Число сигналов: эквивалентные протоны
Эквивалентные протоны
linkОпора
- Урок 314. Химический сдвиг в спектрах ¹H — относить сигналы к типам протонов
- Урок 72. Гомотопные, энантиотопные и диастереотопные группы — сравнивать одинаковые группы заменой на метку
Сигналов в спектре столько, сколько в молекуле разных «сортов» атомов водорода: гомотопные и энантиотопные протоны (урок 72) дают один общий сигнал. Чтобы посчитать сигналы, ищут элементы симметрии молекулы и учитывают быстрое вращение групп. Удобная проверка — мысленная замена атома водорода на другой атом.
Как посчитать сигналы
- Протоны эквивалентны, если их переводит друг в друга ось или плоскость симметрии либо быстрое вращение; три протона метильной группы всегда эквивалентны.
- Проверка заменой: замените по очереди каждый атом водорода на группу Z. Если получаются одинаковые продукты или энантиомеры, протоны дают один сигнал, а если диастереомеры — разные.
- Группа \(\ce{CH2}\) рядом со стереоцентром обычно даёт два сигнала: её протоны диастереотопны (тема 6).
- Протоны при двойной связи C=C, находящиеся в цис- и транс-положении к заместителю, не эквивалентны.
- Быстрые процессы (инверсия кресла циклогексана, вращение вокруг связи C–C) усредняют сигналы при комнатной температуре.
Примеры
1. Пентан. У пентана \(\ce{CH3CH2CH2CH2CH3}\) три сигнала: метильные группы, группы \(\ce{CH2}\) при C2 и C4 и группа \(\ce{CH2}\) при C3 — плоскость симметрии проходит через C3.
2. Хлорэтен. У хлорэтена \(\ce{CH2=CHCl}\) три сигнала: протоны группы \(\ce{CH2}\), находящиеся в цис- и транс-положении к хлору, различны.
errorСчитайте типы, а не атомы
Шесть атомов водорода двух метильных групп ацетона дают один сигнал. Число сигналов — это число наборов эквивалентных протонов.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько сигналов в спектре ¹H 2,2-диметилпропана?
expand_moreПоказать решение
Один: все 12 атомов водорода эквивалентны.
Кольца, алкены, диастереотопные H
Чаще всего ошибаются, считая сигналы в замещённых бензолах, у двойных связей и рядом со стереоцентрами. В кольце эквивалентность определяет плоскость симметрии, а у двойной связи — цис- и транс-расположение. Диастереотопные протоны (урок 72) дают разные сигналы даже в одной группе \(\ce{CH2}\).
Как не ошибиться в сложных случаях
- Монозамещённый бензол даёт три сигнала протонов кольца — орто (2H), мета (2H) и пара (1H), которые часто сливаются в мультиплет при 7,2–7,4 м. д.
- Пара-дизамещённый бензол с разными группами даёт два сигнала по 2H, а с одинаковыми — один.
- Орто- и мета-дизамещённые кольца дают до четырёх сигналов протонов кольца: ищите плоскость симметрии.
- Алкен \(\ce{CH2=CHR}\) даёт три сигнала винильных протонов, а \(\ce{CH2=CR2}\) с одинаковыми R — один.
- Диастереотопные протоны группы \(\ce{CH2}\) рядом со стереоцентром дают два сигнала.
Примеры
1. Пара-дизамещённое кольцо. 1-Бром-4-хлорбензол \(\ce{BrC6H4Cl}\) даёт два сигнала протонов кольца по 2H.
2. Диастереотопные протоны. У 1,2-дибромпропана \(\ce{BrCH2CHBrCH3}\) группа \(\ce{CH2Br}\) даёт два сигнала: рядом стереоцентр C2.
errorКольцо: смотрите на плоскость симметрии
При пара-замещении одинаковыми группами все четыре протона кольца эквивалентны, а разными — образуют две пары.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько сигналов ароматических протонов у 1,4-диметоксибензола?
expand_moreПоказать решение
Один: все четыре протона кольца эквивалентны.
push_pinГлавное
Протоны эквивалентны (дают один сигнал), если их переводит друг в друга элемент симметрии молекулы или быстрое вращение (все H метильной группы — один тип). Проверка заменой: одинаковые продукты или энантиомеры — один сигнал; диастереомеры — разные сигналы (диастереотопные H, например \(\ce{CH2}\) рядом со стереоцентром). H при двойной связи цис и транс к заместителю различны. В кольцах смотрите на плоскости симметрии: монозамещённый бензол — три типа H, пара-дизамещённый с разными группами — два, с одинаковыми — один.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.