Протонен ЯМР, упражнение 2

Това е ЯМР спектъра на съединението, което има брутна формула С5 Н10 О2 . Да започнем, като изчислим еквивалента на ненаситеност. Ако имаме пет въглерода, то може да има максимум две по пет плюс два водорода. Това е равно на 12, така че 12 водорода е максималният брой за пет въглерода. Обаче тук има само 10 водорода, т.е. ни липсват два водорода. Липсва ни една двойка водородни атоми. Следователно можем да кажем, че еквивалентът на ненаситеност е 1. Когато еквивалентът на ненаситеност е едно, тогава веднага допускаме, че в молекулата има двойна връзка или пръстен. Сега да разгледаме интегрираните стойности (площите под ивиците). За тази ивица интегрираната стойност е 33,2. За тази ивица е 48,4. За тази е 33,3 и после 48,7. Делим тези интегрирани стойности на най-ниската от тях. Най-ниската стойност е 33,2. 33,2 делено на 33,2 е равно на 1. 48,4 делено на 33,2 е приблизително 1,5. 33,3 делено на 33,2 е много близко до едно. И накрая 48,7 делено на 33,2 дава приблизително 1,5. Тези числа ни показват относителния дял на протоните, на които съответстват тези ивици. Обаче ние трябва да помислим за 10 протона. Тук имаме 10 водорода, така че това са относителни дялове. За да получим абсолютния брой на водородите, трябва да умножим тези стойности по две. Ако умножим едно по две, получаваме две, така че този сигнал представлява два протона. Умножаваме 1,5 по 2 и получаваме три, така че този сигнал представлява три протона. Умножаваме едно по две, тази ивица е за два протона. Умножаваме 1,5 по 2, тази ивица отговаря на три протона. Сега да разгледаме ивиците една по една. Започваме с ивицата, която отговаря на два протона, тази тук отляво. Тези два протона са от СН2 група. Записвам тук СН2. Колко съседни протона има тази СН2 група? Ще използваме правилото n + 1. Ако имаме n съседни протони, ще очакваме да видим n + 1 пика. Колко пика имаме тук? Имаме един, два, три пика. За да намерим броя на съседите, вадим едно. Три минус едно е два, значи тези СН2 протони имат два съседни протона. Сега да видим химичното отместване. Тази ивица има химично отместване приблизително 4 милионни части, което е най-високата стойност на химичното отместване сред тези четири ивици. Това е областта на протоните, които са свързани с въглерод, който е свързан с електроотрицателен атом. Ако разгледаме брутната формула, тук имаме два кислорода. Ще взема един от тези кислороди и ще го поставя при този въглерод, защото, пак повтарям, когато разглеждаш ивицата за протон при въглерод, който е свързан с електроотрицателен атом, получаваш химично отместване някъде тук в близост до 4 чнм, защото кислородът деекранира тези протони. Кислородът изтегля електронна плътност. Това е една част от пъзела. Сега да отидем при следващата ивица, която ще бъде следващото парче от пъзела. Имаме три протона, така че това е метилова група. Ще запиша метилова група тук, СН3. Колко съседни протони имат тези метилови протони? Тук виждаме един пик. Едно минус едно е нула, значи нула съседни протони. Да помислим за химичното отместване. Химичното отместване е точно след 2 чнм и това е областта за протон, който е съседен на карбонил. Сега ще напиша една карбонилна група. Предполагаме, че карбонилният въглерод е свързан с друг въглерод. Забележка: Карбонилът удовлетворява ЕН изискванията и включва втория кислороден атом. Това изглежда логично по отношение на броя на съседите. Ще използвам синьо за това. Тази ивица е за тези три протона, като няма съседи. Ако дойдем при този въглерод, ако тук има въглерод, тук няма да има протони при този карбонилен въглерод, което обяснява тази част от пъзела. Сега следващата ивица, това е СН2, нали? Записвам СН2 тук. Колко съседи има? Малко е трудно да се види. Един, два, три, четири, пет, шест пика. Шест минус едно дава пет, така че очакваме пет съседа по опростеното правило n + 1. Ще се върнем при това СН2. Накрая имаме сигнал с три протона, значи СН3. Колко съседи имат тези метилови протони? Имаме един, два, три пика. Три минус едно е две, значи два съседа. Добре, сега ще събера всички тези парчета от пъзела и ще напиша структурната формула. Започвам с това парче от пъзела. Имаме карбонилна група. Ще запиша тук моя карбонил. После имаме метилова група, свързана с този карбонил. Значи ще запиша метиловата група ето така, като ще използвам синьо за тези метилови протони. Ивицата за тези метилови протони е ето тук. Сега да разгледаме потенциалните функционални групи. Имаме карбонилна група. После ето тук имаме кислород. Ако поставим кислорода до карбонила, ще получим естер. Ще го направя. Поставям кислорода до карбонилната група и после към този кислород е свързано това СН2. Пиша тук СН2. Нека да определим тези протони. Протоните в цикламено дават тази ивица ето тук. После, да видим... ще използвам червено... Да разгледаме тези протони, тези метилови протони ето тук. Тези метилови протони имат два съседа и изглежда логично това да са тези два съседа ето тук. Химичното отместване тук е под две. Значи тези са сравнително отдалечени от кислородните атоми. Ще запиша метиловите протони сега. Това тук са нашите метилови протони. Ще ги направя червени, ще обознача ето тези тук. Тези метилови протони дават тази ивица. И накрая имаме СН2 ето тук. Поставям СН2 и ще направя тези протони зелени. Значи тези два протона тук, които са в зелено, дават тази ивица. Сега да прегледаме дали всичко си пасва. Да започнем със зелените протони. Предвидихме пет съседа. Да разгледаме този въглерод, при който са зелените протони. Отиваме при съседния въглерод. Един, два, три съседни протона. Отиваме при другия съседен въглерод. Един, два, значи общо пет съседни протона. Това предвидихме по правилото n + 1. В действителност цикламените и червените протони са в различно обкръжение, затова опростеното правило n + 1 не е много точно, но то отразява това, което виждаме в ЯМР спектъра. Така че ще го използваме. Това ни помага да определим структурата на молекулата. Значи тук има пет съседни протона. Сега да отидем при червените протони. Предвидихме два съседни протона за тези червените, затова да разгледаме съседния въглерод. Този въглерод е с червените протони. отиваме при съседния въглерод и виждаме, че има два протона. Това изглежда логично. Сега да видим цикламените протони. При цикламените протони предвидихме два съседа. Цикламените протони са при този въглерод. Отиваме при съседния въглерод, преброяваме един, два съседни протона. И накрая за сините протони тук предвидихме нула съседи. Отиваме при съседния въглерод, това е ето този въглерод, и тук при него няма протони. Значи нула съседи, затова тук получаваме синглет. Това също изглежда логично. Химичното отместване е логично. Разцепването е логично. Всичко изглежда пасва за този естер. Едно нещо, което съм забелязал, когато студентите имат задача с естер, е, че понякога те обръщат естера. Нека покажа какво имам предвид. Виждал съм много студенти да го правят на изпит. Те разпознават, че това е естер, но поставят метиловата група при кислорода и после останалата молекула е ето тук. Имаме три въглерода – един, два, три. И те дават това като отговор на теста. Къде е грешката? Това е грешно поради ивицата за тези метилови протони, които са до този кислород. Този кислород деекранира, така че ще имаме сиглет за тези метилови протони, но тази ивица ще бъде по-близо до 4 чнм, а няма да е тук, няма да е при 2 чнм. Така че това е подсказка как да сглобим частите на един естер. Сега да видим какво е в съседство с този кислород тук. Разглеждай химичното отместване и няма да допуснеш грешка. Този ЯМР спектър е за съединение с брутна формула С4 Н10 О. Първо да изчислим еквивалента на ненаситеност. Ако имаме четири въглерода, максималният брой водороди, които можем да имаме, е две по четири плюс две. Това е 10 и точно толкова водородни атоми има в брутната формула. Този път не липсват водородни атоми, затова еквивалентът на ненаситеност е нула. Няма да очакваме двойни връзки или пръстени. Така че няма двойни връзки или пръстени в структурата на съединението. При интегрираните стойности, тази ивица отговаря на един протон, тази ивица е за три протона, а тази ивица е за шест протона. Сега да се фокусираме на тази ивица. Имаме един протон. Ще поставя този протон при този въглерод, ето така. Да видим колко съседи има този протон. Да преброим пиковете. Виждам един, два, три, четири, пет, шест, седем пика. Седем минус едно е шест, така че този протон ще има шест съседни протона. Ще оцветя този протон. Това е ивицата за този цикламен протон. Химичното отместване е около 4 чнм, като това е характерното химично отместване за протон, който е свързан с въглерод, свързан с електроотрицателен атом. Тук имаме един кислород. Ще поставя тук кислорода, който е свързан с този въглерод, защото този кислород изтегля електронна плътност от този протон. Той деекранира този протон, което дава по-голямо химично отместване. Сега да отидем при следващата ивица. Имаме три протона. Значи това е метилова група. Имаме три метилови протони. Колко съседни протони имат тези метилови протони? Тук имаме само един пик. Едно минус едно е нула, така че нула съседни протони. Химичното отместване е около 3,5 чнм. Тези метилови протони трябва да са много близо до кислорода. Получаваме по-висока стойност на химичното отместване. Поставям метиловите протони отляво на кислорода. Това изглежда логично по отношение на химичното отместване. Както е логично и по отношение на броя на съседните протони. Тези три протона тук дават тази ивица, тук имаме нула съседи. Тези три протона нямат съседи. Сега да видим тази ивица. Имаме шест протона, така че това е като две метилови групи. Тук имаме две метилови групи. Тази ивица е разцепена в дублет. Затова виждаме тези два пика. Две минус едно е едно, така че очакваме един съсед на тези две метилови групи. Това очевидно е този протон в цикламено, защото ни останаха само тези две места. Поставяме тези метилови групи тук, където имаме само един съсед. Тези две метилови групи са относително по-далеч от кислорода, защото ивицата има по-ниска стойност за химичното отместване. Ще използвам червено за тези шест протона. Те дават тази ивица, имаме един съседен протон, този цикламен протон ето тук. Да помислим за цикламения протон. Той трябва да има шест съседа и това е точно така. Три от тази метилова група и три от тази метилова група. Общо шест съседи за този цикламен протон. И накрая казахме, че имаме нула съседи на този протон в синьо, което виждаме в структурната формула. Тази молекула е етер, така че този ЯМР спектър съответства на този етер.