Tuntematonta yhdistettä analysoitiin tekemällä ensin polttoanalyysi. Tutkitussa näytteessä todettiin olevan 16,6 g hiilidioksidia ja 6,60 grammaa vettä. Aineesta ajettiin spektrit massaspektrometrillä, IR-spektrometrillä ja H-NMR -spektrometrillä. Alla saadut spektrit. Mistä yhdisteestä on kysymys, piirrää mahdollinen/mahdolliset rakennekaavat (MarvinSketchillä).
Spektrien lähde: SDBSWeb : https://sdbs.db.aist.go.jp (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 17.5.2020)

Massaspektri:

IR-spektri


HNMR-spektri


CNMR-spektri


RATKAISU:

Empiirisen kaavan laskeminen

(kirjoita koodilla:)

Molekyylikaavan määrittäminen:

Selvitetään massaspektrin avulla molekyylimassa. Spektrin m/z – akselin suurimman arvon saava piikki on usein molekyyli-ionin moolimassa. Joskus
molekyyli pilkkoutuu niin helposti, ettei tätä piikkiä näy ollenkaan. Toisinaan suurin piikki vastaa M+1 massaa, mikä on seurausta siitä, että 1,1 % hiiliatomeista on atomimassaltaan 13. Mitä enemmän molekyylissä on hiiliatomeja, sitä suurempi mahdollisuus on, että tällainen hiili13-atomi löytyy molekyylistä. Tehtävän spektrissä tällainen piikki on näkyvissä, joten oikea tulkinta moolimassan määritätmisessä on 84 g/mol. Kuitemnkin tässä tapauksessa, opiskelija käyttäessään jompaa kumpaa piikkiä, hän saa laskettua oikean vastauksen. Kuvasta nähdään, että suurin m/z arvo saadaan kohdassa 84 (85). Lasketaan sen avulla suhdekaavasta molekyylikaava.

Molekyylikaavan laskuminen
M(CH₂) = 12,01 g/mol + 2 x 1,008 g/mol = 14,026 g/mol
14,026 x X = 84 || : 14,026
X = 5,988878
yli 
X= 6

joten molekyylikaavaksi saadaan
(CH₂)₆ = C₆H₁₂

Hiilien lukumäärän voisi päätellä myös CNMR:stä, joskin tässä tapauksessa se vaati hieman tarkempaa tarkastelua: 130 ppm:ssä oleva piikki on selkeästi pitempi kuin muut (tulkinta 2xC), ja kahdessa kohtaa on selkeästi kaksi hyvin läjellä olevaa piikkiä (eli yhteensä 4 hiiltä). Tässä massaspektri antaa selkeämmin tulkinnan, toisaalta CNMR-johdattelee sitten rakennekaavan määrittämisessä tiettyyn suuntaan (kaksoissidoksen todistaminem 130 ppm-piikki, ja pareittain olevien hiilien samankaltaisuus). 

Rakennekaavan määrittäminen

Yhdiste molekyylikaavan perusteella voi olla joko alkeeni tai sykloalkaani. Eli mahdollisia vaihtoehtoja olisivat
a) 1-hekseeni, 2-hekseeni, 3-hekseeni ja
b) sykloheksaani.

Tapauksessa 2-hekseenillä ja 3-hekseenillä on lisäksi cis- ja trans-isomeerit. Kun tutkitaan IR-spektriä, voidaan havaita spektrissä on vahva leveä piikki 2800-3100 välillä, mikä kertoo taulukkokirjan mukaan, että molekyylissä on C=C-H -venytysvärähtely (3000-3100) ja C-H venytysvärähtely (2850-3000). Seuraava merkittävä piikki löytyy noin 1700 kohdalta, mikä vastaa C=C sidoksen venytysvärähtelyä (1610-1680). Tätä ei varmasti näkyisi alkaanilla. Eli kyseessä täytyy on jokin alkeeni, tässä tapauksessa hekseeni.

Seuraavaksi tarkastellaan sitten HNMR-spektriä, joka kertoo vetyjen ympäristöstä ja ja CNMR-spektriä, joka kertoo hiiliatomien lukumäärän (ja ympäristön).

1-hekseenissä ja 2-hekseenissä on vetyjä viidessä erilaisessa ympäristössä ja 3-hekseenissä vetyjä on kolmessa erilaisessa ympäristössä. Annetussa HNMR-spektrissä on kolme piikkiä, joten kyseessä on oltava 3-hekseeni. 

Tästä ei ole mahdollista selvittää, onko kyseessä cis- vai trans-isomeeri. 

(piirrä molekyylit)