Grado de insaturación o índice de déficit de hidrógeno (IDH)
El IDH se usa para calcular el número de anillos o enlaces múltiples de un compuesto a partir de su fórmula molecular. Para ello:
- un doble enlace es una insaturación
- un triple enlace cuenta como dos insaturaciones
- un anillo equivale a una insaturación
- un anillo aromático equivale a cuatro insaturaciones
A partir de la estructura, el IDH se calcula aplicando las reglas anteriores. A partir de la fórmula molecular, y para compuestos de C, H, O, N y X (halógenos), se aplica la siguiente fórmula:
IDH=C+1-0.5·(H+X-N)
donde C, H, X y N son el número de átomos de carbono, hidrógeno, halógenos y nitrógeno, respectivamente.
Espectro electromagnético
La energía de la radiación es directamente proporcional a su frecuencia, es decir, que es inversamente proporcional a su longitud de onda:
donde c=3E8 m/s (velocidad de la luz) y h=6.62E-34 (constante de Planck).
Cada radiación afecta a la materia de un modo diferente:
- Rayos X, son altamente energéticos y son capaces de ionizar electrones de niveles internos de los átomos. Dan información sobre distancias de enlace y ángulos de enlace.
- UVA-Vis, producen transiciones electrónicas atómicas y moleculares, que dan lugar a los colores.
- Infrarrojo, provocan vibraciones de los enlaces químicos, y dan información sobre los grupos funcionales existentes en la molécula. (IR)
- Microondas, producen rotaciones moleculares que pueden informar sobre distancias de enlace
- Ondas de radio, que producen transiciones entre niveles energéticos del núcleo generados en el seno de un fuerte campo magnético, y que dan lugar a información sobre los entornos de estos núcleos. (RMN)
Espectroscopía infrarroja (IR)
La radiación infrarroja hace que los átomos vibren como si estuvieran unidos por un muelle, estando relacionada la fuerza del enlace con la energía de la radiación que lo hace vibrar, lo que permite su identificación. Para que una vibración sea activa en el IR y produzca una banda de absorción, es preciso que la vibración genere un dipolo eléctrico. Hay muchos tipos diferentes de vibración dependiendo de la geometría de los enlaces.
Un espectro IR muestra la transmitancia (porcentaje de radiación no absorbida por la muestra) frente al número de ondas (inverso de la longitud de onda, medida directa de la energía). Las bandas se indexan utilizando la tabla de la sección 26 del cuadernillo de datos.
Espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN)
El RMN da información sobre el entorno de los átomos de hidrógeno dentro de la mólécula y hoy es la técnica más importante en la determinación de las estructuras de sustancias químicas. Cuando los átomos de hidrógeno se ponen en un campo magnético potente, aparecen dos niveles energéticos correspondientes a los núcleos de hidrógeno, cuya diferencia de energía está en el ámbito de las radiofrecuencias. Esta diferencia de energía se matiza ligeramente por los entornos químicos en los que son así distinguibles dentro de la molécula.
En un espectro de RMN, las señales se miden en distancia respecto a un estándar que se añade a la muestra, el tetrametilsilano (TMS, Si(CH3)4). Esa distancia se llama desplazamiento químico, y se mide en ppm.
Cada señal en un RMN indica un entorno químico diferente, la intensidad está relacionada con el número de protones a que corresponde, y el desplazamiento químico corresponde a un tipo de función química diferente, según puede encontrarse en la sección 27 del cuadernillo de datos.
Tutorial de RMN
Espectrometría de masas (MS)
En el tema 2 hablamos de esta técnica. El patrón de fragmentación de cada molécula es característico, como una huella digital. Pero además, los fragmentos dan información sobre la existencia de "trozos" de la molécula. La sección 28 del cuadernillo da algunos de estos fragmentos típicos.
Ejercicios de determinación de estructuras de compuestos orgánicos
Tutorial de espectrometría de masas
Ejercicios
La determinación de la estructura de una molécula se hace combinando información de los diferentes espectros.
Bases de datos de espectros IR, RMN y MS: ENLACE1, ENLACE2
Ejercicios de determinación de estructuras de compuestos orgánicos
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