Cara membaca spektrum NMR dari asas (anjakan kimia, nisbah integrasi, gandingan)

Lajur ini menyediakan penerangan yang mudah difahami tentang perkara yang boleh kita pelajari daripada spektrum NMR (anjakan kimia, nisbah integrasi, gandingan)

Apa yang boleh kita pelajari daripada spektrum NMR

Terdapat tiga perkara utama yang boleh kita pelajari daripada spektrum NMR.
Yang pertama ialah maklumat tentang paksi mendatar, dipanggil anjakan kimia. Paksi mendatar mengandungi maklumat tentang jenis kumpulan berfungsi dan konformasi molekul. Dari kedudukan di mana spektrum muncul (nilai berangka pada paksi mendatar), adalah mungkin untuk meramalkan jenis kumpulan berfungsi dan konformasi molekul yang terkandung dalam molekul yang akan diukur.
Yang kedua ialah nisbah integrasi (nisbah kawasan isyarat). Dengan membandingkan nilai kamiran setiap isyarat, adalah mungkin untuk membandingkan bilangan kumpulan berfungsi yang terkandung dalam molekul dan untuk mendapatkan maklumat mengenai nisbah pencampuran sampel campuran yang terdiri daripada berbilang molekul.
Yang ketiga ialah pemisahan isyarat yang dipanggil gandingan. Isyarat berpecah kerana pengaruh putaran nuklear lain yang wujud berhampiran putaran nuklear yang diminati. Rajah 1 menunjukkan ¹H NMR spektrum etanol. Isyarat kumpulan metil dan metilena menunjukkan bahawa isyarat itu bukan isyarat tunggal, tetapi dibahagikan kepada beberapa isyarat. Memandangkan corak pemisahan isyarat bergantung pada bilangan dan jenis putaran nuklear lain yang wujud berdekatan, adalah mungkin untuk meramalkan pengganti yang terkandung dalam sistem daripada corak pemisahan.

Sebab menyebabkan perbezaan paksi mendatar (anjakan kimia)

Contoh jadual anjakan kimia bagi ¹H

Rajah 3 menunjukkan gambar rajah korelasi kumpulan berfungsi biasa dan ¹Kedudukan isyarat HNMR. Dalam spektrum NMR, bahagian kanan biasanya dipanggil sebagai bahagian medan tinggi dan bahagian kiri sebagai bahagian medan rendah. Isyarat yang muncul pada 0 ppm adalah isyarat bahan rujukan TMS (tetramethylsilane). Nilai anjakan kimia ialah nilai berangka yang mewakili anjakan daripada isyarat lain) Jadi, adalah perlu untuk menentukur titik rujukan dengan bahan rujukan seperti TMS dll. ¹Isyarat H daripada rantai alkil, seperti metil, metilena, dan metin, sering muncul berhampiran 1 ppm. Dan seperti yang disebutkan di atas, ¹Isyarat H berhampiran alkohol dan kumpulan eter dengan atom oksigen jiran dan ¹Isyarat H yang diperoleh daripada kumpulan amino dengan atom nitrogen jiran dikesan berhampiran 3ppm hingga 4ppm.
Isyarat yang muncul berhampiran 5 ppm adalah terbitan alkena ¹isyarat H. Tambahan pula, ¹Isyarat H yang diperoleh daripada cincin aromatik diperhatikan sekitar 7 ppm, dan isyarat yang diperoleh daripada kumpulan formil seperti aldehid muncul sekitar 9 ppm. Isyarat yang diperoleh daripada kumpulan karboksil dan fenol muncul sekitar 11 ppm. Kedudukan di mana isyarat muncul membolehkan ramalan kasar jenis kumpulan berfungsi.

Apabila melakukan analisis struktur menggunakan NMR, sila berhati-hati terhadap pertukaran air yang berat sekiranya kumpulan OH atau COH dimasukkan.
Dalam larutan NMR, sampel dilarutkan dalam pelarut berat untuk pengukuran. Jika pelarut yang akan digunakan ialah air berat atau metanol berat, pertukaran air berat berlaku antara D(²H) dalam molekul pelarut dan ¹H dalam kumpulan OH atau COH, dan ¹Isyarat H daripada kumpulan OH atau COH mungkin tidak diperhatikan.

Nisbah integrasi

Berikut adalah pengenalan ringkas kepada penggunaan nisbah integrasi. Rajah 4 menunjukkan formula struktur benzil asetat dan ¹Spektrum H. Melihat struktur molekul benzil asetat, kita boleh meneka itu ¹Isyarat H akan diperhatikan dalam tiga kawasan yang berkaitan dengan CH₃ kumpulan, CH₂ kumpulan, dan kumpulan aromatik.
Tambahan pula, melihat lebih dekat mendedahkan bahawa benzil asetat mempunyai tiga ¹Hs berasal daripada CH₃, dua ¹Hs berasal daripada CH₂, dan lima ¹Hs terhasil daripada satu CH aromatik yang digantikan. Nisbah penyepaduan bagi setiap isyarat dikira sebagai CH₃:CH₂:CH = 3:2:5, yang menunjukkan bahawa nilai yang diramalkan daripada struktur dan nilai yang diukur sebenar bertepatan.
Ia juga boleh dilihat bahawa CH₃ dialihkan ke kiri dari kawasan di mana ¹Isyarat H diperolehi daripada CH₃ sering diperhatikan (sekitar 1 ppm) disebabkan oleh pengaruh atom O jiran.
Contoh penggunaan nisbah integrasi dalam sampel campuran termasuk yang berikut

• Penilaian kuantitatif relatif melalui perbandingan nilai integrasi setiap komponen
• Penilaian kuantitatif mutlak menggunakan bahan piawai yang diketahui ketulenan (q-NMR)
• Pengiraan kadar tindak balas dengan perbandingan nilai kamiran sebelum dan selepas tindak balas

Dalam kedua-dua contoh, adalah penting untuk mencari isyarat yang khusus untuk setiap komponen dan yang boleh disepadukan dengan betul (iaitu, tidak bertindih dengan isyarat lain).

Pemalar Gandingan Gandingan dan Putaran-Putaran "J"

Akhirnya, kami memperkenalkan gandingan. Gandingan merujuk kepada interaksi antara putaran nuklear kepentingan dan satu lagi putaran nuklear jiran. Dalam ukuran 1D bagi ¹H NMR, interaksi, "gandingan" berlaku apabila putaran nuklear berada berdekatan antara satu sama lain dan mendorong pemisahan isyarat NMR. Unit lebar pemisahan gandingan putaran dinyatakan dalam Hz. Nombor ini dipanggil pemalar gandingan putaran atau pemalar gandingan J (nilai-j).

Ia juga diketahui bahawa lebar pemisahan mempunyai nilai j yang sama apabila digabungkan antara satu sama lain. Dalam sebatian dalam Rajah 5, Ha dan Hx digandingkan, jadi lebar belahan kedua-dua Ha dan Hx mempunyai nilai yang sama, 6hz. Oleh itu, apabila puncak pecahan diperhatikan, maklumat nilai-j boleh digunakan untuk menentukan isyarat yang digandingkan.

Corak pemisahan kerana gandingan

Mari kita terangkan lebih sedikit tentang corak pemisahan yang disebabkan oleh gandingan. Isyarat tidak berpecah dipanggil singlet, dilambangkan dengan simbol "s"; isyarat dua bahagi ialah doublet, dilambangkan dengan simbol "d"; isyarat tiga bahagian ialah triplet, dilambangkan dengan simbol "t"; triplet mempunyai nisbah kekuatan isyarat 1:2:1, : Isyarat yang terbahagi kepada empat ialah kuartet, dilambangkan dengan simbol "q." Nisbah kekuatan isyarat untuk kuartet ialah 1:3:3:1. Isyarat dengan lima atau lebih segmen ialah gandaan, ditunjukkan dengan simbol "m".
Menggunakan ¹H NMR spektrum etanol sebagai contoh, kami akan menerangkan pemisahan ¹isyarat H. Memberi tumpuan kepada isyarat yang diperolehi daripada CH₃ kumpulan sekitar 1ppm, bilangan ¹H berhampiran CH₃ kumpulan ialah 2 (digandingkan dengan CH₂ kumpulan), jadi ia berpecah kepada 2+1=3.
Melihat kepada isyarat yang diperolehi daripada CH₂ kumpulan sekitar 3.5 ppm, bilangan ¹H berhampiran CH₂ kumpulan ialah 3 (digandingkan dengan CH₃ kumpulan), yang berpecah kepada 3+1=4.
Kerana isyarat OH sekitar 5ppm tidak digandingkan dengan yang berhampiran ¹H, ia tidak berpecah dan berada dalam keadaan singlet. Pada asasnya, kita dapat melihat bahawa isyarat berpecah kepada "n+1", "n" bermaksud bilangan putaran nukleus yang berada di sekeliling putaran nuklear yang diminati.

Produk