background image

1

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 
sp

2

, rozróżnialne w NMR). Każda grupa jąder różnocennych daje oddzielny sygnał w NMR

W analizie związków organicznych wykorzystuje się widma 

1

H i 

13

C (odsprzęgnięte od protonów)

background image

2

Opracował: Wojciech Augustyniak

Przesunięcie chemiczne w NMR

Przesunięcie chemiczne wynika z przesłaniania (jądro 
absorbuje promieniowanie magnetyczne o wyższych 
częstotliwościach, przesunięcie w prawo na widmie) lub 
odsłaniania (absorpcja promieniowania o niższych 
częstościach, przesunięcie w lewo) jądra przez gęstość
elektronową

4,3-4,6

HC-NO

2

30-50

2,1-2,9

HC-NR

2

1-5

HN-R

10,5-12

HO-C=O

4-12

HO-Ar

1-5,5

HO-R

165-220

9-10

HC=O

20-60

2-2,7

HC-C=O

3,7-4,1

HC-O-C(O)-R

50-100

3,3-4

HC-O-R

35-55

2-4

HC-Hal

2,3-2,9

HC-Ar

80-140

6-8,5

ArH

1,8

HC-C≡C

1,7

HC-C=C

20-100

2-3

HC≡C

80-160

4,6-5,9

HC=C

1,5

CH

10-70

1,25

CH

2

0-30

0,9

CH

3

δ

13

C [ppm]

δ

1

H [ppm]

Grupa

Dla prostych związków można przewidywać wartości 
przesunięć dodając inkrementy podstawników do 
wartości podstawowej:

1

H-NMR:

1,25 dla X-CH

2

-Y

1,5 dla X-CH(Y)-Z
7,26 dla H-Ar

13

C-NMR:

-2,3 dla alifatycznych atomów węgla
123,3 dla aromatycznych atomów węgla

background image

3

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 

13

C 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

background image

4

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR węglowodorów (1)

Źródło: www.aist.go.jp/RIODB/SDBS

C

5

H

12

C

5

H

12

C

5

H

12

1

1

3

1

background image

5

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR węglowodorów (2)

C

4

H

6

C

4

H

8

C

4

H

6

1

3

2

1

background image

6

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR węglowodorów (3)

C

6

H

6

C

8

H

10

C

7

H

8

2

5

3

5

3

background image

7

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR węglowodorów (4)

C

8

H

10

C

8

H

10

C

8

H

10

3

1

3

2

3

6

2

background image

8

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR chlorowcopochodnych (1)

C

3

H

7

Cl

C

3

H

7

Br

C

3

H

7

I

1

1

6

1

6

6

background image

9

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR chlorowcopochodnych (2)

C

6

H

5

Cl

C

6

H

5

I

C

6

H

5

Br

2

2

3

3

background image

10

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.

C

2

H

6

O

C

4

H

10

O

C

7

H

8

O

1

3

2

2

9

1

1

5

background image

11

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR fenoli

C

7

H

8

O

C

7

H

8

O

C

7

H

8

O

1

2

1

3

3

1

2

3

2

2

1

3

background image

12

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR eterów i nitrozwiązków

C

7

H

8

O

C

7

H

7

NO

2

C

3

H

7

NO

2

2

2

2

2

3

2

3

3

3

background image

13

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

C

3

H

9

N

C

9

H

21

N

C

6

H

15

N

1

3

2

2

2

6

4

4

background image

14

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR amin (2)

C

6

H

7

N

C

9

H

13

N

C

12

H

19

N

2

2

3

3

2

3

1

2

2

2 3

4

4

6

background image

15

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR aldehydów i ketonów

C

3

H

6

O

C

7

H

6

O

C

5

H

10

O

2

3

2

1

3

1

2 3

background image

16

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR kwasów karboksylowych, 

estrów i nitryli

C

3

H

6

O

2

C

4

H

8

O

2

C

3

H

5

N

1

3

2

3

3

2

2

3

background image

17

Opracował: Wojciech Augustyniak

NMR amidów

C

5

H

11

NO

C

4

H

9

NO

C

4

H

9

NO

Wygląd widma protonowego silnie zależy od ograniczenia rotacji wokół wiązania amidowego 
wskutek tautomerii

2

2

3

3

3

2

9

1