O–H e N–H in IR: alcoli, acidi, ammine e ammidi

La parte sinistra di uno spettro IR, sopra i 3000 cm⁻¹, è il regno dei legami con l’idrogeno: O–H e N–H. Qui si distinguono alcoli, acidi, ammine e ammidi — ma solo se si sa leggere non tanto la posizione, quanto la forma e la larghezza delle bande, che il legame a idrogeno modella in modo caratteristico.

Vediamo come si presentano le bande O–H e N–H, perché il legame a idrogeno le allarga e come distinguere alcoli, acidi e ammine in questa regione.

La regione 3700–2400 cm⁻¹

Sopra circa 3200 cm⁻¹ assorbono gli stiramenti dei legami O–H e N–H. È una zona diagnostica fondamentale: la presenza, la forma e la larghezza delle bande qui rivelano subito se la molecola contiene gruppi ossidrilici, amminici o ammidici. La chiave di lettura non è solo la posizione, ma soprattutto l’aspetto della banda.

Perché il legame a idrogeno allarga le bande

Un gruppo O–H o N–H isolato darebbe una banda stretta. Ma nelle sostanze reali questi gruppi formano legami a idrogeno tra molecole, e i legami a idrogeno hanno forze leggermente diverse a seconda di quanto sono «tesi». Il risultato è che la stessa banda compare a numeri d’onda lievemente diversi per molecole diverse, e la somma di tutti questi contributi è una banda larga. Più forte e diffuso è il legame a idrogeno, più larga è la banda: ecco perché l’O–H di un acido carbossilico, che forma dimeri con due legami a idrogeno fortissimi, dà la banda più larga di tutto lo spettro.

O–H libero ~3650 cm⁻¹  →  con legame a idrogeno: banda larga a 3200–3550 cm⁻¹

Distinguere alcoli, acidi e ammine

Le tre situazioni più comuni si riconoscono dalla forma:

L’O–H dell’acqua e dell’umidità

Una nota pratica: l’acqua assorbita o l’umidità nel campione danno una banda O–H larga intorno a 3400 cm⁻¹, che può confondere. Per questo i campioni vanno essiccati e si lavora con accessori che minimizzano l’umidità. Allo stesso modo, una piccola banda O–H può comparire per tracce d’acqua anche in composti che non contengono ossidrili: occorre distinguere un O–H «vero» del composto da un artefatto dovuto all’umidità, valutando intensità e contesto.

Mettere insieme gli indizi

La regione O–H/N–H va sempre letta insieme al resto dello spettro. Una banda larga a 3300 più un forte carbonile a 1710 e una banda O–H estesa fino a 2500 = acido carbossilico. Una o due punte a 3300–3400 più un carbonile a 1650 = ammide. Punte a 3300–3500 senza carbonile = ammina. Una collina larga a 3300 senza carbonile, ma con forti C–O a 1050 = alcol. La regione X–H pone la domanda; il resto dello spettro dà la conferma.

Perché conta nella pratica

Riconoscere alcoli, acidi e ammine dalla regione O–H/N–H è essenziale per identificare le sostanze e controllarne la qualità: distinguere un alcol da un acido, riconoscere un’ammina o un’ammide, smascherare tracce d’acqua o di umidità in un prodotto. È una lettura rapida che, combinata con la zona del carbonile, permette di classificare la maggior parte dei composti organici comuni. Per chi lavora in un laboratorio analitico o di controllo qualità, padroneggiare questa regione è parte del mestiere quotidiano di interpretare uno spettro IR.

Domande frequenti

Perché la banda O–H è così larga in IR?

Per via dei legami a idrogeno. Le molecole con gruppi O–H si legano tra loro tramite legami a idrogeno di forza leggermente variabile, e ciascuna situazione assorbe a un numero d’onda un po’ diverso: la somma dà una banda larga e arrotondata invece di una punta stretta. Più forte è il legame a idrogeno, più larga è la banda, fino al caso estremo dell’acido carbossilico.

Come distinguo un alcol da un acido carbossilico in IR?

Dalla larghezza dell’O–H e dalla presenza del carbonile. L’alcol dà una banda O–H larga ma «contenuta» (3200–3550) e nessun carbonile; l’acido carbossilico ha un O–H larghissimo che scende fino a 2500 cm⁻¹, sovrapposto ai C–H, più un forte carbonile a ~1710. La combinazione O–H estesissimo + C=O identifica l’acido.

Come capisco se un’ammina è primaria o secondaria?

Contando le bande N–H nella regione 3300–3500 cm⁻¹. Un’ammina primaria (R–NH₂) ha due legami N–H e mostra due bande; una secondaria (R₂NH) ne ha uno solo e mostra una sola banda; una terziaria (R₃N) non ha legami N–H e non assorbe in questa zona. Il numero di punte classifica direttamente l’ammina.

Una banda a 3400 cm⁻¹ è sempre un gruppo O–H?

Non necessariamente: può essere dovuta a tracce d’acqua o umidità nel campione, che assorbono proprio intorno a 3400 cm⁻¹. Per questo i campioni vanno essiccati e l’intensità della banda va valutata nel contesto. Bisogna distinguere un O–H reale del composto da un artefatto da umidità, anche guardando le altre bande coerenti con un gruppo ossidrilico.

Dove assorbe l’N–H di un’ammide?

Tra circa 3200 e 3350 cm⁻¹, con una o due bande a seconda che l’ammide sia secondaria o primaria, accompagnate dal carbonile ammidico a ~1650 cm⁻¹. La combinazione di N–H in questa zona e di un carbonile insolitamente basso (1650 invece di 1710–1735) è la firma caratteristica del gruppo ammidico.