Spektroskopia Jądrowego Rezonansu Magnetycznego (NMR)

Spektroskopia NMR jest obecnie jedną z najbardziej rozwijających się i najbardziej wartościowych technik spektroskopowych przy badaniu związków organicznych. Wykorzystuje ona zjawisko rozszczepienia spinowych poziomów energetycznych w zewnętrznym polu magnetycznym dla cząsteczek o niezerowym spinie (¹³C, ¹H, ³¹P, ¹⁹F). Tak rozszczepione poziomy przemiatamy wiązką promieniowania elektromagnetycznego (częstości radiowe) i patrzymy, przy jakiej częstości zachodzi najsilniejsza adsorpcja (Stosujemy również metodę odwrotną przemiatając polem magnetycznym przy stałej częstości promieniowania radiowego). Obecnie stosuje się bardziej zaawansowane techniki pomiaru umożliwiające znaczne zwiększenie czułości (techniki uśrednienia sygnałów (dla ¹³C NMR o małych intensywnościach pików) i transformacji Fouriera, gdzie bada się promieniowanie powstałe przy przy powrocie spinów(relaksacja) do stanu równowagi przy wcześniejszym pobudzeniu układu).

W przeprowadzonym ćwiczeniu badaliśmy widmo NMR dla octanu izobutylu o wzorze: CH3COOCH2CH(CH3)2

Otrzymane widmo wraz z obróbka umożliwijżcą odczytanie przesunięć chemicznych i względnych intensywności pików przedstawia rysunek :

Na podstawie schematu rozszczepienia spin-spin oraz względnych intensywności sygnału przyporządkujemy pik do odpowiedzialnej za niego grupu funkcyjnej cząsteczki:

grupa	przesunięcie chemiczne [ppm]	intensywność względna
OC-CH3	2,04	301
CH2	3,83	200
CH	1,91	100
HC-CH3	0,92	669

Pik pochodzący od grupy CH2 przesunięty o 3, 83 ppm względem TMS jest dubletem pochodzącym od sprzężenia z jednym atomem wodoru grupy CH. Jego stosunkowo wysokie przesunięcie w dół pola spowodowane silnym wpływem atomu tlenu, który zmniejszając gęstość elektronową na atomie wodoru (bardzo słabe ekranowanie) powoduje, że aby nastąpił rezonans potrzebujemy dosyć niskiego pola. Pik przy ok. 1ppm pochodzący od dwóch grup metylowych jest dubletem pochodzącym od sprzężenia z tym samym atomem wodoru CH, co powyższa grupa CH2. Pik położony jest przy dużym polu co wskazuje ze protony grup CH3 połączone z atomem węgla są silnie ekranowane. Singlet przy ok. 2ppm pochodzi od grupy CH3 połączonej z grupą karbonylową wiązania estrowego. Pik przy ok. 1, 9ppm rozszczepiony na 9 sygnałów pochodzi od protonu grupy CH sprzężonej z dwoma grupami metylowymi i grupą CH2. Względne stosunki intensywności wynoszące 1:2:3:6 potwierdzają opisane przyporządkowanie.

Celem ćwiczenia było również wyznaczenie stałych sprzężenia, czyli odległości pomiędzy składnikami piku w multiplecie wyrażonej w Hz oraz porównanie intensywności sygnałów poszczególnych grup z intensywnością satelitów węglowych pochodzących z dodatkowego sprzężenia z obecnymi w niewielkiej ilości w cząsteczce izotopami węgla ¹³C. wyniki pomiarów zamieszczam w poniższych tabelach:

Oddziałujące grupy	Stała sprzężenia J [Hz]
CH2-CH	6,60
CH-CH3	6,80

grupa	intensywność piku	intensywność piku satelitów węglowych	udział satelitów węglowych [%]
OC-CH3	301	2,98	0,99
CH2	200	1,76	0,88
HC-CH3	669	9,18	1,37

Zawartość izotopu węgla ¹³C w przyrodzie wynosi zgodnie z wartościami tablicowymi ok. 1.1%. oznacza to ze w ostatniej kolumnie tabeli powinien widnieć ten wynik. Odchylenie od doskonałości zapewne spowodowane wysokim poziomem szumów, które efektywnie maskują słabe piki satelitów.

Dominika Łyp

Maciej Majdecki

Paweł Małecki

---