Opgaver til A4.11

Opgaverne hører til afsnit A4.11 Kobling. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave A4.11.1: Fra naboer til linjer og tilbage

Et signal fra hydrogenatomer med n nabo-hydrogenatomer splittes op i n + 1 linjer. Reglen bruges begge veje: fra en struktur til et spektrum og fra et spektrum til en struktur.

Den første tabel går fra naboer til linjer:

Nabo-hydrogenatomer Linjer i signalet Signalets navn
0
1
2
3
4

Den anden tabel går fra linjer til naboer:

Signalets navn Linjer i signalet Nabo-hydrogenatomer
kvartet
dublet
septet
singlet
triplet
  1. Udfyld de to tomme kolonner i den første tabel.
  2. Udfyld de to tomme kolonner i den anden tabel.
  3. I isopropylgruppen, (CH3)2CH−, sidder en CH-gruppe mellem to methylgrupper. Hvor mange nabo-hydrogenatomer har hydrogenatomet i CH-gruppen, og hvad hedder dets signal?

Reglen om n + 1 står i tabellen under overskriften “Reglen om n + 1” i afsnit A4.11. Går du fra naboer til linjer, lægger du 1 til antallet af nabo-hydrogenatomer. Går du fra linjer til naboer, trækker du 1 fra antallet af linjer.

Signalets navn fortæller antallet af linjer: en singlet har 1 linje, en dublet 2, en triplet 3, en kvartet 4, en kvintet 5 og en septet 7. En kvartet har altså 4 linjer, og gruppen har 3 nabo-hydrogenatomer, én færre end antallet af linjer.

Til spørgsmål c om isopropylgruppen, (CH3)2CH−: nabo-hydrogenatomerne kan sidde på flere nabocarbonatomer. Tæl hydrogenatomerne i begge methylgrupper.

  1. Fra naboer til linjer:
Nabo-hydrogenatomer Linjer i signalet Signalets navn
0 1 singlet
1 2 dublet
2 3 triplet
3 4 kvartet
4 5 kvintet
  1. Fra linjer til naboer:
Signalets navn Linjer i signalet Nabo-hydrogenatomer
kvartet 4 3
dublet 2 1
septet 7 6
singlet 1 0
triplet 3 2
  1. Hydrogenatomet i CH-gruppen i isopropylgruppen har 6 nabo-hydrogenatomer, 3 i hver methylgruppe, fordi begge methylgrupper sidder på CH-gruppens carbonatom. Signalet har 7 linjer, én mere end antallet af naboer, og er en septet.

Opgave A4.11.2: Hvem er naboer?

Naboer er hydrogenatomer på et carbonatom, der sidder lige ved siden af gruppens eget carbonatom. Tabellen viser seks grupper i to molekyler: ethoxypropanon, CH3−CO−CH2−O−CH2−CH3, og 2-methylpropan-2-ol, (CH3)3C−OH. Den gruppe, spørgsmålet handler om, er skrevet med fed skrift i formlen.

Nr. Molekyle Gruppen, spørgsmålet handler om
1 CH3−CO−CH2−O−CH2−CH3 methylgruppen ved siden af C=O
2 CH3−CO−CH2−O−CH2−CH3 CH2-gruppen mellem C=O og oxygenatomet
3 CH3−CO−CH2−O−CH2−CH3 CH2-gruppen i ethylgruppen
4 CH3−CO−CH2−O−CH2−CH3 methylgruppen i ethylgruppen
5 (CH3)3C−OH de tre methylgrupper
6 (CH3)3C−OH hydrogenatomet på oxygenatomet
  1. Angiv for hver af de seks grupper antallet af nabo-hydrogenatomer og signalets opsplitning.
  2. Gruppe 1, gruppe 2 og gruppe 5 har andre hydrogenatomer tæt på sig i molekylet. Forklar for hver af de tre grupper, hvorfor de hydrogenatomer ikke splitter gruppens signal op.
  3. I 1,2-dimethoxyethan, CH3−O−CH2−CH2−O−CH3, sidder to CH2-grupper lige ved siden af hinanden. Alligevel er deres signal en singlet med 4 H. Forklar hvorfor.

Find gruppens eget carbonatom, og se på de atomer, det er bundet til. Kun hydrogenatomer på et nabocarbonatom tæller som naboer. Tabellen under overskriften “Hvem er naboer?” i afsnit A4.11 viser, hvilke hydrogenatomer der kobler, og hvilke der ikke kobler.

Der er tre grunde til, at hydrogenatomer tæt på en gruppe ikke kobler med gruppen:

  • Der sidder et oxygenatom eller en C=O imellem, som i H−C−O−C−H og H−C−CO−C−H.
  • Hydrogenatomet sidder på et oxygenatom, som i −OH.
  • Hydrogenatomerne er ens.

I ethoxypropanon har CH2-gruppen i ethylgruppen et oxygenatom på den ene side og en methylgruppe på den anden. Kun methylgruppens hydrogenatomer tæller som naboer.

Til spørgsmål c om 1,2-dimethoxyethan: afgør som i afsnit A4.8, om de to CH2-grupper i CH3−O−CH2−CH2−O−CH3 er ens eller forskellige. Du kan begynde sådan: “Molekylet er symmetrisk, så de to CH2-grupper er …”

  1. Naboerne til de seks grupper:
Nr. Gruppe Nabo-H Opsplitning
1 methylgruppen ved siden af C=O 0 singlet
2 CH2-gruppen mellem C=O og oxygenatomet 0 singlet
3 CH2-gruppen i ethylgruppen 3 kvartet
4 methylgruppen i ethylgruppen 2 triplet
5 de tre methylgrupper 0 singlet
6 hydrogenatomet på oxygenatomet kobler ikke bred singlet
  1. Gruppe 1: methylgruppen i ethoxypropanon sidder på carbonylgruppens carbonatom, som ikke har hydrogenatomer. De nærmeste hydrogenatomer sidder på den anden side af C=O, og kobling går ikke hen over en carbonylgruppe.

Gruppe 2: CH2-gruppen i ethoxypropanon har C=O på den ene side og et oxygenatom på den anden. Kobling går hverken hen over en carbonylgruppe eller et oxygenatom.

Gruppe 5: de ni hydrogenatomer i de tre methylgrupper i 2-methylpropan-2-ol er ens, og ens hydrogenatomer kobler ikke med hinanden. Det carbonatom, methylgrupperne sidder på, har ingen hydrogenatomer, og hydrogenatomet på oxygenatomet kobler ikke.

  1. 1,2-dimethoxyethan er symmetrisk, så de to CH2-grupper er ens. De fire hydrogenatomer giver ét signal, og ens hydrogenatomer kobler ikke med hinanden. Methylgrupperne sidder på den anden side af et oxygenatom og tæller ikke som naboer. Signalet fra de to CH2-grupper er derfor en singlet.

Opgave A4.11.3: Højderne i en triplet og en kvartet

En nabo-hydrogenkerne er en lille magnet, som kan pege med magnetfeltet (↑) eller mod magnetfeltet (↓). En nabokerne, der peger med feltet, flytter signalet et lille skridt til den ene side. En nabokerne, der peger mod feltet, flytter signalet et lige så stort skridt til den anden side.

  1. En gruppe har én nabo-hydrogenkerne. Skriv de to muligheder for nabokernens retning, og forklar, hvorfor signalet bliver en dublet med to lige høje linjer.
  2. Methylgruppen i en ethylgruppe, CH3−CH2−, har to nabo-hydrogenkerner. Skriv de fire kombinationer af de to nabokerners retninger, og forklar, hvorfor signalet bliver en triplet med højderne 1 : 2 : 1.
  3. CH2-gruppen i en ethylgruppe, CH3−CH2−, har tre nabo-hydrogenkerner. Skriv de otte kombinationer af de tre nabokerners retninger, og forklar, hvorfor signalet bliver en kvartet med højderne 1 : 3 : 3 : 1.

Hver nabokerne har to muligheder, ↑ og ↓. To nabokerner giver 4 kombinationer, og tre nabokerner giver 8 kombinationer, for hver ny nabokerne fordobler antallet. Skriv dem systematisk: begynd med alle pile op, og vend én pil ad gangen. Figuren under overskriften “Naboerne deler signalet” i afsnit A4.11 viser kombinationerne.

Sortér kombinationerne efter, hvor mange nabokerner der peger med feltet. Kombinationer med lige mange pile op flytter signalet lige langt og lander i den samme linje. Alle kombinationer er lige almindelige blandt prøvens molekyler, så linjens højde følger antallet af kombinationer i linjen.

Du kan begynde forklaringen af tripletten sådan: “I kombinationerne ↑↓ og ↓↑ peger én nabokerne med feltet og én mod feltet, så de to virkninger …”

  1. Nabokernen peger enten med feltet, ↑, eller mod feltet, ↓. I halvdelen af prøvens molekyler peger nabokernen med feltet, og signalet flyttes et lille skridt til den ene side. I den anden halvdel peger nabokernen mod feltet, og signalet flyttes lige så langt til den anden side. Signalet bliver derfor to linjer, en dublet. De to muligheder er lige almindelige, så linjerne er lige høje: 1 : 1.

  2. De fire kombinationer for de to nabokerner på CH2-gruppen:

Nabokerner med feltet Kombinationer Antal
2 ↑↑ 1
1 ↑↓ og ↓↑ 2
0 ↓↓ 1

I ↑↓ og ↓↑ peger én nabokerne med feltet og én mod feltet, så de to virkninger ophæver hinanden. Begge kombinationer giver en linje på samme sted, midt i signalet. Methylgruppens signal har derfor tre linjer, en triplet, og den midterste linje er dobbelt så høj som de to yderste: 1 : 2 : 1.

  1. De otte kombinationer for de tre nabokerner på methylgruppen:
Nabokerner med feltet Kombinationer Antal
3 ↑↑↑ 1
2 ↑↑↓, ↑↓↑ og ↓↑↑ 3
1 ↑↓↓, ↓↑↓ og ↓↓↑ 3
0 ↓↓↓ 1

Kombinationer med lige mange nabokerner med feltet flytter signalet lige langt og giver den samme linje. CH2-gruppens signal har derfor fire linjer, en kvartet, med højderne 1 : 3 : 3 : 1.

Opgave A4.11.4: Genkend mønstrene

Nogle grupper giver et mønster af signaler, som er let at kende igen. Figuren viser seks mønstre. Signalerne er tegnet som pinde, og under hvert signal står signalets integral som et antal hydrogenatomer.

Figur 1: Seks mønstre med et eller to signaler. Under hvert signal står antallet af hydrogenatomer.
  1. Angiv for hvert signal i de seks mønstre signalets opsplitning og antallet af nabo-hydrogenatomer.
  2. Hvilken gruppe viser hvert af de seks mønstre? Vælg mellem ethylgruppen, CH3−CH2−, isopropylgruppen, (CH3)2CH−, gruppen CH3−CH−, gruppen −CH2−CH2−, en methylgruppe uden nabo-hydrogenatomer og tre ens methylgrupper, (CH3)3C−.
  3. Mønster 3 og mønster 6 har begge en kvartet. Forklar, hvordan du ser forskel på en ethylgruppe og gruppen CH3−CH−.

Tæl pindene i hvert signal. Antallet af linjer minus 1 er antallet af nabo-hydrogenatomer. Tæl omhyggeligt i signalet med mange linjer i mønster 1: de to yderste linjer er meget lave.

Tallet under hvert signal er integralet. Det viser, hvor mange hydrogenatomer gruppen selv har.

Begynd med integralet: 3 H er en methylgruppe, 2 H er en CH2-gruppe, 1 H er en CH-gruppe, 6 H er to ens methylgrupper, og 9 H er tre ens methylgrupper. Opsplitningen viser derefter, hvor mange hydrogenatomer nabocarbonatomet har.

I mønster 3 er signalet med 3 H en triplet. Methylgruppen har altså 2 nabo-hydrogenatomer og sidder ved siden af en CH2-gruppe. Tabellen under overskriften “Ethylgruppen” i afsnit A4.11 har alle seks mønstre.

  1. og b. De seks mønstre:
Mønster Signaler Nabo-H Gruppe
1 septet med 1 H og dublet med 6 H 6 og 1 isopropylgruppen, (CH3)2CH−
2 singlet med 3 H 0 en methylgruppe uden nabo-hydrogenatomer
3 kvartet med 2 H og triplet med 3 H 3 og 2 ethylgruppen, CH3−CH2−
4 to tripletter med 2 H hver 2 og 2 −CH2−CH2−
5 singlet med 9 H 0 tre ens methylgrupper, (CH3)3C−
6 kvartet med 1 H og dublet med 3 H 3 og 1 CH3−CH−
  1. Integralet og det andet signal i mønstret viser forskellen. I ethylgruppen har kvartetten 2 H, fordi den kommer fra en CH2-gruppe, og methylgruppen er en triplet, fordi den har 2 nabo-hydrogenatomer. I gruppen CH3−CH− har kvartetten kun 1 H, fordi den kommer fra en CH-gruppe, og methylgruppen er en dublet, fordi den har 1 nabo-hydrogenatom.

Opgave A4.11.5: Forudsig opsplitningen

Opsplitningen kan forudsiges ud fra strukturen. Forudsig for hvert af de tre stoffer antallet af signaler i NMR-spektret, og angiv for hvert signal integralet, antallet af nabo-hydrogenatomer og opsplitningen.

  1. diethylether (ethoxyethan), CH3−CH2−O−CH2−CH3
  2. 1-methylethylethanoat (isopropylethanoat), CH3−CO−O−CH(CH3)2
  3. 2-ethoxypropan, CH3−CH2−O−CH(CH3)2

Find først grupperne af ens hydrogenatomer, som i afsnit A4.8: sæt en ring om hver CH3, CH2 og CH, og giv ens grupper samme farve.

Diethylether er symmetrisk omkring oxygenatomet, så de to ethylgrupper er ens. De to methylgrupper i gruppen −CH(CH3)2 sidder på det samme carbonatom og er ens.

Stil forudsigelsen op i en tabel med kolonnerne Gruppe, Integral, Nabo-H og Opsplitning, som i eksemplet med butanon i afsnit A4.11. Tæl for hver gruppe hydrogenatomerne på nabocarbonatomerne, og læg 1 til for at få antallet af linjer.

Husk, at kobling ikke går hen over et oxygenatom eller en C=O. I 2-ethoxypropan har CH2-gruppen derfor kun methylgruppen som nabo, selv om CH-gruppen sidder på den anden side af oxygenatomet.

  1. Diethylether, CH3−CH2−O−CH2−CH3, har 2 signaler:
Gruppe Integral Nabo-H Opsplitning
de to CH3 6 H 2 triplet
de to CH2 på oxygenatomet 4 H 3 kvartet
  1. 1-methylethylethanoat, CH3−CO−O−CH(CH3)2, har 3 signaler:
Gruppe Integral Nabo-H Opsplitning
CH3 ved siden af C=O 3 H 0 singlet
CH på oxygenatomet 1 H 6 septet
de to CH3 på CH-gruppen 6 H 1 dublet
  1. 2-ethoxypropan, CH3−CH2−O−CH(CH3)2, har 4 signaler:
Gruppe Integral Nabo-H Opsplitning
CH3 i ethylgruppen 3 H 2 triplet
CH2 på oxygenatomet 2 H 3 kvartet
CH på oxygenatomet 1 H 6 septet
de to CH3 på CH-gruppen 6 H 1 dublet

Integralerne giver tilsammen antallet af hydrogenatomer i hvert stof: 10 i diethylether, C4H10O, 10 i 1-methylethylethanoat, C5H10O2, og 12 i 2-ethoxypropan, C5H12O.

Opgave A4.11.6: Integral eller opsplitning?

Emil har tolket et NMR-spektrum. I hans besvarelse står der tre sætninger:

  1. “Signalet ved 1,2 ppm er en triplet. Gruppen har altså tre hydrogenatomer.”
  2. “Signalet ved 3,5 ppm er en kvartet. Gruppen har altså fire hydrogenatomer.”
  3. “Signalet ved 2,1 ppm er en singlet. Gruppen har altså ét hydrogenatom.”

Tabellen viser fem signaler fra andre spektre:

Signal Opsplitning Integral
1 triplet 2 H
2 kvartet 1 H
3 dublet 6 H
4 singlet 9 H
5 septet 1 H
  1. Emil gør den samme fejl i alle tre sætninger. Forklar fejlen.
  2. Angiv for hvert af de fem signaler i tabellen, hvilken gruppe signalet kommer fra (CH, CH2, CH3, to ens CH3 eller tre ens CH3), og hvor mange nabo-hydrogenatomer gruppen har.
  3. Signalet ved 1,2 ppm i Emils spektrum er en triplet med integralet 3 H. Skriv en rigtig sætning om, hvad integralet og opsplitningen fortæller om gruppen.

Et signal giver to forskellige oplysninger. Integralet fortæller om gruppen selv. Opsplitningen fortæller om nabocarbonatomerne. Læs boksen “Opsplitningen fortæller om naboerne” i afsnit A4.11.

Til spørgsmål b om de fem signaler: integralet giver gruppen. 1 H er en CH-gruppe, 2 H en CH2-gruppe, 3 H en methylgruppe, 6 H to ens methylgrupper og 9 H tre ens methylgrupper. Antallet af linjer minus 1 giver antallet af nabo-hydrogenatomer.

Til spørgsmål c om tripletten med integralet 3 H kan du begynde sådan: “Integralet 3 H viser, at gruppen selv er en … Tripletten viser, at nabocarbonatomet har …”

  1. Emil bruger opsplitningen til at tælle gruppens egne hydrogenatomer. Opsplitningen fortæller om naboerne: antallet af linjer minus 1 er antallet af nabo-hydrogenatomer. En triplet betyder 2 nabo-hydrogenatomer, en kvartet 3 og en singlet 0. Gruppens eget antal hydrogenatomer står i integralet.

  2. De fem signaler:

Signal Opsplitning Integral Gruppen selv Nabo-H Det kan være
1 triplet 2 H CH2 2 CH2 ved siden af en anden CH2-gruppe
2 kvartet 1 H CH 3 CH ved siden af CH3
3 dublet 6 H to ens CH3 1 de to CH3 i en isopropylgruppe
4 singlet 9 H tre ens CH3 0 (CH3)3C−
5 septet 1 H CH 6 CH i en isopropylgruppe

Et signal med 1 H kan også komme fra −OH, men hydrogenatomet i −OH giver en bred singlet. Signal 2 og signal 5 er splittet op, så de kommer fra CH-grupper.

  1. Integralet 3 H viser, at gruppen selv er en methylgruppe. Tripletten viser, at nabocarbonatomet har 2 hydrogenatomer. Gruppen er altså en CH3 ved siden af en CH2.

Opgave A4.11.7: Aflæs et helt spektrum

Figuren viser NMR-spektret af esteren methyl-2-methylpropanoat, som har molekylformlen C5H10O2. Ringen om en gruppe i strukturen har samme farve som prikken ved gruppens signal. Over hvert opsplittet signal er der en forstørrelse, og under hvert signal står integralet. Signalerne ligger ved 1,17 ppm (A), 2,56 ppm (B) og 3,67 ppm (C).

De yderste linjer i et signal med mange linjer er meget lave. Tæl derfor linjerne omhyggeligt i forstørrelsen.

Figur 2: Methyl-2-methylpropanoat og stoffets NMR-spektrum.
Signal δ i ppm Integral Opsplitning Nabo-H Gruppe
A 1,17
B 2,56
C 3,67
  1. Aflæs spektret af methyl-2-methylpropanoat, og udfyld tabellens fire tomme kolonner.
  2. To af signalerne viser tilsammen, at methyl-2-methylpropanoat har en isopropylgruppe, (CH3)2CH−. Hvilke to signaler er det? Begrund svaret.
  3. Forklar, hvorfor signal C er en singlet.

Integralet står som et tal under hvert signal i spektret af methyl-2-methylpropanoat. Integralerne giver tilsammen 10, som er antallet af hydrogenatomer i C5H10O2, så hvert tal er et antal hydrogenatomer.

Tæl linjerne i forstørrelsen over signal A og i forstørrelsen over signal B. Signal B har to meget lave linjer yderst. Signal C har ingen forstørrelse, fordi signalet kun har én linje.

Antallet af linjer minus 1 er antallet af nabo-hydrogenatomer. Signal A har 2 linjer, så gruppen bag signal A har 1 nabo-hydrogenatom. Farverne viser, hvilken gruppe i methyl-2-methylpropanoat hvert signal kommer fra.

Til spørgsmål c om signal C kan du begynde sådan: “Mellem methylgruppen bag signal C og resten af molekylet sidder der et …”

  1. Den udfyldte tabel for methyl-2-methylpropanoat:
Signal δ i ppm Integral Opsplitning Nabo-H Gruppe
A 1,17 6 H dublet 1 de to CH3 på CH-gruppen
B 2,56 1 H septet 6 CH ved siden af C=O
C 3,67 3 H singlet 0 CH3 på oxygenatomet i estergruppen

Integralerne giver 6, 1 og 3 hydrogenatomer, i alt 10, som molekylformlen C5H10O2 siger.

  1. Signal A og signal B. En dublet med 6 H og en septet med 1 H er mønstret for en isopropylgruppe: de to methylgrupper har 1 nabo-hydrogenatom på CH-gruppen, og CH-gruppen har 6 nabo-hydrogenatomer på de to methylgrupper.

  2. Methylgruppen bag signal C sidder på oxygenatomet i estergruppen. Kobling går ikke hen over et oxygenatom, så methylgruppen har 0 nabo-hydrogenatomer og giver en singlet.

Opgave A4.11.8: En hel tilordning

Stoffet 4-methoxybutan-2-on har formlen CH3−CO−CH2−CH2−O−CH3 og molekylformlen C5H10O2. Figuren viser stoffets NMR-spektrum. Signalerne ligger ved 2,17 ppm (A), 2,60 ppm (B), 3,33 ppm (C) og 3,63 ppm (D).

Figur 3: NMR-spektret af 4-methoxybutan-2-on.
  1. Tilordn de fire signaler til grupperne i 4-methoxybutan-2-on. Skriv besvarelsen som en tabel med kemisk skift, integral, opsplitning, antal nabo-hydrogenatomer og tilordning, og vis tilordningen med en farvet ring om hver gruppe i strukturen.
  2. Methoxypropanon, CH3−CO−CH2−O−CH3, giver kun singletter. Forklar, hvorfor 4-methoxybutan-2-on giver to tripletter.

Begynd med tabellen: aflæs integralet og opsplitningen for hvert af de fire signaler i spektret af 4-methoxybutan-2-on. Integralerne giver tilsammen 10, som er antallet af hydrogenatomer i C5H10O2, så hvert tal er et antal hydrogenatomer. Antallet af linjer minus 1 er antallet af nabo-hydrogenatomer.

Find derefter de fire grupper i formlen CH3−CO−CH2−CH2−O−CH3, og tæl nabo-hydrogenatomerne for hver gruppe.

De to singletter med 3 H er de to methylgrupper i 4-methoxybutan-2-on. Den ene sidder ved siden af C=O, og den anden sidder på oxygenatomet, så ingen af dem har nabo-hydrogenatomer. De to tripletter med 2 H er de to CH2-grupper, som er naboer til hinanden.

Brug det kemiske skift til at skelne: hydrogenatomer ved siden af C=O ligger ved 2,0 til 2,6 ppm, og hydrogenatomer på et carbonatom med oxygen i en ether ligger ved 3,3 til 4,0 ppm.

  1. Besvarelsen:
Figur 4: Tilordningen af de fire signaler i NMR-spektret af 4-methoxybutan-2-on.

Strukturen har 4 slags hydrogenatomer og 10 hydrogenatomer i alt, som spektret viser. De to signaler ved 2,17 og 2,60 ppm passer med hydrogenatomer ved siden af C=O, og de to signaler ved 3,33 og 3,63 ppm passer med hydrogenatomer på et carbonatom med oxygen.

  1. I methoxypropanon sidder CH2-gruppen alene mellem C=O og oxygenatomet, så ingen gruppe har nabo-hydrogenatomer. I 4-methoxybutan-2-on sidder to forskellige CH2-grupper ved siden af hinanden. Hver af dem har 2 nabo-hydrogenatomer på den anden og giver en triplet.

Opgaver i eksamensstil

Opgaverne ligner delopgaverne i den skriftlige prøve i kemi A. Skriv svarene, som du ville gøre til prøven: en tabel med kemisk skift, integral, opsplitning og antal nabo-hydrogenatomer for hvert signal, en struktur med en farvet ring om hver gruppe og en kort konklusion. Hold teksten kort.

Opgave A4.11.eks.1: Duften af smør

Stoffet 3-hydroxybutan-2-on er med til at give smør dets duft. Stoffet dannes af mælkesyrebakterier, når fløde bliver syrnet, og det findes også i yoghurt. Formlen er CH3−CO−CH(OH)−CH3, og molekylformlen er C4H8O2.

Figuren viser NMR-spektret af 3-hydroxybutan-2-on. Signalerne ligger ved 1,38 ppm (A), 2,20 ppm (B), 3,6 ppm (C) og 4,26 ppm (D). Signal C er en bred singlet, som kommer fra hydrogenatomet i −OH. Et hydrogenatom på et oxygenatom kobler ikke.

Figur 5: NMR-spektret af 3-hydroxybutan-2-on.
  1. Angiv opsplitningen og antallet af nabo-hydrogenatomer for signal A, signal B og signal D.
  2. Tilordn de fire signaler til grupperne i 3-hydroxybutan-2-on.
  3. Forklar, hvorfor signal B er en singlet, mens signal A er en dublet.
  4. Signal D ligger ved 4,26 ppm. Det er højere end 3,3 til 4,0 ppm, som er intervallet for hydrogenatomer på et carbonatom med oxygen i alkoholer i tabellen i afsnit A4.9. Forklar, hvorfor signal D ligger så højt.

Tæl linjerne i forstørrelsen over signal A og i forstørrelsen over signal D i spektret af 3-hydroxybutan-2-on. Signal B har ingen forstørrelse, fordi signalet kun har én linje. Antallet af linjer minus 1 er antallet af nabo-hydrogenatomer. Integralerne under signalerne giver tilsammen 8, som er antallet af hydrogenatomer i C4H8O2, så hvert tal er et antal hydrogenatomer.

Find derefter de fire grupper i formlen CH3−CO−CH(OH)−CH3: methylgruppen ved siden af C=O, CH-gruppen, hydrogenatomet på oxygenatomet og methylgruppen ved siden af CH-gruppen.

En dublet med 3 H og en kvartet med 1 H er mønstret for gruppen CH3−CH−. Kvartetten i spektret af 3-hydroxybutan-2-on har kun 1 H, fordi integralet fortæller om gruppen selv, og kvartetten kommer fra en CH-gruppe.

Til spørgsmål c: sammenlign naboerne til de to methylgrupper i CH3−CO−CH(OH)−CH3. Du kan begynde sådan: “Methylgruppen bag signal B sidder ved siden af C=O, og carbonylgruppens carbonatom har …”

Til spørgsmål d: se, hvad CH-gruppen i 3-hydroxybutan-2-on er bundet til. Afsnit A4.9 forklarer, hvad der sker, når en gruppe har to naboer, der begge trækker i elektronerne.

  1. og b. Besvarelsen:
Figur 6: Tilordningen af de fire signaler i NMR-spektret af 3-hydroxybutan-2-on.

Strukturen har 4 slags hydrogenatomer og 8 hydrogenatomer i alt, som spektret viser. Dubletten med 3 H og kvartetten med 1 H er mønstret for gruppen CH3−CH−.

  1. Methylgruppen bag signal B sidder ved siden af C=O. Carbonylgruppens carbonatom har ingen hydrogenatomer, og kobling går ikke hen over en carbonylgruppe, så methylgruppen har 0 nabo-hydrogenatomer. Methylgruppen bag signal A sidder ved siden af CH-gruppen og har 1 nabo-hydrogenatom.

  2. CH-gruppen i 3-hydroxybutan-2-on sidder både på et oxygenatom og ved siden af C=O. Begge trækker i elektronerne, så hydrogenkernen er dårligere skærmet end i en alkohol uden carbonylgruppe, og signal D ligger over intervallet 3,3 til 4,0 ppm.

Opgave A4.11.eks.2: Tre ketoner

Ketoner med fem carbonatomer bruges som opløsningsmidler, blandt andet i maling og lak. Tre af ketonerne er isomerer med molekylformlen C5H10O:

Stof Formel
pentan-2-on CH3−CO−CH2−CH2−CH3
pentan-3-on CH3−CH2−CO−CH2−CH3
3-methylbutan-2-on CH3−CO−CH(CH3)2

Figuren viser NMR-spektret af en af de tre ketoner. Signalerne ligger ved 1,06 ppm (A) og 2,42 ppm (B).

Figur 7: NMR-spektret af en keton med molekylformlen C5H10O.
  1. Angiv opsplitningen og antallet af nabo-hydrogenatomer for signal A og signal B.
  2. Bestem antallet af hydrogenatomer i signal A og i signal B ud fra integralerne og molekylformlen.
  3. Hvilken af de tre ketoner hører spektret til? Begrund svaret ud fra integralerne og opsplitningen.
  4. Angiv antallet af signaler i NMR-spektret af 3-methylbutan-2-on, og angiv integralet og opsplitningen for hvert signal.

Tæl linjerne i forstørrelserne over signal A og signal B i spektret af ketonen med molekylformlen C5H10O. Antallet af linjer minus 1 er antallet af nabo-hydrogenatomer.

Til spørgsmål b: integralerne under de to signaler, 3,00 og 2,00, er forholdstal. Læg de to integraler sammen, og divider summen med de 10 hydrogenatomer i molekylformlen C5H10O, som i afsnit A4.10. Det giver integralet pr. hydrogenatom.

Til spørgsmål c: en triplet og en kvartet hører sammen i et kendt mønster. Brug antallet af hydrogenatomer fra spørgsmål b til at afgøre, hvor mange gange gruppen findes i molekylet. Se derefter på de tre formler: hvilken keton har netop de grupper og ingen andre? Du kan begynde sådan: “En triplet med 6 H og en kvartet med 4 H er to ens …”

Til spørgsmål d: find grupperne af ens hydrogenatomer i 3-methylbutan-2-on, CH3−CO−CH(CH3)2, og tæl nabo-hydrogenatomerne for hver gruppe. De to methylgrupper på CH-gruppen er ens.

  1. Signal A er en triplet, så gruppen har 2 nabo-hydrogenatomer. Signal B er en kvartet, så gruppen har 3 nabo-hydrogenatomer.

  2. Integralerne er 3,00 og 2,00, og molekylformlen C5H10O har 10 hydrogenatomer. Integralet pr. hydrogenatom er

\[ \text{integral pr. H} = \dfrac{3{,}00 + 2{,}00}{10} = 0{,}500 \]

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

\[ \text{antal H i signal B} = \dfrac{2{,}00}{0{,}500} = 4 \]

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

  1. Besvarelsen:
Figur 8: Tilordningen af de to signaler i NMR-spektret af ketonen med molekylformlen C5H10O.

Spektret hører til pentan-3-on. En triplet med 6 H og en kvartet med 4 H er to ens ethylgrupper, og kun pentan-3-on har to ethylgrupper. Pentan-2-on ville give 4 signaler, og 3-methylbutan-2-on ville give 3 signaler.

  1. NMR-spektret af 3-methylbutan-2-on, CH3−CO−CH(CH3)2, har 3 signaler:
Gruppe Integral Nabo-H Opsplitning
CH3 ved siden af C=O 3 H 0 singlet
CH ved siden af C=O 1 H 6 septet
de to CH3 på CH-gruppen 6 H 1 dublet

Opgave A4.11.eks.3: Alkoholen i hånddesinfektion

Mange midler til hånddesinfektion indeholder en alkohol med molekylformlen C3H8O. Den samme alkohol bruges til at rense skærme og elektronik. Figuren viser alkoholens NMR-spektrum. Signalerne ligger ved 1,20 ppm (A), 2,2 ppm (B) og 4,00 ppm (C). Signal B er en bred singlet, som kommer fra hydrogenatomet i −OH. Et hydrogenatom på et oxygenatom kobler ikke.

Figur 9: NMR-spektret af en alkohol med molekylformlen C3H8O.
  1. Angiv opsplitningen og antallet af nabo-hydrogenatomer for signal A og signal C.
  2. Argumentér ud fra signal A og signal C for, at alkoholen har en isopropylgruppe, (CH3)2CH−.
  3. Bestem alkoholens struktur.
  4. Propan-1-ol, CH3−CH2−CH2−OH, har også molekylformlen C3H8O. Forklar, hvordan spektret viser, at alkoholen ikke er propan-1-ol.

Tæl linjerne i forstørrelsen over signal A og i forstørrelsen over signal C i spektret af alkoholen med molekylformlen C3H8O. De to yderste linjer i signal C er meget lave, så tæl omhyggeligt. Antallet af linjer minus 1 er antallet af nabo-hydrogenatomer.

Integralerne under signalerne giver tilsammen 8, som er antallet af hydrogenatomer i C3H8O. Hvert tal viser altså, hvor mange hydrogenatomer gruppen selv har: 6 H er to ens methylgrupper, og 1 H er en CH-gruppe eller en OH-gruppe.

Til spørgsmål b: led efter mønstret i tabellen under overskriften “Ethylgruppen” i afsnit A4.11. Du kan begynde sådan: “En dublet med 6 H er to ens methylgrupper, som har … En septet med 1 H er en CH-gruppe, som har …”

Til spørgsmål c: isopropylgruppen har 7 af alkoholens 8 hydrogenatomer og alle 3 carbonatomer. Tilbage er kun −OH. Signal C ligger ved 4,00 ppm, og det viser, hvilket carbonatom oxygenatomet sidder på.

Til spørgsmål d: forudsig spektret af propan-1-ol, CH3−CH2−CH2−OH. Hvor mange signaler giver stoffet, og hvilken opsplitning får methylgruppen?

  1. Signal A er en dublet, så gruppen har 1 nabo-hydrogenatom. Signal C er en septet, så gruppen har 6 nabo-hydrogenatomer.

  2. En dublet med 6 H er to ens methylgrupper, som har 1 nabo-hydrogenatom. En septet med 1 H er en CH-gruppe, som har 6 nabo-hydrogenatomer. De to methylgrupper sidder altså på CH-gruppen, og det er en isopropylgruppe.

  3. Besvarelsen:

Figur 10: Tilordningen af de tre signaler i NMR-spektret af alkoholen med molekylformlen C3H8O.

Alkoholen er propan-2-ol. Strukturen har 3 slags hydrogenatomer og 8 hydrogenatomer i alt, som spektret viser.

  1. Propan-1-ol har fire slags hydrogenatomer og ville give 4 signaler, og methylgruppen i propan-1-ol har 2 nabo-hydrogenatomer og ville give en triplet med 3 H. Spektret har kun 3 signaler og ingen triplet.

Opgave A4.11.eks.4: Tre frugtestere

Mange estere dufter af frugt og bruges som aroma i slik og sodavand. Ethylpropanoat dufter af ananas, methylbutanoat af æble og propylethanoat af pære. De tre estere er isomerer med molekylformlen C5H10O2:

Stof Formel
ethylpropanoat CH3−CH2−CO−O−CH2−CH3
methylbutanoat CH3−CH2−CH2−CO−O−CH3
propylethanoat CH3−CO−O−CH2−CH2−CH3

En aromafabrik har modtaget en af de tre estere uden etiket. Figuren viser NMR-spektret af stoffet. Signalerne ligger ved 1,14 ppm (A), 1,26 ppm (B), 2,32 ppm (C) og 4,13 ppm (D).

Figur 11: NMR-spektret af en ester med molekylformlen C5H10O2.
  1. Angiv opsplitningen og antallet af nabo-hydrogenatomer for hvert af de fire signaler.
  2. Argumentér for, at stoffet har to ethylgrupper.
  3. Hvilken af de tre estere har fabrikken modtaget? Begrund svaret.
  4. Forklar, hvorfor de to kvartetter, signal C og signal D, ligger ved så forskellige kemiske skift.

Hvert af de fire signaler i spektret af esteren med molekylformlen C5H10O2 har sin egen forstørrelse. Tæl linjerne i hver forstørrelse. Antallet af linjer minus 1 er antallet af nabo-hydrogenatomer.

Integralerne under signalerne giver tilsammen 10, som er antallet af hydrogenatomer i C5H10O2. Spektret har altså to signaler med 3 H og to signaler med 2 H.

Til spørgsmål b: en ethylgruppe, CH3−CH2−, giver en triplet med 3 H og en kvartet med 2 H.

Til spørgsmål c: find methylgrupperne i hver af de tre formler, og tæl deres nabo-hydrogenatomer. En methylgruppe på et oxygenatom eller ved siden af C=O har ingen nabo-hydrogenatomer og giver en singlet med 3 H. Har spektret sådan en singlet?

Til spørgsmål d: se, hvad CH2-gruppen i hver af de to ethylgrupper i CH3−CH2−CO−O−CH2−CH3 er bundet til, og slå de to slags hydrogenatomer op i tabellen over kemiske skift i afsnit A4.9.

Til tilordningen af de to tripletter: en methylgruppe ét carbonatom fra et oxygenatom ligger omkring 1,2 ppm, lidt højere end methylgruppen i den anden ethylgruppe.

  1. Signal A og signal B er tripletter, så hver af de to grupper har 2 nabo-hydrogenatomer. Signal C og signal D er kvartetter, så hver af de to grupper har 3 nabo-hydrogenatomer.

  2. En triplet med 3 H og en kvartet med 2 H er en ethylgruppe. Spektret har to tripletter med 3 H og to kvartetter med 2 H, altså to ethylgrupper med forskellige omgivelser.

  3. Besvarelsen:

Figur 12: Tilordningen af de fire signaler i NMR-spektret af esteren med molekylformlen C5H10O2.

Stoffet er ethylpropanoat, den eneste af de tre estere med to ethylgrupper. Methylbutanoat og propylethanoat har hver en methylgruppe uden nabo-hydrogenatomer, som ville give en singlet med 3 H, og spektret har ingen singlet.

  1. CH2-gruppen bag signal D sidder på oxygenatomet i estergruppen, og det passer med tabellens 3,7 til 4,3 ppm. CH2-gruppen bag signal C sidder ved siden af C=O, og det passer med 2,0 til 2,6 ppm. Oxygenatomet sidder direkte på carbonatomet og trækker kraftigere i elektronerne end carbonylgruppen ved siden af.