Ep 05 — Grupos funcionales y frecuencias de absorción características (Parte 1): C=O, O-H, N-H

Serie: Enciclopedia de espectroscopia infrarroja: de la teoría a la práctica
Capítulo: Primera parte · Introducción — El código de la luz
Audiencia: Estudiantes de secundaria, universitarios de grado, principiantes en química/materiales/farmacia
Conocimientos previos: Ep 04 (Cómo leer un espectro infrarrojo)
Tiempo de lectura: Aprox. 22 minutos

Introducción: Las "tres estrellas" de la espectroscopia IR

En el escenario del espectro infrarrojo de 4000–400 cm⁻¹, hay tres grupos funcionales que son los más "deslumbrantes" — picos intensos, posiciones estables y de altísimo valor diagnóstico, aparecen en casi todos los capítulos de análisis espectral de los libros de texto de química orgánica [1][2]:

• C=O carbonilo (~1700 cm⁻¹): el pico más "dominante" del IR, fuerte y agudo
• O-H hidroxilo (3200–3600 cm⁻​1): el pico más "ancho", tan ancho que es difícil ignorarlo
• N-H amino (3300–3500 cm⁻¹): el pico más "desdoblado", los pares de amina primaria son únicos

Hoy desglosamos uno por uno las frecuencias características, las reglas de forma de pico y los factores que influyen en estos "tres grupos funcionales estrella". Dominarlos te permitirá resolver la mayoría de los problemas de interpretación espectral.

1. C=O Carbonilo: El "Rey" de la espectroscopia IR

1.1 ¿Por qué el pico C=O es tan fuerte?

La vibración de tensión del carbonilo (C=O) aparece en la región de 1650–1850 cm⁻¹ y es uno de los picos más fuertes y más fáciles de identificar en el infrarrojo [1][3].

"La aparición de un pico fuerte y relativamente agudo en la región de 1650–1750 cm⁻¹ sugiere fuertemente la presencia de un grupo carbonilo; aún debe confirmarse mediante la forma del pico, el desplazamiento por puente de hidrógeno y la zona de huellas dactilares."
— LibreTexts Química Orgánica [1]

¿Por qué es tan fuerte? Porque el enlace C=O es un enlace fuertemente polar (electronegatividad del oxígeno 3.5, carbono 2.5), la variación del momento dipolar durante la vibración es grande, la probabilidad de transición es alta y la intensidad de absorción es grande [2][3]. Recordando la regla de selección del Ep 03: cuanto mayor es la variación del momento dipolar → más fuerte es el pico infrarrojo.

🔗 Verificación profunda: Datos completos de las posiciones de los picos del grupo carbonilo, fuentes bibliográficas y razones de asignación, ver ftir.fun página del grupo carbonilo. ¿Quieres saber qué grupos funcionales están cerca de 1700 cm⁻¹? Visita ftir.fun página de pico 1700.

1.2 "Árbol genealógico" del carbonilo: Método mnemotécnico CORN

Las frecuencias de tensión C=O de diferentes derivados de carbonilo varían de manera regular. El libro de texto de Química Orgánica de Pearson proporciona una regla mnemotécnica excelente — CORN [2]:

Tabla 1: Método CORN — Regla mnemotécnica aproximada de frecuencias de carbonilo de mayor a menor (Fuente: Pearson [2], LibreTexts [3]). Nota: La regla agrupa ácido carboxílico/éster en ~1750 para facilitar la memorización; el dímero de ácido carboxílico en realidad está a ~1710, y el éster a ~1735, ver tabla detallada a continuación, no equiparar mecánicamente con la regla.

Una tabla de frecuencias más detallada a continuación [3][4][5]:

Tabla 2: Frecuencias de tensión C=O de varios compuestos carbonílicos (Fuente: LibreTexts [3], apuntes de la Universidad Heriot-Watt [4], Fiveable [5])

📷 Figura 1: Tendencia decreciente de la frecuencia C=O desde cloruro de acilo hasta amida
Fuente: Apuntes de química orgánica de la Universidad Heriot-Watt [4]
http://www.che.hw.ac.uk/teach…

1.3 ¿Por qué varían las frecuencias? — Efecto inductivo vs. efecto de conjugación

La clave para entender la variación de la frecuencia C=O son dos efectos electrónicos opuestos [3][4][6]:

① Efecto inductivo (efecto -I) → Aumento de frecuencia

Los grupos atractores de electrones (como Cl, F, OR) atraen la nube electrónica del carbono carbonílico mediante efecto inductivo, aumentando el carácter de doble enlace del C=O, acortando la longitud del enlace, aumentando la constante de fuerza k → aumento de frecuencia [3][4][6].

       O                O                O
       ‖                ‖                ‖
   Cl—C—CH₃        CH₃—O—C—CH₃      CH₃—C—CH₃
   Cloruro 1810      Éster 1735       Cetona 1715

   Cl fuerte atracción →    O débil atracción →     Sin grupo atractor
   k grande, alta frecuencia    k media               k pequeña, baja frecuencia

"Los grupos atractores de electrones aumentan el número de onda de absorción de los grupos vecinos, mientras que los grupos donantes lo disminuyen. Cuanto más fuerte es la capacidad atractora, mayor es el aumento."
— Resumen de frecuencias características en infrarrojo de CSDN [6]

② Efecto de conjugación (efecto +M) → Disminución de frecuencia

Los pares solitarios de los grupos donantes de electrones (como -NR₂, -OR) pueden inyectarse en el orbital π* del C=O mediante conjugación (resonancia), dando al enlace C=O un carácter parcial de enlace simple, aumentando la longitud del enlace y disminuyendo la constante de fuerza → disminución de frecuencia [3][4].

       O                 O⁻                 O⁻
       ‖                 |                  |
   R—N—C—R'   ←→    R—N⁺=C—R'   ←→    R—N=C—R'
       |                                      |
      (conjugación)       (C=O se vuelve C-O)        (forma resonante límite)

   El par solitario de N se inyecta en C=O → el carácter de doble enlace C=O disminuye → disminución de frecuencia

La amida es el ejemplo más destacado de efecto de conjugación: el par solitario de N se conjuga fuertemente con C=O, reduciendo la frecuencia C=O de 1715 en cetonas a 1650 [3][4].

"Tira y afloja" entre los dos efectos [4]:

| Cetona -R | sin | sin | — | 1715 (referencia) |
| Amida -NR₂ | débil -I | fuerte +M | dominancia conjugativa | 1650 (mínimo) |

Tabla 3: "Tira y afloja" del efecto inductivo y el efecto conjugativo sobre la frecuencia C=O (fuente: apuntes de Heriot-Watt [4])

1.4 Otros factores que afectan la frecuencia del carbonilo

① Efecto conjugativo (con C=C o anillo aromático) [2][4]

Cuando C=O se conjuga con C=C o un anillo de benceno, la frecuencia disminuye 20–40 cm⁻¹ [2].

• Acetona (no conjugada): 1715 cm⁻¹
• 3-Buten-2-ona (cetona α,β-insaturada): 1685 cm⁻¹
• Acetofenona (conjugada con anillo de benceno): 1685–1690 cm⁻¹

Los apuntes de la Universidad Heriot-Watt comparan 4-pentenal vs 2-pentenal [4]:

Tabla 4: Efecto de la conjugación en las frecuencias C=O y C=C (fuente: apuntes de Heriot-Watt [4])

② Tensión de anillo (Ring Strain) [3][4]

La frecuencia C=O de las cetonas cíclicas aumenta a medida que el anillo se vuelve más pequeño (mayor tensión) [3][4]:

• Ciclohexanona (anillo de 6 miembros): 1715 cm⁻¹ (igual que cadena abierta)
• Ciclopentanona (anillo de 5 miembros): 1745 cm⁻¹
• Ciclobutanona (anillo de 4 miembros): 1780 cm⁻¹
• Ciclopropanona (anillo de 3 miembros): ~1810 cm⁻¹

El libro de texto de Pearson llama a estos enlaces curvos en anillos pequeños "enlaces banana" (banana bond), debido a que su geometría especial provoca un aumento en la constante de fuerza del enlace C=O [2].

③ Enlace de hidrógeno [4][7]

El enlace de hidrógeno intermolecular o intramolecular disminuye la frecuencia C=O (generalmente 10–20 cm⁻¹). El dímero de ácido carboxílico es un ejemplo típico [7]:

• Monómero de ácido carboxílico libre: ~1760 cm⁻¹
• Dímero con enlace de hidrógeno: ~1710 cm⁻¹ (disminución de aproximadamente 50 cm⁻¹)

1.5 "Huella dactilar" de los aldehídos: doblete C-H de aldehído

Los aldehídos (RCHO), además de la tensión C=O, tienen una característica única: la tensión C-H del grupo aldehído aparece como dos picos débiles cerca de 2720 y 2820 cm⁻¹ [2][4][8].

        O
        ‖
    R—C—H    →    tensión C=O ~1730 cm⁻¹
                 tensión C-H de aldehído ~2820 + ~2720 cm⁻¹ (doblete)

Estos dos picos se deben a la resonancia de Fermi entre la tensión C-H y el sobretono de la flexión C-H [8]. Dado que el C-H alquílico normal está entre 2850–2960 cm⁻¹ y no se extiende hasta 2720, el pico a 2720 cm⁻¹ es el "estándar de oro" para identificar el grupo aldehído [4].

💡 Distinción rápida entre aldehído y cetona: busque 2720 cm⁻¹ — pico débil = aldehído; sin pico = cetona.

🔗 Verificación en profundidad: datos detallados de picos del grupo aldehído, consulte página de grupo funcional aldehído en ftir.fun.

2. O-H hidroxilo: el pico más "ancho"

2.1 Rango de frecuencia de la tensión O-H

La tensión O-H aparece en un amplio intervalo de 3650–2500 cm⁻¹, dependiendo del estado de enlace de hidrógeno [7][9][10]:

Tabla 5: Frecuencia de tensión O-H y estado de enlace de hidrógeno (fuente: apuntes de Heriot-Watt [7], tabla IR de Sigma-Aldrich [9])

2.2 ¿Por qué el enlace de hidrógeno ensancha el pico?

Los apuntes de la Universidad Heriot-Watt lo explican claramente [7]:

"El enlace de hidrógeno hace que el enlace O-H sea 'más fácil de estirar', por lo que la absorción ocurre a un número de onda más bajo (ley de Hooke). El pico de tensión O-H con enlace de hidrógeno es más ancho porque la fuerza del enlace de hidrógeno varía."

En concreto [7][10]:

• O-H libre (solución diluida, disolvente no polar): todos los enlaces O-H en el mismo entorno → pico agudo y estrecho a ~3600 cm⁻¹
• O-H con enlace de H (solución concentrada/líquido puro): cada molécula de O-H se encuentra en una red de enlaces de hidrógeno de diferente fuerza → la frecuencia de absorción se distribuye continuamente en un rango → pico ancho a 3200–3550 cm⁻¹

📷 Figura 2: Comparación de la forma del pico O-H del mismo alcohol aromático en tres estados: (a) solución concentrada, (b) solución diluida, (c) ácido carboxílico
Fuente: Apuntes de química orgánica de la Universidad Heriot-Watt [7]
http://www.che.hw.ac.uk/teach…

2.3 Alcohol vs ácido carboxílico: ¿cómo distinguirlos?

Este es un punto de examen frecuente. Tanto LibreTexts como Heriot-Watt enfatizan [7][10]:

Tabla 6: Diferencias entre O-H de alcohol y ácido carboxílico (fuente: LibreTexts [10], Heriot-Watt [7])

La descripción de LibreTexts es particularmente vívida [10]:

"En el espectro del ácido octanoico, vemos una banda de absorción baja y ancha que se parece al pico de un alcohol, pero está ligeramente desplazada hacia la derecha (longitud de onda larga) y se superpone en cierta medida con la región C-H. Esta es la característica de la tensión O-H del ácido carboxílico."

Criterio clave: si el pico O-H es tan ancho que cubre los picos C-H cerca de 3000 cm⁻¹ y además hay un pico C=O a ~1710 cm⁻¹ → ácido carboxílico [7][10].

🔗 Verificación en profundidad: datos detallados del grupo hidroxilo en página de grupo funcional hidroxilo de ftir.fun; características generales del ácido carboxílico en página de grupo funcional carboxilo de ftir.fun.

2.4 El "vecino" del O-H: interferencia del agua

Durante la medición, hay que tener en cuenta [10]:

• El agua tiene absorciones a 3400 cm⁻¹ (tensión O-H) y 1640 cm⁻¹ (flexión H-O-H)
• La pastilla de KBr higroscópica puede mostrar un pico de agua a 3400 cm⁻¹
• Método de distinción: busque el pico de flexión H-O-H a 1640 cm⁻¹ — si está presente, se confirma agua

3. N-H amino: el pico más "dividido"

3.1 "Regla N-H" para aminas primarias, secundarias y terciarias

La tensión N-H aparece entre 3300–3500 cm⁻¹, en la misma región que O-H, pero con una diferencia fundamental: los picos N-H son más agudos y débiles que O-H [8][11][12].

La regla de discriminación más clásica [8][11][12]:

Tabla 7: Reglas de discriminación de picos N-H por tipo de amina (Fuente de datos: JoVE [11], UCalgary [12], Pearson [8])

3.2 Origen del doblete de aminas primarias: Tensión simétrica y antisimétrica

El libro de texto de química analítica de JoVE explica claramente [11]:

"Cuando un grupo poliatómico tiene al menos dos átomos iguales, puede ocurrir tensión simétrica (en fase) o tensión antisimétrica (fuera de fase). Por lo tanto, RNH₂ produce dos picos infrarrojos independientes en 3300–3500 cm⁻¹."

Dos modos de tensión de la amina primaria -NH₂:

   H                H
    \              /
     N    ←→      N      ←→
    /              \
   H                H

  Tensión simétrica     Tensión antisimétrica
  (ambos H simultáneos) (un H entra, otro sale)
  ~3300 cm⁻¹            ~3400 cm⁻¹ (frecuencia más alta)

¿Por qué la tensión antisimétrica suele tener mayor frecuencia? Esto es principalmente resultado de la mecánica de modos normales: la frecuencia propia del modo antisimétrico es a menudo mayor que la del simétrico (diferentes valores propios determinados por la constante de fuerza y la masa reducida). El modo antisimétrico también suele conllevar un mayor cambio en el momento dipolar, por lo que el pico es más intenso — la intensidad y la frecuencia son dos cosas distintas, no deben confundirse [11].

El profesor Ian Hunt de UCalgary proporciona ejemplos de espectros reales [12]:

• n-propilamina (amina primaria): doblete claro cerca de 3500 cm⁻¹
• dipropilamina (amina secundaria): pico único cerca de 3500 cm⁻¹ (más ancho)
• tripropilamina (amina terciaria): sin pico cerca de 3500 cm⁻¹

📷 Figura 3: Espectros comparativos de la región N-H de aminas primaria, secundaria y terciaria
Fuente: Curso de química orgánica del profesor Ian Hunt, UCalgary [12]
https://www.chem.ucalgary.ca/…

3.3 N-H de amidas: Amida I y Amida II

Las amidas (RCONH₂) contienen tanto C=O como N-H, y su espectro es más complejo que el de las aminas simples [3][13]:

Amida primaria (RCONH₂) [3][13]:

• Tensión N-H: ~3350 (antisimétrica) + ~3180 (simétrica) cm⁻¹ (doblete)
• Banda Amida I: ~1650 cm⁻¹ (principalmente tensión C=O + algo de tensión C-N)
• Banda Amida II: ~1600 cm⁻¹ (acoplamiento de flexión N-H y tensión C-N)

Amida secundaria (RCONHR') [3][13]:

• Tensión N-H: ~3300 cm⁻¹ (pico único)
• Banda Amida I: ~1640 cm⁻¹
• Banda Amida II: ~1550 cm⁻¹

Amida terciaria (RCONR'₂) [3]:

• Sin pico N-H
• Banda Amida I: ~1630 cm⁻¹ (la más baja)

📷 Figura 4: Espectro completo de una amida primaria (propionamida), con las bandas Amida I/II y el doblete N-H marcados
Fuente: Profesor Ian Hunt, UCalgary [12]
https://www.chem.ucalgary.ca/…

La guía técnica de BenchChem proporciona un árbol de decisión práctico para distinguir aminas de amidas [13]:

                  Muestra desconocida
                     │
        ┌────────────┴────────────┐
   ¿Pico fuerte en 1690-1630 cm⁻¹?    
        │ Banda Amida I              │ Sin C=O
        ▼                             ▼
      Amida                         Amina
        │                             │
   ¿N-H en 3500-3100 cm⁻¹?        ¿N-H en 3500-3100 cm⁻¹?
   Doblete → amida primaria        Doblete → amina primaria
   Pico único → amida secundaria   Pico único → amina secundaria
   Sin pico → amida terciaria      Sin pico → amina terciaria

Figura 5: Árbol de decisión para distinguir aminas y amidas (Fuente: Guía técnica de BenchChem [13])

🔗 Verificación en profundidad: Datos de aminas en página de grupo funcional amina de ftir.fun; datos de amidas en página de grupo funcional amida de ftir.fun.

3.4 N-H vs O-H: ¿Cómo distinguir?

Dado que N-H y O-H aparecen ambos en 3300–3500 cm⁻¹, es necesario distinguirlos cuidadosamente [8][12]:

Tabla 8: Puntos clave para distinguir O-H y N-H (Fuente de datos: Pearson [8], UCalgary [12])

IV. Ejemplos de espectros típicos

4.1 Acetona (cetona clásica)

Características de la acetona en la biblioteca de espectros de UCalgary [12]:

• 1715 cm⁻¹: Pico fuerte de C=O (frecuencia "de libro" de las cetonas)
• ~3000 cm⁻¹: Tensión CH₃
• Sin picos O-H, N-H

4.2 Acetato de etilo (éster)

• 1746 cm⁻¹: Tensión C=O (~30 cm⁻¹ más alta que la cetona, debido al efecto inductivo del O)
• ~1240 + ~1050 cm⁻¹: Doblete C-O-C (asimétrica + simétrica)
• Sin picos O-H, N-H

🔗 Verificación en profundidad: Datos detallados de ésteres en página de grupo funcional éster de ftir.fun.

4.3 Ácido acético (ácido carboxílico)

Características comunes en LibreTexts y UCalgary [10][12]:

• 1710 cm⁻¹: Tensión C=O (dímero)
• 2500–3300 cm⁻¹: Tensión O-H extremadamente ancha (cubre la región C-H)
• ~2655, ~2560 cm⁻¹: Pequeños picos característicos del dímero [10]

4.4 Benzamida (amida primaria)

• ~1650 cm⁻¹: Banda Amida I (C=O, frecuencia baja debido a conjugación + conjugación con N)
• ~1600 cm⁻¹: Banda Amida II (flexión N-H)
• ~3350 + ~3180 cm⁻¹: Doblete N-H (característico de amida primaria)
• ~1600, ~1500 cm⁻¹: Esqueleto C=C de anillo aromático

V. Resumen de esta sección: Tabla rápida de tres grupos funcionales principales

| N-H (amina primaria) | ~3400 + ~3300 | Agudo | Medio | Doble pico |
| N-H (amina secundaria) | ~3300 | Agudo | Medio | Pico único |
| N-H (amina terciaria) | — | — | — | Sin pico |

Tabla 9: Tabla de referencia rápida de tres grupos funcionales (compilado de [1][2][3][7][8][12])

Preguntas de reflexión

1. ¿Por qué el C=O de los ésteres suele estar más alto que el de las cetonas, mientras que el de las amidas suele estar más bajo?
2. ¿Cómo distinguir entre un alcohol y un ácido carboxílico usando la forma del pico O–H y si está acompañado por ~1710 cm⁻¹?
3. ¿Cuál es la diferencia en el número de picos entre aminas primarias, secundarias y terciarias en 3300–3500 cm⁻¹? ¿Cuál es la razón?
4. Encuentra un intervalo de frecuencia característico consistente con esta lección en la página de carbonilos de ftir.fun y en la página de hidroxilos.

Referencias

[1] LibreTexts. 15.3: Interpreting IR Spectra. Organic Chemistry. https://chem.libretexts.org/@…

[2] Pearson. Infrared Spectroscopy Table. Organic Chemistry. https://www.pearson.com/chann…

[3] LibreTexts. 10.11: Spectroscopy of Carboxylic Acid Derivatives. https://chem.libretexts.org/@…

[4] Heriot-Watt University. Help for carbonyl compounds: The C=O stretch. http://www.che.hw.ac.uk/teach…

[5] Fiveable. 21.10 Spectroscopy of Carboxylic Acid Derivatives. https://fiveable.me/organic-c…

[6] CSDN. 红外光谱中特征官能团的振动频率. 2023. https://blog.csdn.net/allenkx…

[7] Heriot-Watt University. Help for alcohols: The O-H stretch. http://www.che.hw.ac.uk/teach…

[8] Pearson. IR Spect: Drawing Spectra. Organic Chemistry. https://www.pearson.com/chann…

[9] Sigma-Aldrich. IR Spectrum Table & Chart. https://www.sigmaaldrich.com/…

[10] LibreTexts. 19.3: Spectroscopy and Mass Spectrometry of Carboxylic Acids. https://chem.libretexts.org/@…

[11] JoVE. IR Spectrum Peak Splitting: Symmetric vs Asymmetric Vibrations. Analytical Chemistry Ch. 13.15. https://www.jove.com/science-…

[12] Hunt I. Chapter 13: Spectroscopy - Sample IR Spectra. University of Calgary. https://www.chem.ucalgary.ca/…

[13] BenchChem. FTIR Spectrum Analysis: Distinguishing Amide and Amine Functional Groups. 2026. https://pdf.benchchem.com/315…

Avance del próximo episodio: Ep 06 — Grupos funcionales y frecuencias de absorción características (parte 2): C-H, C≡N, C-O-C, etc. Continuaremos conociendo las frecuencias características de tensión C-H (saturado/insaturado/aromático), triple enlace (C≡C, C≡N), enlace éter (C-O-C), nitro (NO₂) y enlace halógeno (C-X).