HNMR-tulkintaa

Vety-NMR eli HNMR

2017-11-01T13:28:30+02:00

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.

HNMR:n antamia tulkintamahdollisuuksia

2020-07-16T10:14:45+03:00

Molekyylien HNMR-spektrit antavat seuraavanlaista informaatiota:

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"

Seuraavaksi etyyliasetaatin HNMR-spektrin tulkintaa em. neljän osatekijän mukaisesti.

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 (R=hiilirunko, *Ar =bentseeni)*	*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

2017-11-01T13:29:16+02:00

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.

2-Pentanoli

2017-11-01T13:30:12+02:00

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)