NMR (nukleomagnetisk resonans)

Videogenomgång (flippat klassrum)

En NMR-maskin tar vanligen upp stor plats, och har magneter som måste kylas med flytande helium för att bli supraledande.

Protonen i en väteatom har ett magnetiskt spinn som ger den en nordpol och en sydpol.

Protoner i ett magnetfält kan "flippas" av strålning i radiofrekvensomradet.

När väteatomerna flippar tillbaka sänds radiovågor av olika frekvens och amplitud ut.

• Väteatomerna flippar tillbaka.
• Radiovågor av viss frekvens och amplitud emitteras.

NMR-spektrum

De emitterade radiovågorna mäts över ett helt spektrum av radiovågor.

Hur ”gärna” väteatomen flippar, och vid vilken radiofrekvens beror på vilka atomer som är i dess närhet.

• Atomerna intill bildar en grupp som skärmar av strålningen från radiovågorna.
• Olika atomer och strukturer (olika grupper) skärmar av olika mycket, och vid olika frekvenser.

NMR-spektrum tas upp.

• Olika grupper ger toppar vid olika frekvenser.
• Arean under (≈ höjden på) topparna blir proportionell mot antalet H i gruppen.

NMR-spektrum av etanol

Toppen längst till höger (se bild nedan) används bara som referens (nolla).

De tre väteatomerna längst till vänster ger signal vid samma frekvens (δ ≈ 1,2) eftersom alla väteatomerna har exakt likadana "grannar".

• Toppen är cirka 3 gånger så stor som om det bara varit en enda väteatom.

De två väteatomerna i mitten ger signal vid samma frekvens (δ ≈ 3,5), eftersom även de väteatomerna har exakt likadana "grannar".

• Toppen är cirka 2 gånger så stor som om det bara varit en enda väteatom.

Den ensamma väteatomen i OH-gruppen ger signal vid δ ≈ 2,9.

NMR-spektrum för etanol.

NMR-spektrumet ger oss information om antal väteatomer i de olika grupperna i molekylen.

NMR-spektrum för metanol

Vilken av nedanstående bilder visar ett NMR-spektrum för metanol?

Är detta NMR-spektrumet för metanol …

… eller är detta?

Lösning

Strukturen för metanol säger att vi borde få två toppar i NMR-spektrumet:

• En från de tre väteatomer som binder till kolatomen, och en från den väteatom som binder till syreatomen.
• Toppen från de tre väteatomerna som binder till kolatomen borde vara tre gånger så hög som toppen från väteatomen i OH-gruppen.

Vi kan sluta oss till att det vänstra NMR-spektrumet är från metanol.

Utläs strukturen ur NMR-spektrumet

Ett ämne har summaformeln C₂H₆O. Använd NMR-spektrumet nedan för att avgöra vilken strukturformel ämnet har.

Vilken struktur har molekylen som ger upphov till detta NMR-spektrum?

Etanol …

… eller dimetyleter?

Lösning

Summaformeln C₆H₈O ger oss två möjliga molekyler: Etanol och dimetyleter.

I etanolen finns det tre olika grupper av väteatomer. Därför ger ett NMR-spektrum av etanol tre toppar.

I dimetyletern har varje väteatom precis samma grannar:

• En kolatom
• En syreatom
• Två väteatomer

Eftersom alla väteatomer "ser likadana ut", kommer det bara att bildas en enda topp från ett NMR-spektrum av dimetyleter.

I NMR-spektrumet ser vi bara en enda topp. Därför är strukturen på det undersökta ämnet H₃C–O–CH₃, alltså dimetyleter.