Fondamenti della Spettroscopia IR
La spettroscopia IR utilizza radiazioni a energia inferiore rispetto alla UV-vis, operando principalmente nella regione del medio infrarosso (tra 4000 e 400 cm-1). A differenza delle transizioni elettroniche, la radiazione IR provoca transizioni roto-vibrazionali nei legami chimici. Lo spettro viene espresso in trasmittanza percentuale in funzione del numero d onda, che e direttamente proporzionale all energia: un valore di trasmittanza pari al 100% indica assenza di assorbimento, mentre valori prossimi allo 0% indicano un assorbimento massimo.
Condizioni di Attivita IR e Vibrazioni Molecolari
Non tutte le vibrazioni molecolari sono visibili allo spettro IR. Una transizione viene definita IR attiva solo se il movimento vibrazionale comporta una variazione del momento di dipolo della molecola. Le vibrazioni principali si dividono in:
- Stretching (Stiramento): variazione della distanza interatomica lungo l asse del legame.
- Bending (Piegamento): variazione dell angolo di legame. L energia necessaria per far vibrare un legame dipende dalla forza del legame stesso e dalla massa degli atomi coinvolti, secondo un modello fisico assimilabile a una molla (Legge di Hooke).
Effetti Strutturali sul Numero d Onda
La posizione dei segnali nello spettro e influenzata dall ambiente chimico circostante. L effetto induttivo di un sostituente elettron-attrattore puo aumentare la costante di forza del legame, portando a un innalzamento del numero d onda. Al contrario, l effetto mesomerico o di risonanza, delocalizzando gli elettroni, aumenta la distanza di legame e riduce la forza del legame stesso, comportando uno spostamento del segnale verso numeri d onda inferiori.
Analisi dei Principali Gruppi Funzionali
L utilita principale della spettroscopia IR risiede nel riconoscimento dei gruppi funzionali attraverso bande caratteristiche:
- Alcoli e Fenoli: presentano una banda intensa e larga tra 3600 e 3200 cm-1 dovuta allo stretching del legame O-H influenzato dai legami a idrogeno.
- Carbonili (C=O): mostrano un picco molto acuto e intenso intorno a 1700 cm-1. Questo segnale varia leggermente tra aldeidi, chetoni, esteri e acidi carbossilici.
- Acidi Carbossilici: sono caratterizzati da una banda estremamente ampia (3300-2500 cm-1) causata dalla formazione di dimeri stabili tramite legami a idrogeno.
- Aldeidi: oltre al segnale C=O, presentano due picchi caratteristici dello stretching C-H aldeidico intorno a 2800-2700 cm-1.
Interpretazione dello Spettro: Zona dei Gruppi Funzionali e Impronta Digitale
Lo spettro IR si divide idealmente in due zone. La regione sopra i 1500 cm-1 e detta zona dei gruppi funzionali, dove cadono gli stretching piu diagnostici (O-H, N-H, C=O, C=C). La regione sotto i 1500 cm-1 e chiamata impronta digitale (fingerprint): essa contiene una serie complessa di segnali di bending e stretching del sistema molecolare che, come un impronta digitale, e univoca per ogni specifica molecola, permettendone l identificazione per confronto con spettri tabulati.
Questo è solo un breve riassunto di ogni argomento, definizione e dimostrazione presente nel file sottostante. Tutti gli argomenti trattati sono appunti delle lezioni di Organica II (A.A. 2023/2024). Per la stesura di questi appunti è stato utilizzato anche il libro “Chimica Organica di Brown, Iverson, Anslyn e Foote”, “Chimica Fisica un approccio molecolare di D. McQuarrie e J. D. Simon” e “Chimica Analitica Strumentale di Skoog, Holler e Crouch”.
