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Come interpretare gli spettri IR

Anche se non esistono gruppi di regole per la interpretazione completa degli spettri infrarossi, si è trovato che possono essere utili alcune linee-guida generali.

1. Cominciare dalla parte sinistra dello spettro e fare un esame preliminare della regione fra 4000 e 1500 cm^-1. In questa regione si osservano tutte le caratteristiche vibrazioni di stretching per i gruppi funzionali più importanti, come l'OH, l'NH, il C=O e il C=C. È da ricordare che l'osservazione mancata di bande di assorbimento in questa zona è di grande importanza, in quanto limita grandemente i tipi di composti che devono essere presi in considerazione per assegnare la struttura del composto di cui si è fatto lo spettro.

2. Laddove è possibile, le assegnazioni di bande fatte in via provvisoria nell'esame preliminare precedente devono essere confermate o elaborate esaminando le altre porzioni dello spettro.

3. Esaminare la regione di stretching del CH attorno ai 3000 cm^-1 per ricavarne informazioni riguardo agli idrogeni legati a carboni insaturi. Se si trovano indicazioni di questo tipo, occorre cercare di stabilire il tipo di insaturazione utilizzando altre informazioni dallo spettro.

4. Esaminare lo spettro fra 1500 e 600 cm^-1, per evidenziare altri gruppi funzionali, quali gli eteri o gli alogeni. Ciò è particolarmente importante se lo stadio non ha rivelato la pre­senza di alcuno dei gruppi funzionali più usuali.

Di seguito sono riportate le frequenze di assorbimento infrarosso caratteristiche dei gruppi funzionali.

Esempi

► Lo spettro del n-esano mostra forti bande di assorbimento a 2900 cm^-1 che sono il risultato dei movimenti di stiramento (stretching) dei legami C-H.  A 1460 cm^-1 abbiamo il bending  del CH₂ e il bending asimmetrico del CH₃, mentre a 1380 cm^-1 si ha la deformazione simmetrica del CH₃.

► Lo spettro infrarosso dell’1-esanolo illustra il caratteristico assorbimento di stretching O-H dell’alcol che forma legami a idrogeno (una forte, larga banda a 3330 cm^-1), e mostra inoltre l’assorbimento C-O a 1060 cm^-1. A poco meno di 3000 cm^-1 cade l’assorbimento di stretching del legane C-H. Si noti  la presenza delle bande a 1378 e a circa 1470 cm^-1 già analizzate in precedenza.

► Lo spettro a raggi infrarossi del dietiletere (CH₃CH₂OCH₂CH₃) non ha nessun assorbimento –OH nella zona 3330 cm^-1, ma ha una forte banda di assorbimento a 1125 cm^-1 caratteristica della vibrazione di stretching C-O.

► Lo spettro infrarosso del butirrato di etile (CH₃CH₂CH₂COOCH₂CH₃) mostra un forte assorbimento nella zona 1730 cm^-1, caratteristica della vibrazione di stretching del legame C=O. Inoltre si nota che tale spettro non ha nessuna banda a 3330 cm^-1 caratteristica dello stretching del legame –OH ma possiede uno stretching di legame C-O a 1180 cm^-1 (analogo a quello del dietiletere).

► Nello spettro IR del metilencicloesano sono evidenti invece gli stretching C-H alchilici a 2900 cm^-1 e gli stretching C-H vinilici a 3100 cm^-1. Il doppio legame C=C assorbe invece a 1650 cm^-1. A 1450 cm^-1 si nota l’assorbimento di bending del legame C-H relativo al -CH₂-, mentre la banda a 1380 (bendino CH₃) è assente.  Gli idrogeni vinilici mostrano delle forti bande di assorbimento bending tra i 700 e 1000 cm^-1.

► Nello spettro dell’acido butirrico è molto evidente l’assorbimento tipico del gruppo carbossilico che si estende da 2500 a 3600 cm^-1. L’assorbimento a 1710 cm^-1 è caratteristico del carbonile.

► Nello spettro del benzene notiamo che la frequenza di stretching del legame C-H cade nell’intervallo tra i 3000 e i 3100 cm^-1. La frequenza di stretching del legame C=C è più bassa nel caso degli aromatici (1500 cm^-1) che non negli alcheni (1650 cm^-1 circa).  Poiché la zona 2000 - 1800 cm^-1 è abbastanza sgombra sono facilmente visibili le cosiddette dita dell’aromatico, costituite da 2, 3 o 4 bande. Le sostanze che contengono un nucleo benzenico danno luogo a tali bande non permesse per simmetria, con Δv superiore a 1. Queste sono bande multiple di altre presenti a 1000 o a 500 e sono relative a vibrazioni di scheletro C-C.

► Nello spettro IR dell’acetofenone bande di assorbimento leggermente superiori e leggermente inferiori ai 3000 cm^-1 sono dovute rispettivamente a stretching C-H aromatici e alifatici. A 1700 cm^-1 si nota l’assorbimento del gruppo C=O. A 1450 e a 1600 cm^-1 si hanno le bande caratteristiche degli areni (si tratta solitamente di due o tre bande in genere affilate di media o forte intensità).

►Nello spettro IR del n-undecanale si ha una banda intensa a 1726 cm^-1 assegnata allo stiramento del gruppo carbonilico appartenente ad una aldeide e un picco stretto a 2714 cm^-1 dovuto allo stretching C-H del gruppo aldeidico.

►Lo spettrometria IR è utile anche nell’identificare la posizione dei sostituenti negli alchil benzeni. Infatti nella regione 1667-2000 cm^-1 si hanno picchi caratteristici a seconda della posizione dei sostituenti.

Di seguito sono riportati gli spettri relativi all’o-xilene, m-xilene e p-xilene. Si notino, come detto in precedenza, le bande presenti tra i valori 1667-2000 cm^-1. Si notino anche le intense bande presenti tra i 690 e 900 cm^-1 dovute al bending fuori dal piano del  legame C-H del composto aromatico.

►Anche nello spettro del m-dietilbenzene è evidente la sostituzione in meta dei gruppi alchilici. Si notino pertanto le bande dello spettro comprese tra  1667-2000 cm^-1.

►La spettrofotometria IR è utile anche nell’identificazione del tipo di doppio legame. In figura sono riportate le bande di assorbimento (bending fuori dal piano) relative a vari tipi di doppi legami.

Nello spettro IR dell’1-ottene è ben evidente la banda a 3079 cm^-1 caratteristica dello stretching C=C. Le bande a 910 e 990 cm^-1 ci indicano la posizione del doppio legame.

►Nello spettro IR del cis 4-ottene tale banda si sposta, come previsto, a 710 cm^-1.

►Nello spettro del trans 4-ottene, tale banda si sposta a 967 cm^-1.