HNMR-tulkintaa
Vety-NMR eli HNMR
HNMR:n hyödyntäminen vaatii hieman syvällisempää osaamista. Spektrit kuvaavat tarkemmin lähiympäristöä kuin esim. CNMR tekee. Esimerkiksi etanolin HNMR-spektri, vaikka itse molekyyli on melko yksinkertainen, on se jo monimutkaisempi, jos ei tiedä hienorakenteen syntymisen syitä.
Spektri kertoo, että vetyjä on kolmenlaisia, kolme CH3-ryhmässä, kaksi CH2-ryhmässä ja yksi OH-ryhmässä.
Tässä yksittäinen piikki kuvaa OH-ryhmän vetyä. Tripletti (kolmen piikin ryhmä) kuvaa CH3-ryhmää. Tripletti syntyy siitä, että naapurihiilessä on kaksi vetyä.
CH2-ryhmän spektripiikit ovat enemmän vasemmalla, koska naapurissa (samassa hiilessä) on OH-ryhmä. Kvartetti syntyy siitä, että naapurihiilessä CH3-ryhmässä on kolme vetyä.
Spektri kertoo, että vetyjä on kolmenlaisia, kolme CH3-ryhmässä, kaksi CH2-ryhmässä ja yksi OH-ryhmässä.
Tässä yksittäinen piikki kuvaa OH-ryhmän vetyä. Tripletti (kolmen piikin ryhmä) kuvaa CH3-ryhmää. Tripletti syntyy siitä, että naapurihiilessä on kaksi vetyä.
CH2-ryhmän spektripiikit ovat enemmän vasemmalla, koska naapurissa (samassa hiilessä) on OH-ryhmä. Kvartetti syntyy siitä, että naapurihiilessä CH3-ryhmässä on kolme vetyä.
HNMR:n antamia tulkintamahdollisuuksia
Molekyylien HNMR-spektrit antavat seuraavanlaista informaatiota:
Tässä HNMR:n spektrissä (MarvinSketchin luoma) on kuvattuna myös vetyjen lukumäärä kussakin piikkiryhmässä (integraali). Eli etyyliasetaatin tapauksessa vetyjen lukumäärä on 2:3:3 vasemmalta oikealle (spektrissä), ja kun nämä sovittaa molekyylin MarvinSketchille luotuun rakennekaavaan, vetyjä on, kuten kuvastakin ilmenee, 3:2:3. Ingeraali tarkoittaa piikin pinta-alaa, joka on suoraan verrannollinen vetyjen lukumäärään. Sama tieto välittyy yleensä myös CNMR-spektreistä.
Vetyjen ympäristöä kuvaa piikkien sijainti spektrissä, eli niiden kemiallinen siirtrymä (ppm). Seuraavassa taulukkossa on lueteltu esimerkkejä HNMR-spektrien piikkien sijainnista riippuen molekyylien rakenteesta ja tiettyjen vety-atomien asemasta rakenteessa.
Kemiallinen siirtymä:
Tämän taulukon avulla voimme päätellä, mistä vetyryhmästä on kussakin piikki ryhmässä kysymys.
Lopuksi voimme (Ijos integraalia ei ole käytettävissä) päätellä "naapurissa" olevien vetyjen lukumäärän piikkiryhmien hienorakenteesta. HNMR-spektrin piikit tarkemmin kuvattuna:
- kuinka montaa erityyppistä vety-atomia molekyylissä on
- kuinka monta tietyn tyyppistä vety-atomia molekyylissä on
- millainen on vety-atomien ympäristö
- monta vety-atomia on "naapurissa"
Erityyppiset vetyatomit
Esimerkiksi etyyliasetaatti-molekyylin HNMR-spektristä voidaan havaita kolme erilaista vetyä. |
 |
| Etyyliasetaatti -molekyyli. | Etyyliasetaatin HNMRs-spektri, jossa näkyy kolme erilaista piikkiryhmää, mikä kuvaa kolmea erilaista vety-atomia. Ensimmäinen piikkryhmä vasemmalta kuvaa keskimmäisiä vetyjä (CH2), keskimmäinen ryhmä vasemman reunan vetyjä (CH3). Oikean puoleinen ryhmä kuvaa molekyylin oikean puolimmaista vetyryhmää (CH3). |
Tässä HNMR:n spektrissä (MarvinSketchin luoma) on kuvattuna myös vetyjen lukumäärä kussakin piikkiryhmässä (integraali). Eli etyyliasetaatin tapauksessa vetyjen lukumäärä on 2:3:3 vasemmalta oikealle (spektrissä), ja kun nämä sovittaa molekyylin MarvinSketchille luotuun rakennekaavaan, vetyjä on, kuten kuvastakin ilmenee, 3:2:3. Ingeraali tarkoittaa piikin pinta-alaa, joka on suoraan verrannollinen vetyjen lukumäärään. Sama tieto välittyy yleensä myös CNMR-spektreistä.
Vetyjen ympäristöä kuvaa piikkien sijainti spektrissä, eli niiden kemiallinen siirtrymä (ppm). Seuraavassa taulukkossa on lueteltu esimerkkejä HNMR-spektrien piikkien sijainnista riippuen molekyylien rakenteesta ja tiettyjen vety-atomien asemasta rakenteessa.
Kemiallinen siirtymä:
|
Rakenneosa |
Kemikallinen siirtymä (ppm) |
| RCH3 | 0.8 - 1.2 |
| R2CH2 | 1.1 - 1.5 |
| R3CH | ~1.5 |
| ArCH3 | 2.2 - 2.5 |
| R2NCH3 | 2.2 - 2.6 |
| R2CHOR | 3.2 - 4.3 |
| RC(=O)CHR2 | 2.0 - 2.7 |
| RCHCR=CR2 | ~1.7 |
| RC=CH | 4.9 - 5.9 |
| ArH | 6.0 - 8.0 |
| RC(=O)H | 9.4 - 10.4 |
| RCCH | 2.3 - 2.9 |
| R2NH | 2 - 4 |
| ROH | 1 - 6 |
| ArOH | 6 - 8 |
| RCO2H | 10 - 12 |
Tämän taulukon avulla voimme päätellä, mistä vetyryhmästä on kussakin piikki ryhmässä kysymys.
Lopuksi voimme (Ijos integraalia ei ole käytettävissä) päätellä "naapurissa" olevien vetyjen lukumäärän piikkiryhmien hienorakenteesta. HNMR-spektrin piikit tarkemmin kuvattuna:
 |
 |
 |
| Vasemman reunan piikkiryhmä on kvartetti, mikä ilmentää sitä, että "naapurissa" on kolme vetyä sisältävä hiili-atomia. | Keskiimäinen piikki on singletti, joka viittaa siihen, että "naapurissa" ei ole lainkaan vetyjä. | Oikean reunan piikkiryhmän on tripletti, mikä ilmentää sitä, että "naapurissa" on kaksi vetyä sisältävä hiili-atomi. |
Pentaani
Pentaanin rakenteessa on kolmenlaisia vetyjä. CH3-ryhmän vedyt (A), CH2-ryhmän vedyt (kiinni CH3-ryhmän hiilessä) ja keskimäisen CH2-ryhmän vedyt.
Ensin SDBS-tietokannan antama spektri:
Toiseksi MarvinSketch-ohjelmassa laadittu spektri:
Tässä jälkimmäisessä spektrissä on tarkennettu piikkiryhmiä. Kuten niistä huomaa, ne ovat jakautuneet. ppm 0,89-piikkiryhmä koostuu CH3-ryhmän vedyistä. CH3-ryhmän naapurihiilessä on kaksi vetyjä, mikä jakaa piikin kauniiseen triplettiin. Ppm 1,26-piikkiryhmässä on (valitettavasti) kaksi CH2-tyypin vetyä päällekkäin. CH3-ryhmän viereisen CH2-ryhmän vetyjen piikkiryhmän ovat kvartetin triplettejä (vieressä sekä 3 vedyn että 2 vedyn omaava hiili). Sen CH2-ryhmän, jonka vieressä on kaksi CH2-ryhmää, piikkiryhmän täytyy olla tripletin tripletti. Seuraavana hieman tarkennettu em. ppp 1,26-piikkiryhmää:
Tämän tulkinta ei ole yksinkertainen, mutta se ei ole välttämätöntä, koska spektrejä verrataan keskenään.
Ensin SDBS-tietokannan antama spektri:
Toiseksi MarvinSketch-ohjelmassa laadittu spektri:
Tässä jälkimmäisessä spektrissä on tarkennettu piikkiryhmiä. Kuten niistä huomaa, ne ovat jakautuneet. ppm 0,89-piikkiryhmä koostuu CH3-ryhmän vedyistä. CH3-ryhmän naapurihiilessä on kaksi vetyjä, mikä jakaa piikin kauniiseen triplettiin. Ppm 1,26-piikkiryhmässä on (valitettavasti) kaksi CH2-tyypin vetyä päällekkäin. CH3-ryhmän viereisen CH2-ryhmän vetyjen piikkiryhmän ovat kvartetin triplettejä (vieressä sekä 3 vedyn että 2 vedyn omaava hiili). Sen CH2-ryhmän, jonka vieressä on kaksi CH2-ryhmää, piikkiryhmän täytyy olla tripletin tripletti. Seuraavana hieman tarkennettu em. ppp 1,26-piikkiryhmää:
Tämän tulkinta ei ole yksinkertainen, mutta se ei ole välttämätöntä, koska spektrejä verrataan keskenään.
2-Pentanoli
2-Pentanolin CH3CH2CH2CHOHCH3 -rakenteessa on viidenlaisia vetyjä. CH3-ryhmien vedyt (molemmat erilaisia, koska naapurihiili täysin erilainen - toisessa OH-ryhmä kiinnittyneenä), CH2-ryhmien vedyt (kiinni CH3-ryhmän hiilessä ja toinen CHOH-ryhmän vieressä) ja OH-ryhmän vety.
Ensin SDBS-tietokannan antama spektri:
Tässä ppm 3,8 on CH-ryhmän vety, ppm 2,7 on OH-ryhmän vety, loput löytyvät 0,9 ja 1,4 väliltä. Mitä pidemmän hiiliketjun päässä sitä lähempänä 0 ppm:ää.
MarvinSketch-ohjelman spektrissä voidaan tutkia hieman eri piikkiryhmien jakautumista.
Kun otetaan välillä 0,9 ja 1,4 olevat piikkiryhmät, voidaan päätellä, mitä vetyä kukin edustaa:
Eli 1,17 piikkiryhmän vetyjen täytyy olla sellaisia, joiden hiilen seuraavassa hiilessa on vain yksi vety (siksi dupletti). Integraali ja piikin korkeus kertoo, että vetyjä on kolme. Eli kyse on hiiliketjun alkupäästä (CH3-ryhmä). Ppm 0,92 piikkiryhmä kuvaa selvästi hiiliketjun toisessa päässä olevaa CH3-ryhmää, jolla on naapurihiilessä kaksi vetyä (--> tripletti). ppm 1,23–1,57 piikkiryhmät ovat sitten määriteltävissä siten, että tulkitaan kvartetit ja tripletit oikein (kts. line spectrum MarvinSketch-ohjelmistolla)
Tässä ppm 3,8 on CH-ryhmän vety, ppm 2,7 on OH-ryhmän vety, loput löytyvät 0,9 ja 1,4 väliltä. Mitä pidemmän hiiliketjun päässä sitä lähempänä 0 ppm:ää.
MarvinSketch-ohjelman spektrissä voidaan tutkia hieman eri piikkiryhmien jakautumista.
Kun otetaan välillä 0,9 ja 1,4 olevat piikkiryhmät, voidaan päätellä, mitä vetyä kukin edustaa:
Eli 1,17 piikkiryhmän vetyjen täytyy olla sellaisia, joiden hiilen seuraavassa hiilessa on vain yksi vety (siksi dupletti). Integraali ja piikin korkeus kertoo, että vetyjä on kolme. Eli kyse on hiiliketjun alkupäästä (CH3-ryhmä). Ppm 0,92 piikkiryhmä kuvaa selvästi hiiliketjun toisessa päässä olevaa CH3-ryhmää, jolla on naapurihiilessä kaksi vetyä (--> tripletti). ppm 1,23–1,57 piikkiryhmät ovat sitten määriteltävissä siten, että tulkitaan kvartetit ja tripletit oikein (kts. line spectrum MarvinSketch-ohjelmistolla)