Tecniche di analisi: lo spettro infrarosso e le vibrazioni fondamentali
Il metodo dell’Infrarosso (I.R.) è una tecnica analitica che si focalizza sull’interazione tra una radiazione elettromagnetica infrarossa e la materia. La regione più significativa dello spettro infrarosso per l’analisi qualitativa dei composti organici, dei complessi e dei composti inorganici si estende da 4000 cm-1 a 600 cm-1. Questo intervallo spettrale copre gli assorbimenti dovuti alle vibrazioni fondamentali delle molecole organiche.
Indice Articolo
Divisione delle vibrazioni fondamentali
Le vibrazioni fondamentali si suddividono in due regioni: la prima comprende i gruppi funzionali (da 4100 a 1500 cm-1), mentre la seconda le impronte digitali (da 1500 a 600 cm-1). La regione delle armoniche superiori (> 3500 cm-1) e delle basse frequenze (600-100 cm-1) è utilizzata per studi teorici e coinvolge principalmente le vibrazioni che riguardano i metalli. Gli strumenti comuni coprono lo spettro da 4000 cm-1 a 600 cm-1.
Nessuna banda I.R. rappresenta una vibrazione pura, ma l’insieme delle vibrazioni dell’intera molecola. Tuttavia, alcune vibrazioni hanno un maggiore peso in un determinato assorbimento I.R., spesso tra l’85% e il 95%, e sono le principali responsabili dell’assorbimento.
Ruolo delle vibrazioni
Le vibrazioni fondamentali determinano la posizione precisa della banda nello spettro. Ad esempio, il gruppo carbonilico ha una frequenza di gruppo tra 1850 cm-1 e 1650 cm-1 ma, nell’acetone, assorbe a 1720 cm-1 e nell’acetofenone a 1695 cm-1.
Analisi delle intensità
L’intensitàNell’analisi degli spettri infrarossi, l’ampiezza delle bande è correlata alla probabilità di transizione molecolare. Le bande intense sono dovute a transizioni permesse secondo le regole di selezione, mentre le bande meno intense si verificano per transizioni proibite. Tuttavia, spesso le bande deboli si collocano in regioni dello spettro prive di altri picchi di assorbimento, diventando quindi indicatori distintivi di specifici gruppi molecolari.
Lo spettro IR di una sostanza fornisce diversi suggerimenti sulla sua struttura molecolare attraverso l’analisi attenta dei gruppi principali e delle bande di varie intensità. Ogni gruppo funzionale mostra frequenze e intensità specifiche.
Le carte di correlazione sono un utile strumento per identificare i gruppi funzionali in base alla posizione e all’intensità delle bande di assorbimento. Le bande sono classificate in base alla frequenza e all’intensità del picco massimo, con simboli come vs (molto forte), m (medio), w (debole) e vw (molto debole). Le carte riportano frequenze di gruppo, intensità e simboli per lo stiramento ν, il piegamento δ, s simmetrico e as asimmetrico.
Alcheni
Gli alcheni sono facilmente identificabili grazie alle bande di stiramento C-H e del doppio legame. Le sostituzioni sul doppio legame possono essere individuate dalle bande di deformazione al di fuori del piano del legame C-H. Di seguito, sono riportati alcuni valori caratteristici di composti con doppio legame C=C. Alchini
Gli [alchini](https://chimica.today/chimica-organica/gli-alchini-proprieta-fisiche-metodi-di-sintesi-e-reattivita/) possono essere distinti in alchini terminali, con assorbimenti a 2140-2100 cm^-1 per il triplo legame e a 3300 cm^-1 per lo stiramento ≡ C-H; e alchini centrali con un solo assorbimento a 2260-2190 cm^-1, più debole nelle molecole simmetriche. Idrocarburi aromatici
La presenza di un gruppo fenilico è rivelata da varie bande caratteristiche nell’IR. L’analisi dettagliata permette di individuare le posizioni di sostituzione sull’anello benzenico. Qui di seguito sono riportate alcune frequenze tipiche di composti con il gruppo fenilico. | Frequenza (cm-1) | Descrizione |
|————————|——————————-|
| ν (C-H) = 3030 | |
| ν (C=C) = 1600-1580 | |
| δ (CH-in piano) = 690 | |
| δ (CH-fuori dal piano) = 990 | |
Queste informazioni forniscono una panoramica dei principali gruppi funzionali e delle loro caratteristiche nello spettro IR, aiutando nell’identificazione e nella comprensione della struttura molecolare delle sostanze analizzate.
Analisi degli Spettri Infrarossi in Chimica Organica
Nell’ambito della chimica organica, l’analisi degli spettri infrarossi è una tecnica fondamentale per identificare le diverse funzioni presenti in una molecola. Gli spettri IR forniscono informazioni preziose sui legami chimici e sulle funzionalità presenti all’interno di una molecola organica.
Gruppi Funzionali nei Composti Aromatici
I composti aromatici presentano spettri IR caratteristici che possono essere utilizzati per identificare la posizione e la natura dei sostituenti presenti nell’anello benzenico. Ad esempio, per i benzeni monosostituiti, si osservano assorbimenti specifici a δ = 770-730 e δ = 710-690, mentre per i benzeni disostituiti si distinguono assorbimenti per i gruppi orto, meta e para. Nei benzeni pentasostituiti, l’assorbimento caratteristico si osserva a δ = 870.
Gruppi Carbonilici
Un altro gruppo funzionale di particolare rilievo è il gruppo carbonilico, che può essere rilevato grazie agli spettri IR. Ad esempio, per le aldeidi si osserva un intenso assorbimento a ν (C=O) = 1715, mentre negli acidi si distinguono diversi tipi di assorbimenti legati al gruppo carbonilico e al gruppo ossidrile. Nelle ammidi, l’assorbimento caratteristico si osserva a ν = 1690, permettendo così di identificare questo gruppo funzionale con precisione.
Alcoli e Fenoli
Per gli alcoli e i fenoli, la presenza del gruppo ossidrile può essere confermata grazie agli spettri IR, che mostrano tipici assorbimenti nell’intervallo di 3640-3610 cm-1. Inoltre, la formazione di legami a idrogeno determina uno spostamento dell’assorbimento a frequenze minori, indicando interazioni intermolecolari o la formazione di strutture polimeriche. Un secondo assorbimento significativo è legato allo stiramento del legame C-O, presente tra 1200 e 1000 cm-1, che varia a seconda che si tratti di un ossidrile fenolico o di un alcol.
La spettroscopia IR rappresenta dunque uno strumento indispensabile per l’identificazione e la caratterizzazione delle diverse funzioni chimiche all’interno di composti organici, permettendo di ottenere informazioni dettagliate sulla struttura molecolare e sui legami presenti.
