المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11123 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
الإنتاج المعدني والصناعة في الوطن العربي
2024-11-05
التركيب الاقتصادي لسكان الوطن العربي
2024-11-05
الامطار في الوطن العربي
2024-11-05
ماشية اللحم في استراليا
2024-11-05
اقليم حشائش السافانا
2024-11-05
اقليم الغابات المعتدلة الدافئة
2024-11-05


1H NMR Spectroscopy and Proton Equivalence  
  
2056   03:35 مساءً   date: 11-8-2019
Author : ..................
Book or Source : LibreTexts Project
Page and Part : .................


Read More
Date: 13-1-2022 1672
Date: 7-8-2019 1293
Date: 2-1-2020 745

1H NMR Spectroscopy and Proton Equivalence

It is important at this stage to be able to identify equivalent protons in any organic compound given the structure of that compound. Once you know the number of different groups of equivalent protons in a compound, you can predict the number (before coupling) and relative strength of signals. Look at the following examples and make sure you understand how the number and intensity ratio of signals are derived from the structure shown.

Structure Number of Signals Ratio of Signals
CH3OCH2CH2Br
  3 A : B : C 3 : 2 : 2
cyclopentane 1    
2,2-dimethyloxetane 3 A : B : C 2 : 2 : 6 (or 1 : 1 : 3)
1,3-cyclohexadiene 3 A : B : C 2 : 4 : 2 (or 1 : 2 : 1)
1-methoxy-2-butanone 4 A : B : C : D 3 : 2 : 2 : 3
3-methylpyridine 5 A : B : C : D : E 3 : 1 : 1 : 1 : 1

If all protons in all organic molecules had the same resonance frequency in an external magnetic field of a given strength, the information in the previous paragraph would be interesting from a theoretical standpoint, but would not be terribly useful to organic chemists. Fortunately for us, however, resonance frequencies are not uniform for all protons in a molecule. In an external magnetic field of a given strength, protons in different locations in a molecule have different resonance frequencies, because they are in non-identical electronic environments. In methyl acetate, for example, there are two ‘sets’ of protons. The three protons labeled Ha have a different - and easily distinguishable – resonance frequency than the three Hb protons, because the two sets of protons are in non-identical environments: they are, in other words, chemically nonequivalent.

image006.png

On the other hand, the three Ha protons are all in the same electronic environment, and are chemically equivalent to one another. They have identical resonance frequencies. The same can be said for the three Hb protons.

The ability to recognize chemical equivalancy and nonequivalency among atoms in a molecule will be central to understanding NMR. In each of the molecules below, all protons are chemically equivalent, and therefore will have the same resonance frequency in an NMR experiment. 

image008.png

You might expect that the equitorial and axial hydrogens in cyclohexane would be non-equivalent, and would have different resonance frequencies. In fact, an axial hydrogen is in a different electronic environment than an equitorial hydrogen. Remember, though, that the molecule rotates rapidly between its two chair conformations, meaning that any given hydrogen is rapidly moving back and forth between equitorial and axial positions. It turns out that, except at extremely low temperatures, this rotational motion occurs on a time scale that is much faster than the time scale of an NMR experiment.

image010.png

In this sense, NMR is like a camera that takes photographs of a rapidly moving object with a slow shutter speed - the result is a blurred image. In NMR terms, this means that all 12 protons in cyclohexane are equivalent.

Each the molecules in the next figure contains two sets of protons, just like our previous example of methyl acetate, and again in each case the resonance frequency of the Ha protons will be different from that of the Hb protons.

image012.png

Notice how the symmetry of para-xylene results in there being only two different sets of protons.

Most organic molecules have several sets of protons in different chemical environments, and each set, in theory, will have a different resonance frequency in 1H-NMR spectroscopy.

image014.png

 

image016.png

When stereochemistry is taken into account, the issue of equivalence vs nonequivalence in NMR starts to get a little more complicated. It should be fairly intuitive that hydrogens on different sides of asymmetric ring structures and double bonds are in different electronic environments, and thus are non-equivalent and have different resonance frequencies. In the alkene and cyclohexene structures below, for example, Ha is trans to the chlorine substituent, while Hb is cis to chlorine.

image018.png

What is not so intuitive is that diastereotopic hydrogens (section 3.10) on chiral molecules are also non-equivalent:

image020.png

However, enantiotopic and homotopic hydrogens are chemically equivalent.

image022.png

 




هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .