Cvičení z NMR - Biotrend
Transkript
UNIVERZITA PALACKÉHO Přírodovědecká fakulta Cvičení z NMR Tomáš Pospíšil Olomouc 2015 Recenzenti: RNDr. Dalibor Dastych, Dr. Mgr. Václav Mik, Ph.D. Skripta vznikla v rámci realizace projektu OP VK CZ.1.07/2.2.00/28.0184 s názvem „Inovace ve vzdělávání v chemii a biologii s ohledem na aktuální trendy v biomedicinálním výzkumu“. © 2015 Tomáš Pospíšil © 2015 Univerzita Palackého Předmluva Hlavní náplní tohoto textu je poskytnout studentům soubor příkladů na procvičování interpretace NMR spekter. Cílem materiálů je přinést základní informace o NMR, ale především zvětšit představivost studentů o způsobech kombinace jimi vytvořených fragmentů uhlíkových řetězců do molekulových struktur. Základní informace jsou nastíněny jen stručně, proto je pro hlubší obeznámení s NMR spektroskopií nezbytné studium referenční literatury. Všechny NMR spektra uvedené v tomto textu byly změřeny a zpracovány autorem na NMR spektrometru JEOL ECA-500 vybaveném 5 mm sondou ROYAL PROBE. Obsah 1. PRINCIP A ZÁKLADY NMR.................................................................................................................. 5 Jaderný spin....................................................................................................................................... 5 Chování jader v magnetickém poli ....................................................................................................... 5 2. ZÁKLADNÍ PARAMETRY NMR SPEKTER ................................................................................................. 7 Chemický posun ................................................................................................................................. 7 Spin-spinová interakce – Multiplicita signálu a Interakční (štěpící) konstanta ........................................ 10 Integrační intenzita signálu a počet signálů ........................................................................................ 12 13 NMR uhlíku C ................................................................................................................................ 14 3. INTERPRETACE SPEKTER ................................................................................................................... 18 4. JAK ZAPISOVAT NMR SPEKTRA ......................................................................................................... 20 5. PŘÍKLADY K ŘEŠENÍ ......................................................................................................................... 21 6. ŘEŠENÍ ......................................................................................................................................... 76 7. POUŽITÁ A DOPORUČENÁ LITERATURA ............................................................................................... 81 1. Princip a základy NMR Nukleární magnetická rezonance (NMR) je v dnešní době jedna z nejčastěji používaných spektroskopických metod sloužících k určení struktury nejenom organických, ale i anorganických molekul. Principem metody je sledování interakce magneticky aktivních jader (jader atomů s nenulovým jaderným spinem) umístěných v silném magnetickém poli s radiofrekvenčním elektromagnetickým zářením. Jaderný spin Jádra se sudým počet protonů a neutronů mají nulový jaderný spin I = 0. Tato jádra nemají jaderný magnetický moment a nejsou pozorovatelná pomocí NMR spektrometrie (126C, 168O). Jádra s lichým nukleonovým číslem (součet protonů a neutronů) mají poločíselná spinová kvantová čísla (I = 1/2, 3/2, 5/2 ...) a jádra se sudým nukleonovým číslem a lichým počtem protonů mají celočíselná spinová kvantová čísla (I = 1, 2, 3 ...). Všechna tato jádra jsou měřitelná pomocí NMR. Vzhledem k tomu, že jádra se spinem I > 1/2, mají vedle magnetického momentu i kvadrupólový moment a jsou velmi často obtížně měřitelná, využívají se k měření nejčastěji isotopy se spinovým číslem 1/2. (Příklady jader s nenulovým spinem: I = 1/2 - 1H, 13C, 15N, 31P a I = 1 - 147N). Chování jader v magnetickém poli Jádra s nenulovým spinem mají vlastní magnetický moment µ: Jaderné spiny (jádra s I = 1/2) jsou v nepřítomnosti vnějšího magnetického pole orientovány v prostoru nahodile. Po vložení vzorku do silného magnetického pole se jaderné spiny orientují buď ve směru magnetického pole či proti němu (Obrázek 1). Obrázek 1: Orientace spinů v prostoru a) v nepřítomnosti vnějšího magnetického pole, b) po vložení do magnetického pole B0 5 Tyto dvě orientace nemají stejnou energii, a proto nemají stejné zastoupení. Paralelní stav (ve směru magnetického pole) má nepatrně nižší energii, a tudíž je výhodnější než stav antiparalelní (Obrázek 2). Obrázek 2: Schéma orientace jaderných spinů po vložení ho magnetického pole. Velikost energetického rozdílu těchto dvou stavů závisí na velikosti indukce vnějšího magnetického pole. ΔE = hν0 = hγB0 /2π B0 – je indukce vnějšího magnetického pole, h je Planckova konstanta, γ je gyromagnetická konstanta a ν0 je Larmorova frekvence. Gyromagnetická konstanta je charakteristická pro daný izotop a vyjadřuje vztah mezi momentem hybnosti a magnetickým momentem daného jádra Larmorova frekvence je přímo úměrná rozdílu energií dvou spinových stavů ν0 = γB0/2π a jde o tzv. rezonanční podmínku. Při této frekvenci dochází k absorpci energie jádry a k přechodu spinů z nižší hladiny na vyšší a naopak. Frekvenci detekujeme při návratu spinů zpět do rovnováhy. Takto zaznamenaný signál označujeme jako FID (Free Induction Decay). Tato frekvence leží u dnes dosahovaných magnetických polí v oblasti desítek až stovek MHz. Například pro magnetické pole o síle 14.1 T je Larmorova frekvence pro jádro 1H rovna 600 MHz. Poměr počtu jader na jednotlivých hladinách lze určit pomocí Boltzmannova rozdělení: Nα/Nβ = eΔE/kT kde k je Boltzmannova konstanta a za ΔE dosadíme rozdíl mezi energiemi spinů. Například při poli o magnetické indukci 11.74 T platí pro vodíky 1H, Nβ ~ 0,99992 Nα, to znamená, že na 100000 vodíkových jader se spinovým stavem alfa připadá 99992 jader ve stavu beta. Z toho vyplívá, že jsme schopni pozorovat přechody jen u velmi malého počtu jader (pro magnetické pole o indukci 11.74T jde o 8 jader z 199992). Čím větší je indukce magnetického pole, tím větší je energetický rozdíl mezi hladinami alfa a beta, a tím větší je rozdíl v počtu spinů na jednotlivých spinových hladinách. Větší rozdíl v populacích stavů způsobuje i větší citlivost NMR metody. 6 2. Základní parametry NMR spekter Chemický posun Z výše uvedeného by bylo možné učinit závěr, že pro jádra daného isotopu existuje jen jedna frekvence, při které je splněna rezonanční podmínka. Pokud by tomu tak bylo, využití NMR by bylo omezené jen na kvalitativní analýzu jednotlivých isotopů. Ve skutečnosti však rezonanční frekvence pro všechna jádra daného isotopu není stejná. V reálu jsou totiž jádra atomů obklopena elektronovými obaly. Elektrony, jakožto pohybující se nabité částice, vytváří své vlastní magnetické pole. Při umístění molekuly do vnějšího magnetického pole je toto slabé lokální magnetické pole o určité indukci Blokální, namířené proti vnějšímu magnetickému poli. Na dané jádro tudíž nepůsobí vnější magnetické pole B0, ale takzvané pole efektivní Befektivní. Befektivní = B0 - Blokální V závislosti na struktuře se Blokální u jednotlivých jader liší, a ty jsou pak různě stíněna proti působení vnějšího magnetického pole. Protože Blokální = B0 σ je Befektivní = B0 (1 – σ) kde σ je konstanta magnetického stínění. Stínění jader závisí na elektronové hustotě v jejich okolí. Díky rozdílným stínícím konstantám je tak každý signál ve spektru při konstantní B0 charakterizován svojí pozicí vyjádřenou ve frekvenčních jednotkách (viz vztah výše pro Larmorovu frekvenci). Vzhledem ke skutečnosti, že rozdíly způsobené lokálními poli jsou velmi malé v porovnání s B0 (tisíce Hz proti milionům Hz) a jsou závislé na velikosti B0, je definována bezrozměrná veličina – chemický posun (δ). Chemický posun je v podstatě relativní změna polohy signálu vzhledem k poloze (frekvenci) referenčního signálu - standardu (např. pro 1H a 13C signál tetramethylsilanu – TMS). δ= 𝜈 (𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑐𝑒 𝑠𝑖𝑔𝑛á𝑙𝑢 𝑣 𝐻𝑧) – 𝜈𝑟𝑒𝑓 (𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑐𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛č𝑛íℎ𝑜 𝑠𝑖𝑔𝑛á𝑙𝑢 𝑣 𝐻𝑧) ν0 (𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑐𝑒 𝑠𝑝𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑢 𝑣 𝑀𝐻𝑧) Výhodou této stupnice, jejíž jednotkou je ppm (parts per milion), je nezávislost posunu signálu na síle vnějšího pole. Jinak řečeno, pozice signálu bude stejná, pracujeme-li s 300 MHz nebo 500 MHz spektrometrem. Jak vyplývá z předchozího textu, jednotlivá jádra se budou v závislosti na svém okolí lišit svým chemickým posunem. Standardní zobrazení NMR spektra je takové, že levá část spektra je označována jako část u slabšího pole (downfield) a pravá část jako část u silnějšího pole (upfield) (Obrázek 3). 7 Obrázek 3: Schématické znázornění NMR spektra Faktory ovlivňující chemický posun jsou: Přítomnost atomů či skupin s indukčním efektem: - I efekt snižuje stínění - signál jádra je posunut k nižšímu poli a to znamená, že se zvětší chemický posun (posun směrem doleva od referenčního signálu). Při +I efektu dochází k většímu zastínění jádra a posunu signálu k vyššímu poli, tzn. ke zmenšení chemického posunu vzhledem k referenčnímu signálu. Zjednodušeně řečeno s rostoucí elektronegativitou navázané skupiny klesá stínění a dochází k posunu k nižšímu poli. Přítomnost atomů či skupin s mezomerním efektem: -M snižuje stínění; +M zvyšuje stínění a efekt je podobný jako u indukčního efektu. Anizotropní efekt – jakákoliv chemická vazba je anizotropní, z důvodů nesymetrického rozložení elektronů. Pokud je tato vazba vložena do vnějšího magnetického pole bude indukovat magnetický moment, který bude taky anizotropní. Snižování či zvyšování lokálního magnetického pole bude záležet na pozici daného jádra vůči takovému anizotropnímu poli. V případě aromatického jádra hovoříme o takzvaném „ring current“ efektu. Příklady anizotropních efektů jsou uvedeny na obrázku 4 a 5. Základní přehled chemických posunů 1H jader vyskytujících se v organických sloučeninách je uveden na Obrázek 6. 8 Obrázek 4: Anizotropní efekt 1 Obrázek 5: Vliv anizotropního efektu na chemický posun H. CH3-M M = B, Si, Li, … ether -CH-O- -CH-Alkyl -CH-O-C(O)CH-C(O)-CH-Ar -C=CHAr-H -C≡CH -CHO Alkoholy a aminy -NH-R, R-NH2, R-OH -COOH Ar-OH 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 1 Obrázek 6: Přehled vybraných chemických posunů pro H (v ppm, vztaženo k TMS). 9 Spin-spinová interakce – Multiplicita signálu a interakční (štěpící) konstanta Spiny jednotlivých jader se v molekule mohou ovlivňovat přes chemickou vazbu – nepřímá spinspinová interakce. Velikost nepřímé spin-spinové interakce se vyjadřuje tzv. interakční (štěpící) konstantou – J (jednotkou je Herz – Hz). Tato konstanta je zodpovědná za rozštěpení linie signálu sledovaného jádra. Podle počtu vazeb mezi interagujícími jádry jsou jednotlivé interakční konstanty uváděny jako: 1 J – přímé, 2J – geminální, 3J – vicinální a interakce na velkou vzdálenost (4J, 5J, ….). Na rozdíl od stínící konstanty (resp. chemického posunu) velikost interakční konstanty nezávisí na velikosti indukce vnějšího magnetického pole a tudíž se v jednoduchých NMR spektrech projeví vždy stejně. Nepřímou spin-spinovou interakci nelze pozorovat mezi chemicky ekvivalentními jádry, tzn. těmi jádry, která mají stejný chemický posun a poskytují jeden signál. Taktéž se spin-spinová interakce neprojeví u magneticky ekvivalentních jader. Magneticky ekvivalentní jádra jsou ta jádra, která jsou chemicky ekvivalentní a zároveň mají stejnou štěpící konstantu k ostatním magneticky aktivním jádrům v molekule. Interakce jádra s jiným magnetickým jádrem se ve spektru projeví rozštěpením linie signálu na více linií. Linie signálu jádra, které interaguje se dvěma a více magnetickými jádry, je prvně rozštěpena na více linií interakcí s prvním jádrem. Každá takto vzniklá linie je pak dále rozštěpena na další linie díky interakci s druhým jádrem atd. Výsledný signál se potom skládá z řady linií a podle jeho celkového vzhledu hovoříme o tzv. multiplicitě signálu. Počet linií vzniklých díky interakci se vypočítá podle vztahu: Počet vzniklých linií = 2nI+1 kde n je počet chemicky a magneticky ekvivalentních jader, které interagují s jádrem, jehož signál sledujeme a I je spin těchto jader. U jader se spinem I=1/2 je tedy počet vzniklých linií roven hodnotě n+1. Pro určení počtu linií i jejich relativních intenzit v případě štěpení jádry s I = 1/2, lze využít Pascalův trojúhelník (Tabulka 1, Obrázek 7). 10 Tabulka 1: Štěpení, relativní intenzita (Pascalův trojúhelník), počet čar a názvy signálů. Počet Počet vzniklých linií štěpících = n+1 jader (n) 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 Relativní intenzita linií Název signálu (zkratka) 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1 1 8 28 56 70 56 28 8 1 singlet (s) dublet (d) triplet (t) kvartet (q) kvintet (quint) sextet (sex) septet (sep) oktet (o) nonet (n) Obrázek 7: Tvar jednoduchých signálů od dublet po septet. Názvy jiných multipletů jsou dovozeny od jejich původu a vzhledu, např. dublet dubletů (dd), triplet dubletů (td), dublet tripletů (dt) apod. (Obrázek 8). Pokud je signál velice široký označujeme ho za „broad signal“ (bs). Není-li z tvaru zřejmé, jakou strukturu signál vlastně má, nazýváme takový signál multiplet (m). Vzdálenost jednotlivých čar v Hz v multipletu je rovna velikosti interakční konstanty. 11 Obrázek 8: a) triplet; b) dublet dubletu; c) triplet dubletů; d) dublet tripletů Se znázorněním kde odečítat interakční konstany. Pakliže je rozdíl linií uveden v ppm jednotkách je interakční konstanta vypočitatelná pomocí rovnice: J=δν Kde δ je vzdálenost mezi liniemi signálu v ppm a ν je resonanční frekvence příslušného jádra v MHz. Integrální intenzita signálu a počet signálů Protože v jednom spektru měříme vždy jen jádra stejného druhu, je plocha každého signálu (integrál) úměrná počtu chemicky ekvivalentních jader v dané sloučenině. Jinak řečeno, počet signálů v NMR spektru a jejich integrální intenzita nás informuje o počtu skupin chemicky ekvivalentních jader a o počtu jader v každé skupině. 12 Obecná definice chemicky ekvivalentních atomů zní: Chemicky ekvivalentní jádra jsou ta, která mají stejný chemický posun a poskytují tak pouze jeden signál. Chemicky ekvivalentní jádra se dají například poznat podle toho, že při postupném nahrazení každého z nich jiným atomem vznikne vždy stejná sloučenina. Tudíž platí, že chemicky ekvivalentní jsou ta jádra, která jsou nerozlišitelná v důsledku symetrie molekuly, rychlé rotace skupiny nebo jiné chemické výměny (Obrázek 9, Obrázek 10 a Obrázek 11). 1 Obrázek 9: a) Ethylacetát – tři různé skupiny vodíkových jader (3 signály v H NMR, viz Obrázek 10) 1 b) p-Xylen – dvě skupiny vodíkových jader (2 signály v H NMR) 1 Obrázek 10: H spektrum ethylacetátu Obrázek 11: a) Enantiotropní jádra – záměnou jednoho nebo druhého protonu vzniknou enantiomery – jsou pomocí NMR nerozlišitelná. b) Diastereotropní jádra – záměnou jednoho nebo druhého protonu vzniknou diastereomery – jsou v NMR rozlišitelná. 13 NMR uhlíku 13C Na rozdíl od 1H jádra je přirozené zastoupení isotopu 13C jen 1.1 % a absolutní citlivost tohoto jádra je o 4 řády nižší než jádra 1H. Tudíž na změření kvalitního spektra potřebujeme více vzorku a více skenů (delší doba experimentu). Vlivy na chemický posun jsou podobné jako v případě protonů, ale podstatně větší (Obrázek 12). -C-I -C-Cl -C-F -COOR -C-Br Alk-CH3 -C-OH, -C-O- Alk-CH2- -COOH Alk-CH a –C- -CHO Ar-C- -C(O)- -C-C(O)- Aromatické C -C≡C-C=C- 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 13 Obrázek 12: Přehled chemických posunů vybraných C (v ppm, vztaženo k TMS). Spin-spinové interakce mezi jádry 13C v uhlíkových spektrech nepozorujeme, protože při jejich nízkém přirozeném zastoupení je velmi malá pravděpodobnost, že v sousedství jednoho jádra 13C bude opět jádro 13C. Lze ovšem pozorovat spin-spinovou interakci mezi 13C a 1H jádry, které jsou na tyto uhlíky přímo navázány. Tato interakce se projeví rozštěpením linie signálu dle již zmiňovaného pravidla. Tři jádra 1H na primárním uhlíku (-CH3) rozštěpí signál tohoto uhlíku, na kterém jsou navázána, na kvartet. Stejně tak je linie sekundárního uhlíku (-CH2-) rozštěpena na triplet, terciálního uhlíku (-CH-) na dublet a kvarterní uhlík zůstává ve formě singletu, neboť na sobě nemá přímo navázané žádné jádro 1H (Obrázek 13). 14 13 Obrázek 13: Nedekaplované C spektrum ethylacetátu v CDCl3. Interakce s protony jsou však obvykle eliminovány dekaplingem a spektra tak obsahují pouze singletové signály. Dekapling je určitý způsob vyrušení spin-spinové interakce. V případě 13C jader je zrušena interakce s jádry 1H, kdy během celé doby měření 13C spekter jsou jádra vodíku ozařována dalším elektromagnetickým pulsem s frekvencí odpovídající rezonanční frekvenci jader vodíku. To způsobí rychlé přechody mezi spinovými stavy α a β, a tím pádem vyrušení spin-spinové interakce jader vodíku s jádry uhlíku. Tzv. dekaplovaná spektra jsou přehledná i u složitějších sloučenin a jejich interpretace je jednodušší (Obrázek 14). 13 Obrázek 14: : Dekaplované C spektrum ethylacetátu v CDCl3. 15 Dalšími často používanými 13C experimenty jsou ATP a DEPT. APT experiment rozlišuje jednotlivé uhlíky podle počtu na nich navázaných vodíků. A to tak, že ve spektru jsou signály uhlíků se sudým počtem vodíků (C a CH2) orientovány na jednu stranu od základní linie spektra a signály uhlíků, které na sobě mají navázaný lichý počet vodíku (CH a CH3) jsou orientovány na druhou stanu od základní linie spektra (Obrázek 15). Obrázek 15: APT spektrum ethylacetátu v CDCl3. Naproti tomu DEPT je účinná metoda na rozlišení primárních, sekundárních a terciálních uhlíků. Informace z DEPT spekter závisí na vybraném typu experimentu. DEPT 45 DEPT 90 DEPT 135 – poskytuje signály všech uhlíku alespoň s jedním navázaným vodíkem, tzn. nezobrazuje kvarterní uhlíky. Všechny signály jsou orientovány na stejné straně základní linie spektra (Obrázek 16). – ve spektru jsou viditelné jen CH skupiny. Všechny ostatní signály jsou potlačeny (Obrázek 17). – poskytuje signály CH a CH3 orientované na opačnou stranu od základní linie spektra než CH2 skupiny (Obrázek 18). V kombinaci se standardním spektrem 13C nám DEPT poskytuje kompletní přehled o tom, který atom uhlíku je primární (CH3), sekundární (CH2), terciální (CH) a kvarterní (C). 16 Obrázek 16: DEPT 45 pro ethylacetát v CDCl3. Obrázek 17: DEPT 90 pro ethylacetát v CDCl3. Obrázek 18: DEPT 135 pro ethylacetát v CDCl3. 17 3. Interpretace spekter Je velmi těžké definovat nějakou konkrétní strategii, jak interpretovat NMR spektra neznámé látky. Opravdu neznámé struktury lze většinou určit jen s využitím složitějších technik či pulsních sekvencí (2D–NMR, NOE, …). Velkým bonusem pro přiřazení spekter je, pokud chemik má alespoň rámcovou představu o struktuře analyzované látky. Obecná pravidla se dají shrnout do pár jednoduchých bodů: V případě, že máme k dispozici jen 1H a 13C spektra, musíme se pokusit v protonovém spektru najít charakteristické píky a pomocí jejich štěpení ta jádra, která spolu sousedí. Z 13C spekter, pokud máme APT či DEPT, jsme schopni určit zastoupení jednotlivých uhlíků ( -CH3, -CH2-, ….). A z takto získaných fragmentů musíme zkusit zkombinovat strukturu, která by odpovídala dalším známým informacím, např. fragmentaci v hmotnostním spektru apod. V případě, že máme k dispozici 2D-NMR spektra, využijeme všech informací, které z nich dokážeme vyčíst a opět postavíme jednotlivé fragmenty, jejichž skládáním vytváříme danou strukturu. Příklad postupu interpretace spekter Příklady v tomto textu budou vždy obsahovat počáteční informaci v podobě sumárního vzorce. Je dán sumární vzorec - C4H8O2 Při znalosti sumárního vzorce víme i tzv. ekvivalent nenasycenosti. Stupeň nenasycenosti pro vzorec CXHYNZOW (je-li přítomen halogen, tak se počítá jako vodík) je: E = X – ½Y + ½Z + 1 Z výpočtu nám vyjde, že ekvivalent nenasycenosti se rovná jedné. To znamená, že látka s uvedeným sumárním vzorcem obsahuje jednu násobnou vazbu či jeden kruh. Dále máme zadány 1H a 13C spektra (Obrázek 19). 18 1 13 Obrázek 19: H a C (APT) spektra látky o sumárním vzorci C4H8O2 v CDCl3 měřené při 500 MHz respektive 125 MHz. Z protonového spektra vyčteme, že v látce jsou 3 typy vodíku (3 různé signály). První skupina tvořena 3 jádry (integrál 3) tvoří triplet s posunem 1.22 ppm a štěpící konstantou J = 7.5 Hz. Druhá skupina opět obsahující 3 jádra vytváří singlet s posunem 2.00 ppm. Třetí skupina jader s posunem 4.08 ppm je tvořena 2 protony a tvar signálu je kvartet se štěpící konstantou J = 7.5 Hz. Tvary signálu a štěpící konstanty nám říkají, že půjde o dva fragmenty. Jeden fragment bude methylová skupina (–CH3) zastoupená singletem s posunem 2.00 ppm. Druhým fragmentem bude ethylová skupina (-CH2CH3), kterou identifikujeme díky tvaru signálů (triplet a kvartet) a stejné štěpící konstantě. (Protony z methylu (-CH3) štěpí signál protonů z CH2 skupiny se stejnou silou jako protony z CH2 skupiny štěpí signál methylu (-CH3). 19 Z APT spektra vyčteme tyto informace. Látka obsahuje dva uhlíky (CH3 či CH) s posunem 14.2 a 21.0 ppm, a dva uhlíky (CH2 či Ckvart) s posuny 60.4 a 171.2 ppm. Z protonového spektra, chemického posunu a intenzity signálů můžeme říci, že uhlíky s posuny 14.2 a 21.0 ppm jsou CH3 skupiny, uhlík s posunem 60.4 ppm je uhlík CH2 skupiny a uhlík 171.2 ppm je uhlík kvarterní. Ze sumárního vzorce jsme vypočítali ekvivalent nenasycenosti E = 1. Nyní víme, že látka má obsahovat dva kyslíky a jednu dvojnou vazbu či kruh. Vzhledem k přítomnosti kvarterního uhlíku s posunem 171.2 ppm můžeme předpokládat přítomnost karboxylové skupiny. Při složení všech fragmentů a informací dohromady nás mohou napadnout 2 molekuly: ethylacetát či methylpropionát. Vzhledem k charakteristickým posunům vodíku přítomných na α uhlíku vedle karbonylu (okolo 2.00 ppm) i posunům vodíků navázaných na první uhlík esterového zbytku (okolo 4.0 ppm) nám jako neznámá struktura vyjde ethylacetát. 4. Jak zapisovat NMR spektra Při zápisu přiřazení NMR signálů je potřeba dodržet formu, kterou ukládá časopis, ve kterém chcete publikovat. Parametry měření a další důležité údaje, které jsou stejné pro všechna měření, bývají umístěny v sekci „Experiment“, pokud to samozřejmě pravidla daného časopisu nevyžadují jinak. Obecně je třeba uvést: 1) Pozorované jádro a typ experimentu. 2) Resonanční frekvence měřeného jádra dle velikosti magnetického pole spektrometru. 3) Deuterované rozpouštědlo sloužící pro LOCK. 4) Chemický posun signálů -střed daného signálu, tam kde by byla výchozí linie, pokud by signál nebyl štěpen, případně interval pro multiplet (1H na dvě desetinná místa, 13C na jedno desetinné místo). 5) Multiplicitu signálů (dublet, triplet, ….). 6) Štěpící konstantu na jedno desetinné místo ( 3J = 7.0 Hz). 7) Integrální intenzitu. 8) Přiřazení ke konkrétnímu atomu ze struktury pokud je to možné. Příklad výpisu pro molekulu ethylacetátu (EtOAc) ze spekter na Obrázek 19. 1 H (CDCl3, 500 MHz): 1.22 (t, 3J = 7.5 Hz, 3H, -OCH2CH3); 2.00 (s, 3H, CH3CO-); 4.08 (q, 3J = 7.5 Hz, 2H, -OCH2CH3). 13 C (CDCl3, 125 MHz): 14.2 (-CH2CH3), 21.0 (-COCH3), 60.4 (-OCH2CH3), 171.2 (-C(O)O-). 20 5. Příklady k řešení Příklad 1 Sumární vzorec: C6H6ClN 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 21 Příklad 2 Sumární vzorec: C6H6ClN 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 22 Příklad 3 Sumární vzorec: C4H10O 1 H (CDCl3, 500 MHz) APT (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 23 Příklad 4 Sumární vzorec: C8H5NO2 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) APT (DMSO-d6, 125 MHz) CDCl3 24 Příklad 5 Sumární vzorec: C2H6O 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 25 Příklad 6 Sumární vzorec: C3H6O 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 26 Příklad 7 Sumární vzorec: C6H5ClN2O2 1 H (CDCl3, 500 MHz) CDCl3 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 27 Příklad 8 Sumární vzorec: C6H6ClN 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 28 Příklad 9 Sumární vzorec: C5H10O 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 29 Příklad 10 Sumární vzorec: C8H9Br 1 H (CDCl3, 500 MHz) APT (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 30 Příklad 11 Sumární vzorec: C6H7N 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 31 Příklad 12 Sumární vzorec: C2H7NO 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 32 Příklad 13 Sumární vzorec: C2H6ClN 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) H2O CDCl3 DMSO CDCl3 13 C (DMSO-d6, 125 MHz) DMSO CDCl3 33 Příklad 14 Sumární vzorec: C8H11N 1 H (CDCl3, 500 MHz) APT (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 34 Příklad 15 Sumární vzorec: C3H9NO 1 H (CDCl3, 500 MHz) APT (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 35 Příklad 16 Sumární vzorec: C6H7NO 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) 13 C (DMSO-d6, 125 MHz) DMSO CDCl3 36 Příklad 17 Sumární vzorec: C6H7NO 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) DMSO CDCl3 APT (DMSO-d6, 125 MHz) DMSO CDCl3 37 Příklad 18 Sumární vzorec: C6H7NO 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) 13 C (DMSO-d6, 125 MHz) 38 Příklad 19 Sumární vzorec: C3H4O4 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) DMSO CDCl3 13 C (DMSO-d6, 125 MHz) DMSO CDCl3 39 Příklad 20 Sumární vzorec: C7H9NO 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) DMSO CDCl3 H2O CDCl3 13 C (DMSO-d6, 125 MHz) DMSO CDCl3 40 Příklad 21 Sumární vzorec: C7H9NO 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 41 Příklad 22 Sumární vzorec: C9H11NO2 1 H (CDCl3, 500 MHz) APT (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 42 Příklad 23 Sumární vzorec: C9H11NO2 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 43 Příklad 24 Sumární vzorec: C9H10O2 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 44 Příklad 25 Sumární vzorec: C9H8O 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 45 Příklad 26 Sumární vzorec: C9H12 1 H (CDCl3, 500 MHz) APT (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 46 Příklad 27 Sumární vzorec: 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 47 Příklad 28 Sumární vzorec: C8H8O3 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 48 Příklad 29 Sumární vzorec: C3H6BrCl 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 49 Příklad 30 Sumární vzorec: C3H6O2 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 50 Příklad 31 Sumární vzorec: C11H12N2O2 1 H (DMSO-d6 + CD3OD, 500 MHz) 13 C (DMSO-d6 + CD3OD, 125 MHz) CD3OD CDCl3 DMSO CDCl3 51 Příklad 32 Sumární vzorec: C6H14O6 1 H (D2O, 500 MHz) APT (D2O, 125 MHz) CH2 52 Příklad 33 Sumární vzorec: C5H8O2 (dva tautomery) 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 53 Příklad 34 Sumární vzorec: C8H8O4 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) 13 C (DMSO-d6, 125 MHz) DMSO CDCl3 54 Příklad 35 Sumární vzorec: C6H14N2 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 55 Příklad 36 Sumární vzorec: C10H23N 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CH3 a CH 56 Příklad 37 Sumární vzorec: C3H9NO 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 57 Příklad 38 Sumární vzorec: C7H4Cl2O 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) 58 Příklad 39 Sumární vzorec: C4H5N 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 59 Příklad 40 Sumární vzorec: C5H8N2 1 H (CDCl3, 500 MHz) APT (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 60 Příklad 41 Sumární vzorec: C4H6O2 1 H (CDCl3, 500 MHz) APT (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 CDCl3 61 Příklad 42 Sumární vzorec: C7H5NO4 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) APT (DMSO-d6, 125 MHz) 62 Příklad 43 Sumární vzorec: C10H12O5 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) APT (DMSO-d6, 125 MHz) DMSO 63 Příklad 44 Sumární vzorec: C7H5ClO2 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) APT (DMSO-d6, 125 MHz) 64 Příklad 45 Sumární vzorec: C8H8O3 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) APT (DMSO-d6, 125 MHz) 65 Příklad 46 Sumární vzorec: C10H12O4 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 66 Příklad 47 Sumární vzorec: C15H24O 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 67 Příklad 48 Sumární vzorec: C7H5ClO2 1 H (CDCl3, 500 MHz) APT (CDCl3, 125 MHz) 68 Příklad 49 Sumární vzorec: C7H5NO4 1 H (CDCl3, 500 MHz) APT (CDCl3, 125 MHz) 69 Příklad 50 Sumární vzorec: C4H4O 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 70 Příklad 51 Sumární vzorec: C7H12O4 1 H (CDCl3, 500 MHz) APT (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 71 Příklad 52 Sumární vzorec: C5H10O3 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C coupled (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 72 Příklad 53 Sumární vzorec: C8H10O2 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) CDCl3 73 Příklad 54 Sumární vzorec: C3H7N 1 H (CDCl3, 500 MHz) 13 C (CDCl3, 125 MHz) 74 Příklad 55 Sumární vzorec: C4H6O2 1 H (DMSO-d6, 500 MHz) 13 C (DMSO-d6, 125 MHz) DMSO 75 6. Řešení Příklad 1: C6H6ClN Příklad 2: C6H6ClN Příklad 3: C4H10O Příklad 4: C8H5NO2 Příklad 5: C2H6O Příklad 6: C3H6O Příklad 7: C6H5ClN2O2 Příklad 8: C6H6ClN Příklad 9: C5H10O Příklad 10: C8H9Br 76 Příklad 11: C6H7N Příklad 12: C2H7NO Příklad 13: C2H6ClN Příklad 14: C8H11N Příklad 15: C3H9NO Příklad 16: C6H7NO Příklad 17: C6H7NO Příklad 18: C6H7NO Příklad 19: C3H4O4 Příklad 20: C7H9NO Příklad 21: C7H9NO Příklad 22: C9H11NO2 77 Příklad 23: C9H11NO2 Příklad 24: C9H10O2 Příklad 25: C9H8O Příklad 26: C9H12 Příklad 27: C12H14O4 Příklad 28: C8H8O3 Příklad 29: C3H6BrCl Příklad 30: C3H6O2 Příklad 31: C11H12N2O2 Příklad 32: C6H14O6 78 Příklad 33: C5H8O2 Příklad 34: C8H8O4 Příklad 35: C6H14N2 Příklad 36: C10H23N Příklad 37: C3H9NO Příklad 38: C7H4Cl2O Příklad 39: C4H5N Příklad 40: C5H8N2 Příklad 41: C4H6O2 Příklad 42: C7H5NO4 Příklad 43: C10H12O5 Příklad 44: C7H5ClO2 79 Příklad 45: C8H8O3 Příklad 46: C10H12O4 Příklad 47: C15H24O Příklad 48: C7H5ClO2 Příklad 49: C7H5NO4 Příklad 50: C4H4O Příklad 51: C7H12O4 Příklad 52: C5H10O3 Příklad 53: C8H10O2 Příklad 54: C3H7N Příklad 55: C4H6O2 80 7. Použitá a doporučená literatura M. Holík: Čtyři lekce z NMR spektroskopie. PřF MU Brno, 1983. H. Friebolin: Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy. Wiley VCH, Weinheim, Německo, 1998. I. Popa, R. Novotná: Základy NMR Spektroskopie. PřF UP Olomouc, 2012. L.D. Field, S. Sternhell, J.R. Kalman: Organic Structures from Spectra. John Wiley & Sons Ltd., England, 2008. H.E. Gottlieb, V. Kotiyar, A. Nudelman: NMR Chemical Shifts Common Laboratory Solvents as Trace Impurities. J. Org. Chem. 1997, 62, 7512-7515. 81
Podobné dokumenty
NMR, IČ, Raman
- NMR spektra a jejich interpretace
chemický posun, spin-spinové interakce
integrální intenzita
vícedimenzionální NMR
Měření příčné relaxaxace metodami spinového echa
v izotropních kapalinách ve spektru neprojeví, existuje nepřímá dipól-dipólová
interakce (tzv. J-vazba), kterou zprostředkují elektrony chemické vazby. Tato
interakce se tedy projevuje pouze mezi j...
Implantace telemetrických vysílaček do ryb - Metodiky
zvukového signálu, a proto potřebují jednu frekvenci pro každou označenou rybu. Tím se
zhoršuje možnost simultánního sledování většího množství jedinců. Mimo jiné i z tohoto
důvodu jejich využití ...
Atomová a jaderná fyzika - Modularizace a modernizace studijního
vyslovil, že látka je složena z molekul a molekuly jsou základní části látky, které se
účastní chemických reakcí. Byl také zaveden pojem atom jako stavební část molekuly. Atom byl považován za už d...
Ksicht-2-3
sebejistoty. Pervitin podporuje myšlenkovou aktivitu, ale za cenu výrazného
snížení její kvality. Dotyčný je ovšem o kvalitě svých myšlenek hluboce
přesvědčen. Je velice přátelský a hovorný. Často ...
Antibacterial C-Geranylflavonoids from Paulownia tomentosa Fruits
Department of Natural Drugs, University of Veterinary and Pharmaceutical Sciences
Brno, Palackého 1-3, CZ-612 42 Brno, Czech Republic, Department of Crop Production,
Faculty of Agrobiology, Food an...