Химична еквивалентност

Да разгледаме как можем да опрелим броя на очакваните сигнали в ЯМР спектъра. Най-добрият начин е да разгледаме много примери, и ще започнем с метана. Метанът има четири протона в еднакво обкръжение. Затова казваме, че тези четири протона са химически еквивалентни, затова ще очакваме да видим само един сигнал в ЯМР спектъра. Значи за метана очакваме един сигнал, защото всичките четири протона са химически еквивалентни. Ако се преместим при пропана, този въглерод тук има два протона и тези два протона са с еднакво обръжение. Следователно те са химически еквивалентни и можем да очакваме един сигнал за тези два протона. Ако разгледаме тези протони ето тук, ще ги добавя – това са тези протони в метиловата група. Тези метилови протони са в тяхното собствено обкръжение, така че ще очакваме един сигнал за тези метилови протони. Но в молекула като тази трябва да отчетем симетрията. Ще поставя тук една линия, за да се вижда по-лесно, че тези три протона имат еднакво обкръжение като тези. Така че всъщност имаме шест протона с еднакво обкръжение. Тези шест протона са химически еквивалентни и ще очакваме да видим един сигнал за всичките шест от тях. Значи за пропана ще очакваме общо два сигнала. Сега да видим този пример. Ще напиша протоните тук. Ще напиша първо всички протони. Поставям всички протони, нали? Имаме тези метилови протони тук, после тук имаме протон при този въглерод, а после имаме всички тези протони. Те са много. Да се фокусираме първо върху метиловата група. Тези метилови протони тук имат тяхното обкръжение, като това обкръжение е същото като за тези метилови протони. Те са в една и съща среда. Всички те са съседни на въглерод, който е свързан с един протон. Затова можем да очакваме да видим един сигнал за всички тях. Един сигнал за всички цикламени протони. Сега отново да помислим за симетрията. Да разгледаме симетрията в тази молекула. После разглеждам този протон тук, който има различно обкръжение от тези цикламени протони. Но това обкръжение е същото и за този протон. Така че можем да очакваме един сигнал за тези червени протони тук. Значи един сигнал за червените протони. Стават общо два сигнала за молекулата. Хайде да видим още примери. Да видим следващия. Имаме въглерод ето тук с два протона. Тези два протона имат еднакво обкръжение. Те са химически еквивалентни. Тези два протона са до този кислород ето тук. Знаем, че кислородът е по-електроотрицателен от този въглерод, така че кислородът ще изтегли електронна плътност. Затова тези протони са в различно обкръжение от тези два протона. Тези два протона ето тук... ще променя цветовете... тези два протона в червено са по-отдалечени от кислорода, така че те имат различно обкръжение. Така че можем да очакваме един сигнал за протоните в червен цвят, и ще очакваме един сигнал за протоните в жълт цвят. Остават ни метиловите протони. Ще ги добавя и тях. Тук имаме три протона при този въглерод. Те са по-далеч от кислорода. Те имат различно обкръжение, нали? И са химически еквивалентни. Затова очакваме един сигнал и за тези протони. И да не забравим този протон ето тук при кислорода. Той е в различно обкръжение, затова очакваме един сигнал и за този протон. И ако ги преброим всичките, получаваме общо четири сигнала. Можем да очакваме четири сигнала. Не съм сигурен защо съм сложил това S тук, това е само един сигнал. Значи имаме четири сигнала за този алкохол. Сега да разгледаме този алкохол тук долу. Имаме тези два протона, нали? Тези протони ето тук и тези ето тук. Да ги разгледаме. Симетрията помага в примери като този. Тези два протона са в еднакво обкръжение. Те са между две СН2, така че ще очакваме един сигнал за тези протони, които са химически еквивалентни. Сега да видим тези протони, тези ето тук, съседни на едно СН2. Те са съседни и на ОН. Те имат същото обкръжение като тези протони, нали? Те са съседни на СН2 и на ОН. Ако разгледаме симетрията тук, можем да очакваме един сигнал само, само един сигнал за тези четири протона. И накрая остава протона при кислорода, като симетрията отново ни помага да видим, че този протон има същото обкръжение като този протон. Затова ще очакваме един сигнал. Тук имаме общо три сигнала за тази молекула. Сега да видим съединението, което е тук отдясно. Тук виждаме, че има хирален център при този въглерод, като тук ще трябва да има и водород, един протон при този въглерод. Хайде да поставим всички тези протони и после да ги анализираме. Тук има три протона при този въглерод. При този въглерод ето тук има два протона. Ще ги поставя с удебелена и прекъсната черта, защото ще разглеждаме тези два протона. После тук имаме три протона. Сега да определим колко различни сигнала ще получим. Преди... ще използвам различен цвят... Тук разглеждахме СН2 група, нали? Но тук нямаше хирални центрове, както при тези протони тук. Нямахме хирални центрове в тази молекула. Тези два протона са принципно еквивалентни. Но като разгледаме тук, тук имаме хирален център при този въглерод и това ще повлияе на тези два протона. Тези два протона вече не са химически еквивалентни заради този хирален център. Принципно, ако има хирален център, двата протона в метиловата група, в СН2 групата, принципно не са еквивалентни. Затова ще очакваме два различни сигнала. Този ще даде един сигнал – ще го направя в цикламено. Значи тук ще има един сигнал. А този ще даде различен сигнал. Те са в малко по-различно обкръжение заради този хирален център. Сега да продължим и да определим колко сигнала можем да очакваме. Тези три протона ето тук са химически еквивалентни, те са в собствено обкръжение, затова очакваме един сигнал за тези три протона, нали? Тези са в различно обкръжение от тези ето тук, затова ще очакваме един сигнал за тях. При метиловата група протоните са винаги в еднакво обкръжение, те са химически еквивалентни. Няма защо да се тревожим за тях. И да видим какво друго имаме тук. Имаме протона при кислорода, от който ще очакваме един сигнал. И накрая ще имаме... да видим какъв цвят да избера тук, избирам оранжево. Тук имаме още един протон в неговото различно обкръжение, така че ще очакваме един сигнал от този протон. Общо колко сигнала можем да очакваме? Нека да ги преброим. Един, два, три, четири, пет и шест. Значи общо шест очаквани сигнала за този алкохол. Сега да се преместим при бензеновия пръстен тук. Да разгледаме бензена. Знаем, че бензенът има шест протона, нали? Ще запиша тук шест протона. Всички тези шест протона са в еднакво обкръжение. Те са химически еквивалентни. Понякога е по-лесно просто да поставим един кръг тук, което ни помага да видим, че тези протони са еквивалентни. Това позволява да се види симетрията по-добре. Отново, разглеждаме симетрията, всички шест протона са с еднакво обкръжение. Следователно ще очакваме само един сигнал за бензена в ЯМР спектъра. Ще го запиша. Само един сигнал за бензена, защото всичките шест протона са химически еквивалентни. Сега да видим това съединение. Да видим какво имаме. Имаме метилова група тук, метилова група тук, това са три протона във всяка метилова група. Тези протони са в еднакво обкръжение, нали? Тези три протона в тази метилова група имат същото обкръжение като тези три протона. Те са точно до кислорода, който е точно до бензеновия пръстен. Значи до кислорода и до бензеновия пръстен. Значи можем да очакваме един сигнал, нали? Само един сигнал за тези шест протона тук. Ако разгледаме пръстена, знаем, че тук имаме протон. Знаем, че тук има протон ето тук и тук има протони. Ако разгледаме тези протони, всички те са в еднакво обкръжение. Ако взема този протон например... Този протон е до СН с двойна връзка. Той е съседен и на въглерод, свързан с кислород. Това е същото обкръжение като това тук, нали? Този има съвсем същото обкръжение, като ето този тук и този тук, така че отново симетрията ни помага да видим, че всичките четири протона имат еднакво обкръжение. Те са химически еквивалентни. Следователно един сигнал. Значи ще очакваме два сигнала. Ще очакваме да видим два сигнала за това съединение в ЯМР спектъра. И накрая, просто за забавление, да разгледаме кубана ето тук. Това е една от най-интересните молекули по мое мнение. В кубана има осем протона. Кубанът е просто един куб. Всички тези осем протона са еквивалентни, нали? Ако ги разгледаме, ако просто завъртим този куб, няма да можем да посочим разлика тук. Имаме осем протона, всичките еквивалентни, затова ще има само един сигнал. Знами ЯМР-ът на кубана ще съдържа само един сигнал. Надявам се, че доби представа как можеш да разглеждаш структурните формули и да определяш колко сигнала можеш да очакваш в един ЯМР спектър.