre átomos puede verse como un simple movimiento armónico, por lo que, de acuerdo con la Ley de Hooke, podemos obtener:

Podemos sustituir la fórmula que relaciona la frecuencia (nyu en minúscula), el número de onda (sigma en minúscula) y la velocidad de la luz (c) juntas en la fórmula que se muestra arriba:

m1 y m2 son las masas respectivas de dos átomos, m1m2 / (m1 + m2) es la masa reducida. Entonces podemos ver que si las masas atómicas son más bajas, la frecuencia de la vibración es más alta. k es la constante de fuerza (no estoy seguro si este es el nombre correcto o no) y su unidad es N · cm ^ (- 1). La constante de fuerza está relacionada con la energía de enlace y la longitud del enlace. Si la energía de enlace es mayor, la longitud del enlace es más corta y el valor de k es mayor. Por lo tanto, k es directamente proporcional al número de onda o la frecuencia de la vibración. Si conocemos las masas atómicas de dos átomos y la constante de fuerza k, podemos determinar dónde se absorberán las vibraciones de esos dos átomos.

Por ejemplo, el enlace CH en un alcano saturado tiene un valor de k de 5.07 N · cm ^ (- 1), y podemos descubrir que la frecuencia fundamental de la vibración de estiramiento es de 3052 cm ^ (- 1).

Sin embargo, este valor calculado es un poco diferente al valor real porque una molécula real no experimenta un movimiento armónico simple (SHM) real . El modelo SHM es solo una aproximación .

Fuente: Slideplayer (lo siento pero esta es la mejor imagen que puedo encontrar en inglés)

Las diferentes moléculas orgánicas tienen diferentes estructuras (obviamente), por lo que sus masas atómicas y constantes de fuerza difieren bastante, por lo que habrá diferentes frecuencias de absorción, por lo que se producirá el espectro IR característico para cada molécula.

II. Grados vibratorios de libertad y picos de absorción de IR

¡Un átomo puede viajar libremente en un espacio 3D! ¡Hurra! Entonces, el grado de libertad de ese átomo es 3. Para una molécula no lineal, en los 3 grados de libertades, debemos excluir la traducción de la molécula en los ejes x, y, z, y la rotación de la molécula mediante Los ejes x, y, z. Entonces, el grado de libertad de una molécula no lineal es 3n-6. Para una molécula lineal, cuando gira sobre el eje que es paralelo al enlace covalente, la posición de la molécula no cambió . Entonces, para una molécula lineal, el grado de libertad es 3n-5.

Fuente: 基础有机化学第三版，主编：邢其毅

(a), (b), (c) es la traducción de la molécula de HCl; (d) es la rotación de la molécula de HCl. (Lo siento la basura de mi teléfono)

Fundamentalmente, cada grado de libertad es un pico de absorción en el espectro de IR, pero el número de picos de absorción en el espectro de IR es menor que el valor del grado de libertad. Hay tres explicaciones para este fenómeno:

Las vibraciones moleculares sin movimientos dipolo-dipolo no producirán picos de absorción.
Las vibraciones moleculares con la misma frecuencia degenerarán.
Las máquinas con una resolución baja no distinguirán los picos de absorción con frecuencias similares. Las máquinas con una sensibilidad baja no pueden detectar absorciones débiles.

Pffft. Aunque mis tres puntos son válidos, las excepciones ocurren todo el tiempo. Tch.

Banda de Overtone: Wikipedia (perdón, no tuve tiempo suficiente para investigar sobre las bandas de armónicos, mañana tengo una evaluación de la historia y los exámenes SAT de las asignaturas el sábado)

Suficiente sobre la introducción. Vayamos al tema de las regiones al interpretar los gráficos IR.

I. Región de grupo funcional y región de huella digital

Echaremos un vistazo a una tabla IR típica de ácido benzoico.

Posiblemente podríamos clasificar el gráfico IR en dos regiones, la región 4000–1350 cm ^ (- 1) y la región 1350–650 cm ^ (- 1). La región de 4000–1350 cm ^ (- 1) (región de grupo funcional) es la banda de absorción producida por las vibraciones de estiramiento.

La región de 4000–2500 cm ^ (- 1) es normalmente un grupo funcional con átomos que tienen pequeñas masas atómicas, por ejemplo, OH, NH, CH, SH. La región de 2500–1900 cm ^ (- 1) normalmente es un grupo funcional con un valor k alto, por ejemplo, -C≡C-, -C≡N, -C = C = C-, -C = C = O, -N = C = O. Por debajo de 1900 cm ^ (- 1) se produce normalmente a partir de vibraciones esqueléticas de -C = C, -C = O, -C = N-, grupos nitro y anillos aromáticos. Esto es especialmente útil cuando se determinan los grupos funcionales de una molécula orgánica.

En la región de 1350–650 cm ^ (- 1), tenemos las vibraciones de estiramiento de CO y CX, pero también las vibraciones esqueléticas de CC. Los enlaces atómicos que tienen un valor k bajo que produce vibraciones de flexión también aparecerán en esta banda, por lo que esta región a menudo tiene un espectro IR complejo. Los picos de absorción en esta área estarán muy influenciados por la estructura de la molécula, por lo que si la estructura de la molécula solo difiere un poco, la forma, el tamaño y el lugar donde se sitúa el pico de absorción cambiarán mucho. Así que esto se llama la región de la huella digital. La región de la huella digital es muy útil cuando se usan sustancias conocidas para diferenciar una sustancia desconocida.

Así que personalmente, asignaría los picos principales primero para darme una idea de cómo se ve la molécula. Puede buscar la frecuencia de absorción de los grupos funcionales en línea para ayudarlo. En los exámenes se le entregará un folleto de datos por lo que debería ser fácil.

Pero durante las competiciones internacionales no se te entregarán ningún tipo de folletos de datos, se colocarán algunos gráficos de IR asquerosos y se te pedirá que determine la estructura de la molécula. La simetría de la molécula, las formaciones de ZE , los átomos de halógeno en las moléculas, el enlace de hidrógeno también influye en el espectro IR.

No podría hablar por investigadores aquí, así que no daría mi opinión sobre la interpretación del espectro IR en una investigación real. Espero que alguien llene este agujero en mi respuesta, tarde o temprano.

Edit: Agregaré el comentario de Mike Adams aquí porque es muy útil.

Una forma sencilla de analizar la energía de una vibración también puede relacionar el número de onda que se muestra en su gráfico IR como energía a través de la relación Planck-Einstein, la energía es proporcional al número de onda.

E = hv, (v = c / λ), entonces E: 1 / λ

‘E’ aquí es la energía de emisión de fotones, en una longitud de onda infrarroja. La energía de la luz IR a una longitud de onda específica que causa un estiramiento, roca, movimiento, etc. Cuanto menor sea la E (número de onda), más fácil será vibrar ese enlace.

PS Nitpickers, por favor, no te preocupes por la parte química de mi respuesta, gracias. Doy la bienvenida a cualquier sugerencia lógica y ediciones. Si está siguiendo mi respuesta, lo bloquearé y le informaré.