Opgaver til A4.10

Opgaverne hører til afsnit A4.10 Integralkurven. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven. Du får brug for tabellen over typiske kemiske skift i afsnit A4.9 og tabellen over antal hydrogenatomer i afsnit A4.10.

Opgave A4.10.1: Areal, ikke højde

Et stof giver to signaler i NMR-spektret. Signal A kommer fra 6 ens hydrogenatomer, og signal B kommer fra 2 ens hydrogenatomer.

  1. Hvad er forholdet mellem integralerne af signal A og signal B?
  2. Trinnet i integralkurven ved signal B er 13 mm højt. Beregn højden af trinnet ved signal A.
  3. I et andet spektrum er signal X højt og smalt, og signal Y er lavt og bredt. Integralkurven har lige høje trin ved de to signaler. Hvad fortæller det om antallet af hydrogenatomer bag signal X og signal Y?

Integralet af et signal er arealet under signalet. Integralet er proportionalt med antallet af hydrogenatomer: dobbelt så mange hydrogenatomer giver et dobbelt så stort integral.

Signal A kommer fra 3 gange så mange hydrogenatomer som signal B, så trinnet ved signal A er 3 gange så højt som trinnet ved signal B.

Til spørgsmål c: trinnets højde er signalets integral, altså arealet under signalet. Et areal kan være stort, fordi signalet er højt, eller fordi signalet er bredt.

  1. Forholdet mellem integralerne er det samme som forholdet mellem antallene af hydrogenatomer: 6 : 2 = 3 : 1.

  2. Trinnet ved signal A er 3 gange så højt som trinnet ved signal B:

\[ \text{trin ved signal A} = \dfrac{6}{2} \cdot 13\ \mathrm{mm} = 39\ \mathrm{mm} \]

Trinnet ved signal A er 39 mm højt.

  1. Lige høje trin betyder, at signal X og signal Y har samme integral. De kommer derfor fra lige mange hydrogenatomer. Det er arealet under signalet, der tæller, og ikke højden: det lave signal Y er bredt og har samme areal som det høje, smalle signal X.

Opgave A4.10.2: Aflæs integralkurven

Figuren viser NMR-spektret af et stof med molekylformlen C3H8O2. Integralkurven er tegnet ind, og trinnenes højde er målt med en lineal og skrevet ved kurven.

Figur 1: NMR-spektret af et stof med molekylformlen C3H8O2 med integralkurve.
  1. Aflæs højden af de to trin, og skriv forholdet mellem dem med små hele tal.
  2. Beregn højden pr. hydrogenatom.
  3. Bestem, hvor mange hydrogenatomer signal A og signal B står for.
  4. Stoffet er dimethoxymethan, CH3−O−CH2−O−CH3. Vis, at antallene passer med strukturen.

Læg de to trins højder sammen. Summen svarer til alle hydrogenatomerne i molekylet, og molekylformlen C3H8O2 viser, at der er 8.

Trinnene er 42 mm og 14 mm, tilsammen 56 mm. Divider de 56 mm med de 8 hydrogenatomer i C3H8O2. Det giver højden pr. hydrogenatom. Divider derefter hvert trins højde med højden pr. hydrogenatom.

Til spørgsmål d: tæl hydrogenatomerne i de to ens methylgrupper og i CH2-gruppen i dimethoxymethan.

  1. Trinnet ved signal A er 42 mm, og trinnet ved signal B er 14 mm. Forholdet er 42 : 14 = 3 : 1.

  2. Trinnene er tilsammen 42 mm + 14 mm = 56 mm, og de svarer til de 8 hydrogenatomer i C3H8O2.

\[ \text{højde pr. H} = \dfrac{56\ \mathrm{mm}}{8} = 7{,}0\ \mathrm{mm} \]

Hvert hydrogenatom giver 7,0 mm.

  1. Antallet af hydrogenatomer:

\[ \text{antal H i signal A} = \dfrac{42\ \mathrm{mm}}{7{,}0\ \mathrm{mm}} = 6 \]

\[ \text{antal H i signal B} = \dfrac{14\ \mathrm{mm}}{7{,}0\ \mathrm{mm}} = 2 \]

Signal A står for 6 hydrogenatomer, og signal B står for 2.

  1. Dimethoxymethan har to ens methylgrupper med 3 hydrogenatomer hver, i alt 6, og én CH2-gruppe med 2 hydrogenatomer. Det passer med signal A og signal B.

Opgave A4.10.3: Integraler som tal

Figuren viser NMR-spektret af et stof med molekylformlen C7H14O. Integralerne er skrevet som tal under signalerne.

Figur 2: NMR-spektret af et stof med molekylformlen C7H14O. Integralerne står under signalerne.
  1. Læg de tre integraler sammen, og beregn integralet pr. hydrogenatom.
  2. Bestem, hvor mange hydrogenatomer hvert af de tre signaler står for.
  3. Brug tabellen i afsnit A4.10 til at afgøre, hvilken slags gruppe hvert af de tre antal peger på.

Integralerne er 4,50, 1,50 og 1,00. Summen svarer til de 14 hydrogenatomer i C7H14O. Divider summen med 14.

Summen af integralerne er 7,00, så integralet pr. hydrogenatom er 0,500. Divider hvert af de tre integraler med 0,500.

Til spørgsmål c: et carbonatom kan højst have 3 hydrogenatomer. Et signal med flere end 3 hydrogenatomer må derfor komme fra flere ens grupper.

  1. Summen af integralerne er 7,00. Den svarer til de 14 hydrogenatomer i C7H14O.

\[ \text{integral pr. H} = \dfrac{7{,}00}{14} = 0{,}500 \]

Integralet pr. hydrogenatom er 0,500.

  1. Antallet af hydrogenatomer:

\[ \text{antal H i signal A} = \dfrac{4{,}50}{0{,}500} = 9 \]

\[ \text{antal H i signal B} = \dfrac{1{,}50}{0{,}500} = 3 \]

\[ \text{antal H i signal C} = \dfrac{1{,}00}{0{,}500} = 2 \]

Signal A står for 9 hydrogenatomer, signal B for 3 og signal C for 2. Tilsammen er det 14, som i molekylformlen.

  1. Signal A med 9 hydrogenatomer peger på tre ens CH3-grupper. Signal B med 3 hydrogenatomer peger på én CH3-gruppe. Signal C med 2 hydrogenatomer peger på én CH2-gruppe.

Opgave A4.10.4: Samme forhold, forskellige antal

Tabellen viser seks stoffer, som hver giver to signaler i NMR-spektret.

Stof Molekylformel Integral af signal A Integral af signal B
1 C2H5Br 1,50 1,00
2 C5H10O 1,50 1,00
3 C3H6O2 1,50 1,50
4 C5H12O2 1,50 1,50
5 C6H12O 4,50 1,50
6 C5H8O4 4,50 1,50
  1. Bestem for hvert af de seks stoffer, hvor mange hydrogenatomer signal A og signal B står for.
  2. Stof 1 og stof 2 har samme forhold mellem integralerne. Forklar, hvorfor signalerne alligevel ikke står for de samme antal hydrogenatomer i de to stoffer.
  3. En elev får kun oplyst integralerne 4,50 og 1,50 og ikke molekylformlen. Skriv tre mulige par af antal hydrogenatomer, som de to integraler kan svare til.

Gør det samme for hvert stof: læg de to integraler sammen, divider summen med antallet af hydrogenatomer i molekylformlen, og divider hvert integral med resultatet.

For stof 1, C2H5Br, er summen af integralerne 2,50, og der er 5 hydrogenatomer. Så er integral pr. H = 2,50 / 5 = 0,500, og antal H i signal A = 1,50 / 0,500 = 3.

Til spørgsmål b og c: integralerne er forholdstal. De viser kun, hvor mange gange flere hydrogenatomer det ene signal står for end det andet.

  1. For stof 6, C5H8O4, er summen af integralerne 6,00, og molekylet har 8 hydrogenatomer.

\[ \text{integral pr. H} = \dfrac{6{,}00}{8} = 0{,}750 \]

\[ \text{antal H i signal A} = \dfrac{4{,}50}{0{,}750} = 6 \]

\[ \text{antal H i signal B} = \dfrac{1{,}50}{0{,}750} = 2 \]

De andre stoffer regnes på samme måde. Resultaterne for alle seks stoffer:

Stof Molekylformel Sum af integraler Antal H i formlen Integral pr. H Signal A Signal B
1 C2H5Br 2,50 5 0,500 3 H 2 H
2 C5H10O 2,50 10 0,250 6 H 4 H
3 C3H6O2 3,00 6 0,500 3 H 3 H
4 C5H12O2 3,00 12 0,250 6 H 6 H
5 C6H12O 6,00 12 0,500 9 H 3 H
6 C5H8O4 6,00 8 0,750 6 H 2 H

  1. Integralerne viser kun forholdet mellem antallene, og det er 3 : 2 i både stof 1 og stof 2. Stof 1 har 5 hydrogenatomer i alt, så signalerne står for 3 og 2. Stof 2 har 10 hydrogenatomer i alt, så signalerne står for 6 og 4. Det er molekylformlen, der afgør de rigtige antal.

  2. Forholdet er 4,50 : 1,50 = 3 : 1. Signalerne kan fx stå for 3 og 1 hydrogenatomer, for 6 og 2 eller for 9 og 3.

Opgave A4.10.5: Hvad antallet fortæller

Otte signaler er aflæst i otte forskellige NMR-spektre. For hvert signal er antallet af hydrogenatomer fundet ud fra integralet og molekylformlen.

Signal Antal hydrogenatomer δ i ppm
A 9 1,20
B 6 0,90
C 3 2,10
D 2 2,40
E 6 3,30
F 4 3,60
G 3 3,70
H 1 1,60
  1. Foreslå for hvert af de otte signaler, hvilke grupper signalet kommer fra: hvor mange grupper, hvilken slags, og hvad de sidder ved.
  2. Signal C og signal D ligger begge i intervallet for hydrogenatomer ved siden af C=O. Hvad er forskellen på de to grupper?
  3. Signal H står for 1 hydrogenatom. Hvilke to slags grupper kan give et signal med 1 hydrogenatom?

Brug to tabeller sammen. Tabellen i afsnit A4.10 viser, hvad antallet af hydrogenatomer peger på: 3 er en CH3-gruppe, 6 er to ens CH3-grupper, 9 er tre ens CH3-grupper, 2 er en CH2-gruppe, og 4 er to ens CH2-grupper. Tabellen i afsnit A4.9 viser, hvad det kemiske skift fortæller om gruppens naboer.

Et eksempel: signal E står for 6 hydrogenatomer og ligger ved 3,30 ppm. De 6 hydrogenatomer er to ens CH3-grupper. Intervallet 3,3 til 4,0 ppm hører til hydrogenatomer på et carbonatom med oxygen i alkoholer og ethere. Signal E kommer altså fra to ens methylgrupper, som hver sidder på et oxygenatom.

  1. Forslag til grupperne bag de otte signaler:
Signal Antal H δ i ppm Grupper Gruppernes plads
A 9 1,20 tre ens CH3 i en carbonkæde, på det samme carbonatom: (CH3)3C−
B 6 0,90 to ens CH3 i en carbonkæde, fx (CH3)2CH−
C 3 2,10 én CH3 ved siden af C=O: CH3−CO−
D 2 2,40 én CH2 ved siden af C=O: −CH2−CO−
E 6 3,30 to ens CH3 hver på et oxygenatom i en ether: CH3−O−
F 4 3,60 to ens CH2 hver på et oxygenatom i en alkohol eller en ether
G 3 3,70 én CH3 på et oxygenatom i en ether eller en ester
H 1 1,60 én CH i en carbonkæde

Signal A ligger lidt over intervallet 0,8 til 1,0 ppm. Det tyder på, at der sidder et oxygenatom eller en C=O ét carbonatom fra de tre methylgrupper.

  1. Signal C står for 3 hydrogenatomer og er en CH3-gruppe ved siden af C=O. Signal D står for 2 hydrogenatomer og er en CH2-gruppe ved siden af C=O. Det kemiske skift kan ikke skelne mellem de to grupper, men det kan integralet.

  2. Et signal med 1 hydrogenatom kan komme fra en CH-gruppe eller fra en OH-gruppe.

Opgave A4.10.6: Tilordning med integraler

Figuren viser NMR-spektret af ketonen 4,4-dimethylpentan-2-on, (CH3)3C−CH2−CO−CH3, som har molekylformlen C7H14O. Signal A ligger ved 1,02 ppm, signal B ved 2,10 ppm og signal C ved 2,35 ppm. Integralerne 4,50, 1,50 og 1,00 svarer til 9, 3 og 2 hydrogenatomer.

Figur 3: NMR-spektret af 4,4-dimethylpentan-2-on. Integralerne står under signalerne.
  1. Hvilke tre slags hydrogenatomer har 4,4-dimethylpentan-2-on, og hvor mange hydrogenatomer er der af hver slags?
  2. Signal B og signal C ligger begge i intervallet for hydrogenatomer ved siden af C=O. Forklar, hvordan integralerne afgør, hvilket af de to signaler der hører til CH2-gruppen.
  3. Vis tilordningen, som man gør til den skriftlige prøve: skriv formlen, sæt en farvet ring om hver gruppe, og lav en tabel med kolonnerne Signal, δ i ppm, Integral og Tilordning.

I 4,4-dimethylpentan-2-on sidder tre methylgrupper på det samme carbonatom. De er ens. Molekylet har også en CH2-gruppe og en methylgruppe, og de sidder på hver sin side af carbonylgruppen.

Både CH2-gruppen og den enlige methylgruppe i 4,4-dimethylpentan-2-on sidder ved siden af C=O og ligger ved 2,0 til 2,6 ppm. Det kemiske skift kan altså ikke skelne mellem dem. Se i stedet på antallet af hydrogenatomer: en CH2-gruppe har 2, og en methylgruppe har 3.

  1. 4,4-dimethylpentan-2-on har 9 hydrogenatomer i de tre ens methylgrupper, 2 hydrogenatomer i CH2-gruppen og 3 hydrogenatomer i methylgruppen ved siden af C=O.

  2. Signal C står for 2 hydrogenatomer og må være CH2-gruppen. Signal B står for 3 hydrogenatomer og må være methylgruppen ved siden af C=O.

  3. Tilordningen:

Figur 4: Tilordningen for 4,4-dimethylpentan-2-on: formlen med farvede ringe og tabellen med de samme farver.

4,4-dimethylpentan-2-on har 3 slags hydrogenatomer og 14 hydrogenatomer i alt, og det passer med de 3 signaler og antallene 9, 3 og 2.

Opgave A4.10.7: To isomerer med to signaler

To stoffer med molekylformlen C4H10O giver begge to signaler i NMR-spektret:

  • ethoxyethan, CH3−CH2−O−CH2−CH3
  • 2-methylpropan-2-ol, (CH3)3C−OH

Antallet af signaler kan altså ikke skelne mellem de to stoffer. NMR-spektret af det ene stof har signal A ved 1,21 ppm med integralet 1,50 og signal B ved 3,48 ppm med integralet 1,00.

  1. Hvor mange hydrogenatomer står hvert af de to signaler for i ethoxyethan, og hvor mange i 2-methylpropan-2-ol?
  2. Bestem ud fra integralerne og molekylformlen, hvor mange hydrogenatomer signal A og signal B står for.
  3. Hvilket af de to stoffer hører spektret til?
  4. Tjek svaret med de kemiske skift, og vis tilordningen med en formel med farvede ringe og en tabel.

Ethoxyethan er symmetrisk omkring oxygenatomet: de to methylgrupper er ens, og de to CH2-grupper er ens. I 2-methylpropan-2-ol er de tre methylgrupper ens, og hydrogenatomet på oxygenatomet giver sit eget signal.

Summen af integralerne er 2,50, og C4H10O har 10 hydrogenatomer. Så er integral pr. H = 2,50 / 10 = 0,250. Divider hvert integral med 0,250, og sammenlign de to antal med svaret på spørgsmål a.

Til spørgsmål d: afsnit A4.9 viser, at CH2-gruppen i en ethoxygruppe ligger omkring 3,5 ppm og methylgruppen omkring 1,2 ppm.

  1. Ethoxyethan har to ens methylgrupper med 6 hydrogenatomer og to ens CH2-grupper med 4 hydrogenatomer. 2-methylpropan-2-ol har tre ens methylgrupper med 9 hydrogenatomer og 1 hydrogenatom på oxygenatomet.

  2. Summen af integralerne er 2,50, og den svarer til de 10 hydrogenatomer i C4H10O.

\[ \text{integral pr. H} = \dfrac{2{,}50}{10} = 0{,}250 \]

\[ \text{antal H i signal A} = \dfrac{1{,}50}{0{,}250} = 6 \]

\[ \text{antal H i signal B} = \dfrac{1{,}00}{0{,}250} = 4 \]

Signal A står for 6 hydrogenatomer, og signal B står for 4.

  1. og d. Spektret hører til ethoxyethan.
Figur 5: Tilordningen for ethoxyethan: formlen med farvede ringe og tabellen med de samme farver.

Antallene 6 og 4 passer med ethoxyethan. 2-methylpropan-2-ol ville give 9 og 1 hydrogenatomer. De kemiske skift passer også: CH2-grupperne sidder på oxygenatomet, og methylgrupperne sidder ét carbonatom fra oxygenatomet.

Opgave A4.10.8: Find fejlen i aflæsningen

En elev skal bestemme antallet af hydrogenatomer for de tre signaler i NMR-spektret af en ester med molekylformlen C7H14O2. Integralkurven begynder til venstre i spektret og stiger i tre trin. Eleven måler med en lineal, hvor højt kurven ligger over sin begyndelse efter hvert signal.

Kurven er målt efter signalet ved Kurvens højde over begyndelsen
3,77 ppm 10 mm
2,06 ppm 25 mm
0,93 ppm 70 mm

Eleven skriver: “Trinnene er 10 mm, 25 mm og 70 mm, tilsammen 105 mm. Højden pr. hydrogenatom er 105 mm / 14 = 7,5 mm. Signalerne står for 1,3, 3,3 og 9,3 hydrogenatomer.”

  1. Forklar, hvad eleven har gjort forkert.
  2. Find de rigtige højder af de tre trin.
  3. Bestem, hvor mange hydrogenatomer hvert af de tre signaler står for.

Et signals integral er højden af signalets eget trin: forskellen mellem kurvens højde lige efter signalet og kurvens højde lige før signalet. Eleven har målt noget andet. Læg også mærke til, at elevens tre resultater ikke er hele tal.

Kurven ligger 10 mm over begyndelsen efter signalet ved 3,77 ppm og 25 mm over begyndelsen efter signalet ved 2,06 ppm. Trinnet ved 2,06 ppm er altså 25 mm − 10 mm. Find trinnet ved 0,93 ppm på samme måde. De tre trin er tilsammen lige så høje som hele kurven, altså 70 mm.

  1. Eleven har målt kurvens samlede højde over begyndelsen efter hvert signal. Hvert af de to sidste tal indeholder derfor også de trin, der kommer før. Et signals integral er kun højden af signalets eget trin. Fejlen viser sig ved, at resultaterne ikke er hele tal.

  2. Trinnet ved 3,77 ppm er 10 mm. De to andre trin er

\[ \text{trin ved 2,06 ppm} = 25\ \mathrm{mm} - 10\ \mathrm{mm} = 15\ \mathrm{mm} \]

\[ \text{trin ved 0,93 ppm} = 70\ \mathrm{mm} - 25\ \mathrm{mm} = 45\ \mathrm{mm} \]

Trinnet ved 2,06 ppm er 15 mm, og trinnet ved 0,93 ppm er 45 mm.

  1. Trinnene er tilsammen 10 mm + 15 mm + 45 mm = 70 mm, og de svarer til de 14 hydrogenatomer i C7H14O2.

\[ \text{højde pr. H} = \dfrac{70\ \mathrm{mm}}{14} = 5{,}0\ \mathrm{mm} \]

\[ \text{antal H ved 3,77 ppm} = \dfrac{10\ \mathrm{mm}}{5{,}0\ \mathrm{mm}} = 2 \]

\[ \text{antal H ved 2,06 ppm} = \dfrac{15\ \mathrm{mm}}{5{,}0\ \mathrm{mm}} = 3 \]

\[ \text{antal H ved 0,93 ppm} = \dfrac{45\ \mathrm{mm}}{5{,}0\ \mathrm{mm}} = 9 \]

Signalet ved 3,77 ppm står for 2 hydrogenatomer, signalet ved 2,06 ppm for 3 og signalet ved 0,93 ppm for 9. Tilsammen er det 14, som i molekylformlen.

Opgaver i eksamensstil

Opgaverne ligner delopgaverne i den skriftlige prøve i kemi A. Skriv svarene, som du ville gøre til prøven: vis beregningen af antallet af hydrogenatomer, og vis tilordningen med en formel med en farvet ring om hver gruppe og en tabel over signalerne. Hold teksten kort.

Opgave A4.10.eks.1: En diester

Diestere er estere med to estergrupper i molekylet. Flere diestere bruges som opløsningsmidler i maling, lak og trykfarver. En diester med molekylformlen C6H10O4 skal identificeres. Figuren viser to forslag til strukturen, struktur I og struktur II, og diesterens NMR-spektrum med integralerne skrevet under signalerne. Signal A ligger ved 2,60 ppm og signal B ved 3,70 ppm.

Figur 6: To forslag til diesterens struktur og NMR-spektret af diesteren.
  1. Bestem antallet af hydrogenatomer, hvert af de to signaler svarer til.
  2. Forklar, hvorfor antallet af signaler ikke kan vise, om diesteren er struktur I eller struktur II.
  3. Bestem diesterens struktur, og vis tilordningen.
  4. Forklar, hvorfor et IR-spektrum ikke kan vise, om diesteren er struktur I eller struktur II.

Læg de to integraler sammen. Summen svarer til de 10 hydrogenatomer i C6H10O4. Find integralet pr. hydrogenatom, og divider hvert integral med det.

Til spørgsmål b: begge strukturer er symmetriske omkring midten af molekylet. Sæt en ring om hver gruppe, og giv ens grupper samme farve.

Begge strukturer har to ens methylgrupper og to ens CH2-grupper. I struktur I sidder methylgrupperne på oxygenatomerne i estergrupperne, og CH2-grupperne sidder ved siden af C=O. I struktur II er det omvendt. Slå de to pladser op i tabellen i afsnit A4.9, og se, om signalet med 6 hydrogenatomer ligger ved 2,0 til 2,6 ppm eller ved 3,7 til 4,3 ppm.

Til spørgsmål d: find de funktionelle grupper i de to strukturer, og tænk på, hvilke bånd over 1500 cm−1 de giver.

  1. Summen af integralerne er 2,50, og den svarer til de 10 hydrogenatomer i C6H10O4.

\[ \text{integral pr. H} = \dfrac{2{,}50}{10} = 0{,}250 \]

\[ \text{antal H i signal A} = \dfrac{1{,}00}{0{,}250} = 4 \]

\[ \text{antal H i signal B} = \dfrac{1{,}50}{0{,}250} = 6 \]

Signal A svarer til 4 hydrogenatomer og signal B til 6.

  1. Struktur I og struktur II er begge symmetriske omkring midten af molekylet. I begge strukturer er de to methylgrupper ens, og de to CH2-grupper er ens. Begge strukturer giver derfor 2 signaler.

  2. Diesteren er struktur I, dimethylbutandioat.

Figur 7: Tilordningen for dimethylbutandioat: formlen med farvede ringe og tabellen med de samme farver.

Struktur I har 2 slags hydrogenatomer og 10 hydrogenatomer i alt. I struktur II sidder methylgrupperne ved siden af C=O, så signalet med 6 hydrogenatomer ville ligge ved 2,0 til 2,6 ppm.

  1. Struktur I og struktur II har de samme funktionelle grupper: to estergrupper og en mættet carbonkæde. Begge giver derfor et C=O-bånd ved 1750 til 1735 cm−1 og C−H-bånd ved 2960 til 2850 cm−1, og ingen af dem har andre bånd over 1500 cm−1. IR-spektret viser de funktionelle grupper, men ikke hvordan de sidder sammen.

Opgave A4.10.eks.2: Hvilken ester er dannet?

I et laboratorium er der fremstillet en ester ved en kondensation af en carboxylsyre og en alkohol. Esteren har molekylformlen C7H14O2. Figuren viser tre forslag til esterens struktur og esterens NMR-spektrum med integralkurve. Trinnenes højde er skrevet ved kurven. Signal A ligger ved 1,02 ppm, signal B ved 2,19 ppm og signal C ved 3,65 ppm.

Figur 8: Tre forslag til esterens struktur og NMR-spektret af esteren med integralkurve.
  1. Bestem antallet af hydrogenatomer, hvert af de tre signaler svarer til.
  2. Angiv, hvilken slags gruppe hvert af de tre antal peger på.
  3. Bestem esterens struktur blandt forslagene I, II og III, og vis tilordningen.
  4. Angiv navn og formel for den carboxylsyre og den alkohol, esteren er dannet af.

Læg de tre trins højder sammen. Summen svarer til de 14 hydrogenatomer i C7H14O2. Find højden pr. hydrogenatom, og divider hvert trins højde med den.

Alle tre forslag har tre ens methylgrupper, én CH2-gruppe og én methylgruppe, der sidder alene. Antallene alene kan altså ikke afgøre det. Se på, hvor CH2-gruppen og den enlige methylgruppe sidder i hvert forslag: ved siden af C=O (2,0 til 2,6 ppm), på oxygenatomet i estergruppen (3,7 til 4,3 ppm) eller i en carbonkæde (0,8 til 1,0 ppm). Sammenlign med signalet med 2 hydrogenatomer og signalet med 3 hydrogenatomer. Signal C ved 3,65 ppm ligger lige ved den nedre grænse af intervallet for estere.

Til spørgsmål d: del esteren ved estergruppen. Den del, der har C=O, kommer fra carboxylsyren, og den del, der sidder på oxygenatomet, kommer fra alkoholen.

  1. Trinnene er tilsammen 45 mm + 10 mm + 15 mm = 70 mm, og de svarer til de 14 hydrogenatomer i C7H14O2.

\[ \text{højde pr. H} = \dfrac{70\ \mathrm{mm}}{14} = 5{,}0\ \mathrm{mm} \]

\[ \text{antal H i signal A} = \dfrac{45\ \mathrm{mm}}{5{,}0\ \mathrm{mm}} = 9 \]

\[ \text{antal H i signal B} = \dfrac{10\ \mathrm{mm}}{5{,}0\ \mathrm{mm}} = 2 \]

\[ \text{antal H i signal C} = \dfrac{15\ \mathrm{mm}}{5{,}0\ \mathrm{mm}} = 3 \]

Signal A svarer til 9 hydrogenatomer, signal B til 2 og signal C til 3.

  1. De 9 hydrogenatomer er tre ens CH3-grupper, de 2 hydrogenatomer er én CH2-gruppe, og de 3 hydrogenatomer er én CH3-gruppe.

  2. Esteren er struktur I, methyl-3,3-dimethylbutanoat.

Figur 9: Tilordningen for methyl-3,3-dimethylbutanoat: formlen med farvede ringe og tabellen med de samme farver.

Struktur I har 3 slags hydrogenatomer og 14 hydrogenatomer i alt. I struktur II sidder CH2-gruppen på oxygenatomet, så signalet med 2 hydrogenatomer ville ligge ved 3,7 til 4,3 ppm. I struktur III sidder den enlige methylgruppe i en carbonkæde, så signalet med 3 hydrogenatomer ville ligge omkring 1 ppm.

  1. Esteren er dannet af carboxylsyren 3,3-dimethylbutansyre, (CH3)3C−CH2−COOH, og alkoholen methanol, CH3OH.

Opgave A4.10.eks.3: Et opløsningsmiddel til lak

Diacetonealkohol er et opløsningsmiddel, som bruges i lak og træbeskyttelse. Stoffet har molekylformlen C6H12O2, og molekylet har både en carbonylgruppe og en hydroxygruppe. Figuren viser tre forslag til strukturen og stoffets NMR-spektrum med integralerne skrevet under signalerne. Signal A ligger ved 1,26 ppm, signal B ved 2,18 ppm, signal C ved 2,60 ppm og signal D ved 3,80 ppm.

Signal D er lavt og bredt. Sådan et signal kommer fra hydrogenatomet i en hydroxygruppe, og dets kemiske skift kan ikke slås op i tabellen i afsnit A4.9.

Figur 10: Tre forslag til strukturen af diacetonealkohol og NMR-spektret af stoffet.
  1. Bestem antallet af hydrogenatomer, hvert af de fire signaler svarer til.
  2. Angiv for hver af strukturerne I, II og III antallet af signaler og antallet af hydrogenatomer bag hvert signal.
  3. Bestem strukturen af diacetonealkohol, og vis tilordningen.
  4. Foreslå en kemisk test, der kan skelne mellem struktur I og struktur II, og beskriv, hvad man ser.

Læg de fire integraler sammen. Summen svarer til de 12 hydrogenatomer i C6H12O2. Find integralet pr. hydrogenatom, og divider hvert integral med det.

Til spørgsmål b: methylgrupper på det samme carbonatom er ens. Hydrogenatomet i hydroxygruppen giver sit eget signal.

Struktur III har tre ens methylgrupper og giver et signal med 9 hydrogenatomer. Har spektret sådan et signal? Struktur I og struktur II giver de samme antal hydrogenatomer, så her må det kemiske skift afgøre det: se på, hvor CH2-gruppen sidder i de to strukturer, og sammenlign med signalet med 2 hydrogenatomer.

Til spørgsmål d: afgør, om hydroxygruppen i struktur I og i struktur II sidder i en primær, en sekundær eller en tertiær alkohol, og find i afsnit A3.4 en test, der virker på den ene slags og ikke på den anden.

  1. Summen af integralerne er 6,00, og den svarer til de 12 hydrogenatomer i C6H12O2.

\[ \text{integral pr. H} = \dfrac{6{,}00}{12} = 0{,}500 \]

\[ \text{antal H i signal A} = \dfrac{3{,}00}{0{,}500} = 6 \]

\[ \text{antal H i signal B} = \dfrac{1{,}50}{0{,}500} = 3 \]

\[ \text{antal H i signal C} = \dfrac{1{,}00}{0{,}500} = 2 \]

\[ \text{antal H i signal D} = \dfrac{0{,}50}{0{,}500} = 1 \]

Signal A svarer til 6 hydrogenatomer, signal B til 3, signal C til 2 og signal D til 1.

  1. Signalerne fra de tre strukturer:
Struktur Antal signaler Antal hydrogenatomer bag signalerne
I 4 6 (to ens CH3), 2 (CH2), 3 (CH3) og 1 (OH)
II 4 6 (to ens CH3), 2 (CH2), 3 (CH3) og 1 (OH)
III 3 9 (tre ens CH3), 2 (CH2) og 1 (OH)
  1. Diacetonealkohol er struktur I, 4-hydroxy-4-methylpentan-2-on.
Figur 11: Tilordningen for 4-hydroxy-4-methylpentan-2-on: formlen med farvede ringe og tabellen med de samme farver.

Struktur I har 4 slags hydrogenatomer og 12 hydrogenatomer i alt. Struktur III giver kun 3 signaler. I struktur II sidder CH2-gruppen på oxygenatomet, så signalet med 2 hydrogenatomer ville ligge ved 3,3 til 4,0 ppm.

  1. Dichromat i sur opløsning kan skelne mellem de to strukturer. Struktur II er en primær alkohol, som bliver oxideret, så farven skifter fra orange til grøn. Struktur I er en tertiær alkohol, som ikke bliver oxideret, så opløsningen bliver ved med at være orange.