Opracował: Wojciech Augustyniak
Magnetyczny rezonans jądrowy
Widmo NMR  wykres absorpcji promieniowania magnetycznego od jego częstości
Częstość pola wyraża się w częściach na milion (ppm) częstości pola magnetycznego
pochłanianego przez wzorzec (np. TMS  tetrametylosilan)
Informacje o budowie związku pochodzą z:
- ilości sygnałów świadczących o liczbie protonów różnego rodzaju w cząsteczce
- przesunięcia chemicznego (położenia sygnałów) mówiącą o gęstości elektronowej wokół jądra
- intensywności sygnałów proporcjonalnych do ilości jąder danego rodzaju w cząsteczce/próbce
- rozszczepienia sygnałów świadczącego o ilości jąder w najbliższym sąsiedztwie
Jądra równocenne  znajdują się w identycznym otoczeniu, jądra enancjotopowe (są wzajemnymi
odbiciami lustrzanymi, nierozróżnialne w NMR) i diastereotopowe (np. w układach o hybrydyzacji
sp2, rozróżnialne w NMR). Każda grupa jąder różnocennych daje oddzielny sygnał w NMR
W analizie związków organicznych wykorzystuje się widma 1H i 13C (odsprzęgnięte od protonów)
Opracował: Wojciech Augustyniak
Przesunięcie chemiczne w NMR
1 13
Grupa � H [ppm] � C [ppm]
Przesunięcie chemiczne wynika z przesłaniania (jądro
CH3 0,9 0-30
absorbuje promieniowanie magnetyczne o wyższych
CH2 1,25 10-70
częstotliwościach, przesunięcie w prawo na widmie) lub
CH 1,5
odsłaniania (absorpcja promieniowania o niższych
HC=C 4,6-5,9 80-160 częstościach, przesunięcie w lewo) jądra przez gęstość
elektronową
HCa"C 2-3 20-100
HC-C=C 1,7
HC-Ca"C 1,8
Dla prostych związków można przewidywać wartości
ArH 6-8,5 80-140
przesunięć dodając inkrementy podstawników do
HC-Ar 2,3-2,9
wartości podstawowej:
HC-Hal 2-4 35-55
HC-O-R 3,3-4 50-100
1
H-NMR:
HC-O-C(O)-R 3,7-4,1
1,25 dla X-CH2-Y
HC-C=O 2-2,7 20-60
1,5 dla X-CH(Y)-Z
HC=O 9-10 165-220
7,26 dla H-Ar
HO-R 1-5,5
HO-Ar 4-12
13
C-NMR:
HO-C=O 10,5-12
-2,3 dla alifatycznych atomów węgla
HN-R 1-5
123,3 dla aromatycznych atomów węgla
HC-NR2 2,1-2,9 30-50
HC-NO2 4,3-4,6
Opracował: Wojciech Augustyniak
Krotność sygnału w NMR
Spinowo-spinowe rozszczepienie sygnału (sprzężenie) ma miejsce w obecności innych jąder
aktywnych magnetycznie odległych max. o 3 wiązania (wyjątki: układy sprzężonych wiązań
podwójnych i aromatyczne  więcej wiązań; układy alifatyczno-aromatyczne  brak sprzężenie
pomiędzy częścią alifatyczną i aromatyczną)
Krotność rozszczepienia sygnału: 2nI+1 dla n równocennych jąder sąsiadujących o spinie I, tzn. dla
1
H i 13C singlet przy braku jąder sąsiadujących, dublet dla 1, tryplet dla 2, kwartet dla 3, etc.
Obecność różnocennych jąder sąsiednich powoduje wzajemne rozszczepienie sygnału przez
poszczególne jądra sąsiednie
Stałe sprzężenia (odległości między komponentami multipletu wynikającego ze sprzężenia
z równocennymi jądrami wyrażone w Hz) są tym wyższe, im jądra silniej oddziałują. Zależą od kątów
torsyjnych wiązań (tzw. zależności Karplusa)
Intensywność komponentów rozszczepionego sygnału jest opisywana kolejnymi rzędami trójkątu
Pascala, tzn. dublet 1:1, tryplet 1:2:1, kwartet 1:3:3:1, etc.
Kształt multipletu jest symetryczny, gdy różnica w przesunięciach sprzęgających się jąder jest dużo
wyższa od stałej sprzężenia (układ AX). Jeśli jest inaczej (układ AM i AB), obserwuje się tzw. efekt
dachowy
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR węglowodorów (1)
y
ródło: www.aist.go.jp/RIODB/SDBS
C5H12 C5H12 C5H12
1 3
1
1
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR węglowodorów (2)
C4H8 C4H6 C4H6
2
3
1
1
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR węglowodorów (3)
C6H6 C7H8 C8H10
3 3
5
5
2
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR węglowodorów (4)
C8H10 C8H10 C8H10
3 6 3
2
2
1 3
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR chlorowcopochodnych (1)
C3H7Cl
C3H7Br C3H7I
6 6
6
1 1
1
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR chlorowcopochodnych (2)
C6H5Cl C6H5Br C6H5I
3 2
2
3
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR alkoholi
Przesunięcie protonu hydroksylowego zależy od temperatury i stężenia wskutek szybkiej wymiany
z innymi cząsteczkami zawierającymi labilne protony. W rozpuszczalnikach zawierających labilne
protony (de facto deuterony) sygnał nie pojawia się. Podobna sytuacja ma miejsce dla protonów
aminowych i karboksylowych.
C2H6O
C4H10O
C7H8O
32
9
5
2
1
1
1
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR fenoli
C7H8OC7H8O
C7H8O
3 3 3
1
2 1
2
1
3
1
2
2
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR eterów i nitrozwiązków
C7H7NO2
C7H8O C3H7NO2
3
33
2
2
3 2
2 2
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR amin (1)
Zwykle sygnał protonów aminowych jest silnie poszerzony ze względu na moment kwadrupolowy
atomu azotu, przy szybkiej wymianie z innymi protonami labilnymi sygnał może ulec zwężeniu
C3H9N C6H15N
2 6
4
3 1
4
2
2
C9H21N
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR amin (2)
C9H13NC12H19N
C6H7N
23 6
2
3
3
2
2
4
2
2
3
4
1
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR aldehydów i ketonów
C3H6OC7H6O
C5H10O
3 1
3
2
3
2
1
2
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR kwasów karboksylowych,
estrów i nitryli
C3H6O2 C4H8O2 C3H5N
3 3 3
2
3
2
1 2
Opracował: Wojciech Augustyniak
NMR amidów
Wygląd widma protonowego silnie zależy od ograniczenia rotacji wokół wiązania amidowego
wskutek tautomerii
C4H9NO C4H9NO C5H11NO
3 3 9
3
2
2
2
1