Opgaver til A4.9

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

Opgave A4.9.1: Tre methylgrupper

Tre stoffer giver hver kun ét signal i NMR-spektret, fordi alle hydrogenatomerne i molekylet er ens:

  • ethan, CH3−CH3
  • propanon, CH3−CO−CH3
  • methoxymethan, CH3−O−CH3

De tre signaler ligger ved 0,86 ppm, 2,17 ppm og 3,24 ppm.

  1. Hvilket kemisk skift hører til hvilket stof?
  2. I hvilket af de tre stoffer er hydrogenkernerne bedst skærmet, og i hvilket er de dårligst skærmet?
  3. Propanon og methoxymethan har begge et oxygenatom. Forklar, hvorfor signalet fra methoxymethan alligevel ligger ved et højere kemisk skift end signalet fra propanon.

Se på, hvad methylgruppen er bundet til i hvert af de tre stoffer: et carbonatom i en carbonkæde, carbonatomet i en carbonylgruppe, C=O, eller et oxygenatom. Figuren med de tre methylgrupper først i afsnit A4.9 viser, hvor signalerne fra de tre slags methylgrupper ligger.

Et oxygenatom trækker elektroner væk fra hydrogenkernerne. Så bliver de dårligere skærmet, og det kemiske skift stiger. Virkningen er størst, når oxygenatomet sidder direkte på methylgruppens carbonatom.

Til spørgsmål c: tæl bindingerne fra methylgruppens carbonatom til oxygenatomet i methoxymethan og i propanon. Du kan begynde sådan: “I methoxymethan sidder oxygenatomet direkte på … I propanon sidder oxygenatomet ét atom længere væk, fordi …”

  1. Signalet fra ethan ligger ved 0,86 ppm, signalet fra propanon ved 2,17 ppm og signalet fra methoxymethan ved 3,24 ppm.

  2. Hydrogenkernerne er bedst skærmet i ethan, som har det laveste kemiske skift. De er dårligst skærmet i methoxymethan, som har det højeste kemiske skift.

  3. I methoxymethan sidder oxygenatomet direkte på methylgruppens carbonatom og trækker kraftigt i elektronerne omkring hydrogenkernerne. I propanon sidder methylgruppen på carbonatomet i carbonylgruppen, så oxygenatomet er ét atom længere væk. Carbonylgruppen trækker derfor kun lidt i methylgruppens elektroner. Hydrogenkernerne i propanon er bedre skærmet end hydrogenkernerne i methoxymethan, og signalet fra propanon ligger ved et lavere kemisk skift.

Opgave A4.9.2: Fra gruppe til interval

Tabellen viser otte grupper af hydrogenatomer. I hver formel er den gruppe, det handler om, skrevet med fed skrift.

Nr. Stof Formel
1 pentan CH3−CH2−CH2−CH2−CH3
2 pentan CH3−CH2−CH2−CH2−CH3
3 2-methylpropan (CH3)3CH
4 pentan-3-on CH3−CH2−CO−CH2−CH3
5 propylethanoat CH3−CO−O−CH2−CH2−CH3
6 propan-1-ol CH3−CH2−CH2−OH
7 methoxyethan CH3−O−CH2−CH3
8 methylbutanoat CH3−CH2−CH2−CO−O−CH3
  1. Slå op i tabellen over typiske kemiske skift i afsnit A4.9, og skriv det interval, signalet fra hver af de otte grupper ligger i.
  2. Gruppe 4 sidder i en keton, og gruppe 5 sidder i en ester. Forklar, hvorfor de to grupper alligevel har samme interval.
  3. Gruppe 7 og gruppe 8 er begge en methylgruppe på et oxygenatom. Forklar, hvorfor gruppe 8 har et højere interval end gruppe 7.

Find for hver af de otte grupper ud af, hvad gruppens carbonatom er bundet til: kun carbon og hydrogen, carbonatomet i en C=O eller et oxygenatom. I en carbonkæde har CH3, CH2 og CH hver sin række i tabellen.

Gruppe 4 i pentan-3-on og gruppe 5 i propylethanoat skrives begge H−C−C=O. Tabellen spørger kun om, hvad gruppen sidder ved siden af.

Til spørgsmål c: i esteren methylbutanoat sidder oxygenatomet mellem methylgruppen og en carbonylgruppe. Du kan begynde sådan: “I methylbutanoat er oxygenatomet også bundet til en C=O, som …”

  1. Intervallerne for de otte grupper:
Nr. Gruppe Række i tabellen δ i ppm
1 CH3 i pentan methylgruppe i en carbonkæde 0,8 til 1,0
2 den midterste CH2 i pentan CH2-gruppe i en carbonkæde 1,2 til 1,4
3 CH i 2-methylpropan CH-gruppe i en carbonkæde 1,4 til 1,7
4 CH2 i pentan-3-on ved siden af C=O 2,0 til 2,6
5 CH3 i propylethanoat ved siden af C=O 2,0 til 2,6
6 CH2 i propan-1-ol på et carbonatom med oxygen, alkohol 3,3 til 4,0
7 CH3 i methoxyethan på et carbonatom med oxygen, ether 3,3 til 4,0
8 CH3 i methylbutanoat på et carbonatom med oxygen, ester 3,7 til 4,3

  1. Hydrogenatomerne i gruppe 4 og i gruppe 5 sidder begge på carbonatomet ved siden af en C=O. Det er den nærmeste nabo, der bestemmer det kemiske skift, og den er den samme i ketonen pentan-3-on og i esteren propylethanoat. Oxygenatomet i estergruppen sidder på den anden side af carbonylgruppen og er for langt væk til at flytte signalet ret meget.

  2. I etheren methoxyethan er oxygenatomet bundet til to carbonatomer i carbonkæder. I esteren methylbutanoat er oxygenatomet bundet til methylgruppen og til en carbonylgruppe, som også trækker i elektronerne. Methylgruppen i esteren har altså to naboer i nærheden, der trækker elektroner væk, og dens hydrogenkerner er lidt dårligere skærmet. Derfor har estere deres egen række i tabellen med et lidt højere interval.

Opgave A4.9.3: Fra kemisk skift til gruppe

Seks signaler er aflæst i seks forskellige NMR-spektre.

Signal δ i ppm
A 0,91
B 1,55
C 2,34
D 3,48
E 3,85
F 4,15
  1. Hvilken række eller hvilke rækker i tabellen over typiske kemiske skift i afsnit A4.9 passer hvert af de seks signaler med?
  2. Signal E passer med to rækker i tabellen. Forklar, hvordan et IR-spektrum af stoffet kan afgøre, hvilken af de to rækker der er den rigtige.
  3. En elev skriver: “Signal C ligger ved 2,34 ppm, så stoffet er en keton.” Forklar, hvad der er galt med elevens konklusion.

Gå tabellen i afsnit A4.9 igennem række for række, og se, om det kemiske skift ligger mellem rækkens to grænser. To af tabellens intervaller overlapper: 3,3 til 4,0 ppm og 3,7 til 4,3 ppm.

Til spørgsmål b: de to rækker, signal E passer med, hører til alkoholer og ethere og til estere. Find i tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5 et bånd, som en ester har, og som en alkohol og en ether ikke har.

Til spørgsmål c: rækken hedder “på carbonatomet ved siden af C=O”. Tænk på, hvilke stofklasser der har en C=O. Du kan begynde sådan: “Signal C viser kun, at hydrogenatomerne sidder …”

  1. Rækkerne, de seks signaler passer med:
Signal δ i ppm Passer med Interval i ppm
A 0,91 methylgruppe i en carbonkæde 0,8 til 1,0
B 1,55 CH-gruppe i en carbonkæde 1,4 til 1,7
C 2,34 på carbonatomet ved siden af C=O 2,0 til 2,6
D 3,48 på et carbonatom med oxygen, alkohol eller ether 3,3 til 4,0
E 3,85 på et carbonatom med oxygen, alkohol eller ether 3,3 til 4,0
E 3,85 på et carbonatom med oxygen, ester 3,7 til 4,3
F 4,15 på et carbonatom med oxygen, ester 3,7 til 4,3

  1. En ester har en C=O-binding, som giver et kraftigt og skarpt bånd ved 1750 til 1735 cm−1 i IR-spektret. Har IR-spektret det bånd, hører signal E til rækken for estere. En alkohol har i stedet et kraftigt og bredt O−H-bånd ved 3640 til 3160 cm−1, og en ether har ingen af de to bånd. Så hører signal E til rækken for alkoholer og ethere.

  2. Signal C viser kun, at hydrogenatomerne sidder på et carbonatom ved siden af en C=O. Carbonylgruppen kan sidde i en keton, men den kan også sidde i en ester, hvor fx methylgruppen i CH3−CO−O− giver et signal i samme interval. Det kemiske skift alene beviser ikke en bestemt gruppe. Det skal passe sammen med resten af spektret.

Opgave A4.9.4: Virkningen aftager med afstanden

Etheren 1-butoxybutan har formlen CH3−CH2−CH2−CH2−O−CH2−CH2−CH2−CH3. Molekylet er symmetrisk omkring oxygenatomet, så NMR-spektret har fire signaler.

Gruppe Afstand til oxygenatomet δ i ppm
CH2 sidder på oxygenatomet 3,40
CH2 ét carbonatom fra oxygenatomet 1,55
CH2 to carbonatomer fra oxygenatomet 1,38
CH3 tre carbonatomer fra oxygenatomet 0,92
  1. Slå op i tabellen i afsnit A4.9, hvilket interval en CH2-gruppe og en CH3-gruppe har i en carbonkæde uden oxygen i nærheden.
  2. Hvilke af de fire grupper i 1-butoxybutan ligger i intervallet for en carbonkæde, og hvilke ligger over?
  3. Forklar forskellen mellem de tre CH2-grupper i 1-butoxybutan ud fra afstanden til oxygenatomet.
  4. I pentan-2-on, CH3−CO−CH2−CH2−CH3, sidder en af CH2-grupperne ét carbonatom fra carbonylgruppen. Forudsig, om signalet fra denne CH2-gruppe ligger i intervallet for en CH2-gruppe i en carbonkæde, lidt over intervallet eller lidt under.

En CH2-gruppe i en carbonkæde ligger ved 1,2 til 1,4 ppm, og en methylgruppe i en carbonkæde ligger ved 0,8 til 1,0 ppm. Sammenlign de to intervaller med de fire kemiske skift for 1-butoxybutan.

Oxygenatomet i 1-butoxybutan trækker mest i elektronerne på det carbonatom, det selv sidder på. Ét carbonatom længere væk er virkningen lille, og to carbonatomer væk er den næsten væk. Du kan begynde sådan: “CH2-gruppen på oxygenatomet ligger ved 3,40 ppm, fordi … CH2-gruppen ét carbonatom fra oxygenatomet ligger kun lidt over …”

Til spørgsmål d: en carbonylgruppe trækker også i elektronerne, og dens virkning aftager på samme måde med afstanden.

  1. En CH2-gruppe i en carbonkæde ligger ved 1,2 til 1,4 ppm, og en methylgruppe i en carbonkæde ligger ved 0,8 til 1,0 ppm.

  2. Sammenligningen for de fire grupper i 1-butoxybutan:

Gruppe δ i ppm Interval i en carbonkæde Ligger
CH2 på oxygenatomet 3,40 1,2 til 1,4 langt over
CH2 ét carbonatom fra oxygenatomet 1,55 1,2 til 1,4 lidt over
CH2 to carbonatomer fra oxygenatomet 1,38 1,2 til 1,4 i intervallet
CH3 tre carbonatomer fra oxygenatomet 0,92 0,8 til 1,0 i intervallet

  1. Oxygenatomet trækker kraftigt i elektronerne på det carbonatom, det selv sidder på. Hydrogenkernerne i CH2-gruppen på oxygenatomet er derfor dårligt skærmet og ligger ved 3,40 ppm, i intervallet for hydrogenatomer på et carbonatom med oxygen. Ét carbonatom længere væk er virkningen lille: signalet ligger ved 1,55 ppm, kun lidt over intervallet for en carbonkæde. To carbonatomer væk mærker hydrogenkernerne næsten ikke oxygenatomet, og signalet ved 1,38 ppm ligger i intervallet for en carbonkæde.

  2. Signalet ligger lidt over intervallet 1,2 til 1,4 ppm. Carbonylgruppen i pentan-2-on trækker lidt i elektronerne, og en lille del af virkningen når ét carbonatom længere ud. Methylgruppen i enden af kæden sidder to carbonatomer fra carbonylgruppen og ligger i intervallet for en carbonkæde, 0,8 til 1,0 ppm.

Opgave A4.9.5: To naboer, der begge trækker

Dimethylpropandioat har formlen CH3−O−CO−CH2−CO−O−CH3. NMR-spektret af dimethylpropandioat har to signaler: methylgrupperne giver et signal ved 3,75 ppm, og CH2-gruppen giver et signal ved 3,40 ppm.

  1. Forklar, hvorfor de to methylgrupper i dimethylpropandioat tilsammen kun giver ét signal.
  2. Find den række i tabellen i afsnit A4.9, der passer med methylgrupperne, og sammenlign rækkens interval med de 3,75 ppm.
  3. CH2-gruppen sidder ved siden af en C=O. Hvilket interval giver tabellen for den slags hydrogenatomer? Forklar, hvorfor signalet fra CH2-gruppen i dimethylpropandioat ligger højere end intervallet.
  4. En elev skriver: “Signalet ved 3,40 ppm ligger i intervallet 3,3 til 4,0 ppm. Hydrogenatomerne må derfor sidde på et carbonatom med oxygen.” Forklar, hvorfor eleven tager fejl.

Dimethylpropandioat er symmetrisk omkring CH2-gruppen i midten. Hver methylgruppe sidder på et oxygenatom i en estergruppe, og den skrives H−C−O−C=O i tabellen.

Se på, hvad CH2-gruppen i dimethylpropandioat er bundet til på hver side. Har en gruppe to naboer, der trækker i elektronerne, lægges virkningerne oven i hinanden. Du kan begynde sådan: “CH2-gruppen har en C=O på begge sider, så …”

Til spørgsmål d: tæl, hvilke atomer CH2-gruppens carbonatom er bundet til. Er et af dem et oxygenatom?

  1. Dimethylpropandioat er symmetrisk omkring CH2-gruppen. De to methylgrupper sidder samme sted i hver sin ende af molekylet og har de samme naboer hele vejen ind. De er ens og giver ét signal.

  2. Methylgrupperne sidder på et oxygenatom i en estergruppe. Rækken er “på et carbonatom med oxygen, i estere”, H−C−O−C=O, med intervallet 3,7 til 4,3 ppm. De 3,75 ppm ligger i intervallet.

  3. Tabellen giver 2,0 til 2,6 ppm for hydrogenatomer på carbonatomet ved siden af C=O. CH2-gruppen i dimethylpropandioat sidder mellem to carbonylgrupper. Begge trækker i elektronerne, og virkningerne lægges oven i hinanden. Hydrogenkernerne er derfor dårligere skærmet end ved siden af én C=O, og signalet ligger ved 3,40 ppm, knap 1 ppm over intervallet.

  4. CH2-gruppens carbonatom i dimethylpropandioat er bundet til to hydrogenatomer og to carbonatomer. Der sidder intet oxygenatom på det. Signalet er løftet op i intervallet 3,3 til 4,0 ppm af de to carbonylgrupper. Et kemisk skift alene beviser ikke en gruppe, og det skal altid sammenlignes med strukturen.

Opgave A4.9.6: Knyt signalerne til grupperne

Figuren viser formlen og NMR-spektret af esteren 2,2-dimethylpropylethanoat. Signal A ligger ved 0,93 ppm, signal B ved 2,06 ppm og signal C ved 3,77 ppm.

Figur 1: 2,2-dimethylpropylethanoat og stoffets NMR-spektrum.
  1. 2,2-dimethylpropylethanoat har tre slags hydrogenatomer. Skriv de tre grupper, og skriv for hver gruppe, hvad gruppens carbonatom er bundet til.
  2. Knyt hvert af de tre signaler til en gruppe, og skriv tabellens interval ved hvert signal.
  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 og Tilordning.

De tre grupper i 2,2-dimethylpropylethanoat er en methylgruppe ved siden af C=O, en CH2-gruppe på oxygenatomet i estergruppen og tre methylgrupper på det samme carbonatom. De tre methylgrupper er ens og giver ét signal.

Slå de tre grupper i 2,2-dimethylpropylethanoat op i tabellen i afsnit A4.9: H−C−C=O ligger ved 2,0 til 2,6 ppm, H−C−O i en ester ved 3,7 til 4,3 ppm og en methylgruppe i en carbonkæde ved 0,8 til 1,0 ppm. De tre ens methylgrupper sidder to carbonatomer fra oxygenatomet, så oxygenatomet flytter næsten ikke deres signal.

  1. De tre grupper i 2,2-dimethylpropylethanoat er: en methylgruppe, som sidder på carbonatomet i C=O, en CH2-gruppe, som sidder på oxygenatomet i estergruppen, og tre ens methylgrupper, som sidder på et carbonatom i carbonkæden.

  2. og c. Tilordningen:

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

2,2-dimethylpropylethanoat har 3 slags hydrogenatomer og giver 3 signaler. Hvert signal ligger i tabellens interval for sin gruppe: 0,8 til 1,0 ppm, 2,0 til 2,6 ppm og 3,7 til 4,3 ppm.

Opgave A4.9.7: Forudsig spektret

Ud fra en struktur kan du forudsige et NMR-spektrum: find de ens grupper, og slå hver gruppes interval op i tabellen i afsnit A4.9.

  1. Forudsig antallet af signaler og signalernes kemiske skift for pentan-3-on, CH3−CH2−CO−CH2−CH3.
  2. Forudsig antallet af signaler og signalernes kemiske skift for methoxyethan, CH3−O−CH2−CH3.
  3. To af signalerne fra methoxyethan ligger i samme interval. Hvad kan tabellen sige om de to signalers plads i spektret, og hvad kan tabellen ikke sige?

Pentan-3-on er symmetrisk omkring carbonylgruppen, så de to methylgrupper er ens, og de to CH2-grupper er ens. Methoxyethan er ikke symmetrisk: methylgruppen på oxygenatomet og methylgruppen i ethylgruppen har forskellige naboer.

Skriv for hver gruppe, hvad gruppens carbonatom er bundet til. I pentan-3-on sidder CH2-grupperne ved siden af C=O, og methylgrupperne sidder ét carbonatom fra C=O. I methoxyethan sidder to af grupperne direkte på oxygenatomet, og den sidste methylgruppe sidder ét carbonatom fra oxygenatomet. Afsnit A4.9 viser, at en methylgruppe ét carbonatom fra et oxygenatom ligger omkring 1,2 ppm.

  1. Pentan-3-on giver 2 signaler:
Gruppe i pentan-3-on Gruppens plads Forventet δ i ppm
de to ens CH3 i carbonkæden, ét carbonatom fra C=O 0,8 til 1,0 eller lidt over
de to ens CH2 ved siden af C=O 2,0 til 2,6
  1. Methoxyethan giver 3 signaler:
Gruppe i methoxyethan Gruppens plads Forventet δ i ppm
CH3 i ethylgruppen ét carbonatom fra oxygenatomet omkring 1,2
CH3 på oxygenatomet på et carbonatom med oxygen, ether 3,3 til 4,0
CH2 på et carbonatom med oxygen, ether 3,3 til 4,0
  1. Tabellen siger, at signalet fra methylgruppen på oxygenatomet og signalet fra CH2-gruppen i methoxyethan begge ligger mellem 3,3 og 4,0 ppm. De ligger altså tæt på hinanden og langt til venstre for signalet omkring 1,2 ppm. Tabellen kan ikke sige, hvilket af de to signaler der ligger højest, eller hvor langt der er mellem dem.

Opgave A4.9.8: Hvilken ester?

To estere har begge molekylformlen C6H12O2. De to estergrupper vender hver sin vej.

Stof Navn Formel
I methyl-2,2-dimethylpropanoat (CH3)3C−CO−O−CH3
II 1,1-dimethylethylethanoat CH3−CO−O−C(CH3)3

NMR-spektret af den ene ester har to signaler: signal A ved 1,45 ppm og signal B ved 2,00 ppm.

  1. Forklar, hvorfor både stof I og stof II giver to signaler.
  2. Hver af de to estere har én methylgruppe, der sidder alene. Forudsig for stof I og for stof II det interval, signalet fra denne methylgruppe ligger i.
  3. Hvilken af de to estere hører spektret til? Begrund svaret.
  4. Vis tilordningen med en formel med farvede ringe og en tabel med kolonnerne Signal, δ i ppm og Tilordning.

I begge estere sidder tre methylgrupper på det samme carbonatom. De er ens og giver ét signal. Den fjerde methylgruppe sidder alene og giver det andet signal. Find for hver ester ud af, om den enlige methylgruppe sidder på et oxygenatom eller ved siden af C=O.

I stof I, methyl-2,2-dimethylpropanoat, sidder den enlige methylgruppe på oxygenatomet i estergruppen. I stof II, 1,1-dimethylethylethanoat, sidder den enlige methylgruppe ved siden af C=O. Se så efter i spektret: er der et signal mellem 3,3 og 4,3 ppm, hvor hydrogenatomer på et carbonatom med oxygen ligger?

  1. Stof I og stof II har begge tre ens methylgrupper på det samme carbonatom og én methylgruppe, der sidder alene. Det giver to slags hydrogenatomer og to signaler.

  2. I stof I sidder den enlige methylgruppe på oxygenatomet i estergruppen: 3,7 til 4,3 ppm. I stof II sidder den enlige methylgruppe ved siden af C=O: 2,0 til 2,6 ppm.

  3. og d. Spektret hører til stof II, 1,1-dimethylethylethanoat.

Figur 3: Tilordningen for 1,1-dimethylethylethanoat: formlen med farvede ringe og tabellen med de samme farver.

Signal B ved 2,00 ppm er en methylgruppe ved siden af C=O. Stof I ville give et signal ved 3,7 til 4,3 ppm fra methylgruppen på oxygenatomet, og spektret har intet signal over 3 ppm. Signal A ligger over intervallet 0,8 til 1,0 ppm, fordi de tre methylgrupper sidder ét carbonatom fra oxygenatomet i estergruppen.

Opgaver i eksamensstil

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

Opgave A4.9.eks.1: Fra alkohol til keton

Ketonen 3,3-dimethylbutan-2-on bruges som udgangsstof, når der fremstilles svampemidler til landbruget. Ketonen kan fremstilles ved at oxidere alkoholen 3,3-dimethylbutan-2-ol, (CH3)3C−CH(OH)−CH3, til 3,3-dimethylbutan-2-on, (CH3)3C−CO−CH3. Figuren viser NMR-spektret af det rensede produkt. Signal A ligger ved 1,15 ppm og signal B ved 2,14 ppm.

Figur 4: NMR-spektret af produktet, 3,3-dimethylbutan-2-on.
  1. Angiv antallet af signaler, som strukturen af 3,3-dimethylbutan-2-on giver. Begrund svaret.
  2. Knyt hvert signal i spektret til en gruppe i 3,3-dimethylbutan-2-on.
  3. Alkoholen 3,3-dimethylbutan-2-ol har ét hydrogenatom på det carbonatom, hydroxygruppen sidder på. Angiv det interval, signalet fra dette hydrogenatom ligger i.
  4. Forklar, hvordan spektret viser, at produktet ikke indeholder rester af alkoholen.

I 3,3-dimethylbutan-2-on sidder tre methylgrupper på det samme carbonatom, og én methylgruppe sidder ved siden af C=O. Slå en methylgruppe i en carbonkæde og en methylgruppe ved siden af C=O op i tabellen i afsnit A4.9.

De tre ens methylgrupper i 3,3-dimethylbutan-2-on sidder ét carbonatom fra C=O. Carbonylgruppen flytter derfor deres signal en smule over intervallet 0,8 til 1,0 ppm.

Til spørgsmål c og d: hydrogenatomet i alkoholen sidder på et carbonatom med oxygen og skrives H−C−O i tabellen. Se efter, om spektret har et signal i det interval. Du kan begynde sådan: “Alkoholen ville give et signal ved …, men spektret har …”

  1. 3,3-dimethylbutan-2-on giver 2 signaler. De tre methylgrupper på det samme carbonatom er ens og giver ét signal. Methylgruppen ved siden af C=O har andre naboer og giver det andet signal.

  2. Tilordningen:

Figur 5: Tilordningen for 3,3-dimethylbutan-2-on: formlen med farvede ringe og tabellen med de samme farver.

Signal B ligger i intervallet 2,0 til 2,6 ppm for hydrogenatomer ved siden af C=O. Signal A ligger lidt over intervallet 0,8 til 1,0 ppm, fordi de tre methylgrupper sidder ét carbonatom fra C=O.

  1. Hydrogenatomet sidder på et carbonatom med oxygen i en alkohol. Signalet ligger ved 3,3 til 4,0 ppm.

  2. Alkoholen 3,3-dimethylbutan-2-ol ville give et signal ved 3,3 til 4,0 ppm. Spektret har intet signal over 3 ppm, så spektret viser ingen rester af alkoholen. Meget små rester giver dog så svage signaler, at de ikke kan ses.

Opgave A4.9.eks.2: Duften af æble

Esteren methylbutanoat, CH3−CH2−CH2−CO−O−CH3, dufter af æble og bruges som aromastof i slik og sodavand. NMR-spektret af methylbutanoat har fire signaler. Tabellen viser de kemiske skift, der er aflæst i spektret.

Signal δ i ppm
A 0,95
B 1,65
C 2,29
D 3,67
  1. Angiv de fire slags hydrogenatomer i methylbutanoat.
  2. Knyt hvert af de fire signaler til en gruppe i strukturen.
  3. Forklar, hvorfor signal D ligger ved et højere kemisk skift end signal C.
  4. Esteren propylethanoat, CH3−CO−O−CH2−CH2−CH3, dufter af pære og er en isomer til methylbutanoat. Forudsig de intervaller, de fire signaler fra propylethanoat ligger i, og forklar, hvorfor tabellen over kemiske skift ikke alene kan vise, om et spektrum hører til methylbutanoat eller til propylethanoat.

Methylbutanoat har ingen ens grupper: methylgruppen i enden af carbonkæden, de to CH2-grupper og methylgruppen på oxygenatomet har alle forskellige naboer. Begynd med de to signaler, der er lettest at placere: det laveste og det højeste kemiske skift.

Signal D ved 3,67 ppm ligger lige ved den nedre grænse af intervallet for estere, 3,7 til 4,3 ppm. Så lille en afvigelse er ikke en fejl. Den ene CH2-gruppe i methylbutanoat sidder ved siden af C=O, og den anden sidder ét carbonatom fra C=O. Virkningen af carbonylgruppen aftager med afstanden.

Til spørgsmål d: skriv de fire grupper i propylethanoat op, og slå hver gruppe op i tabellen i afsnit A4.9. Sammenlign intervallerne med dem for methylbutanoat. Du kan begynde sådan: “Begge estere har en gruppe ved siden af C=O og en gruppe på oxygenatomet, men …”

  1. Methylbutanoat har fire slags hydrogenatomer: methylgruppen i enden af carbonkæden, CH2-gruppen ved siden af den, CH2-gruppen ved siden af C=O og methylgruppen på oxygenatomet.

  2. Tilordningen:

Figur 6: Tilordningen for methylbutanoat: formlen med farvede ringe og tabellen med de samme farver.

Methylbutanoat har 4 slags hydrogenatomer og giver 4 signaler. Signal B ligger over intervallet 1,2 til 1,4 ppm, fordi CH2-gruppen sidder ét carbonatom fra C=O.

  1. Signal D kommer fra methylgruppen, som sidder direkte på et oxygenatom. Oxygenatomet trækker kraftigt i elektronerne, så hydrogenkernerne er dårligt skærmet. Signal C kommer fra CH2-gruppen ved siden af C=O. Carbonylgruppen trækker kun lidt i elektronerne på nabocarbonatomet, så hydrogenkernerne i CH2-gruppen er bedre skærmet.

  2. De fire signaler fra propylethanoat:

Gruppe i propylethanoat Række i tabellen Forventet δ i ppm
CH3 i enden af propylgruppen methylgruppe i en carbonkæde 0,8 til 1,0
CH2 i midten af propylgruppen CH2-gruppe i en carbonkæde, ét carbonatom fra oxygenatomet 1,2 til 1,4 eller lidt over
CH3 på carbonylgruppen ved siden af C=O 2,0 til 2,6
CH2 på oxygenatomet på et carbonatom med oxygen, ester 3,7 til 4,3

Methylbutanoat og propylethanoat har signaler i de samme fire intervaller. Forskellen er, hvilken gruppe der sidder hvor: i methylbutanoat sidder en CH2-gruppe ved siden af C=O og en methylgruppe på oxygenatomet, og i propylethanoat er det omvendt. For at skelne skal man vide, hvor mange hydrogenatomer hvert signal står for. Det viser integralet, som afsnit A4.10 handler om.

Opgave A4.9.eks.3: Hexan og nerverne

Hexan har været brugt som opløsningsmiddel i lim. I kroppen bliver hexan omdannet til en diketon, altså et stof med to carbonylgrupper, og diketonen skader nerverne. Diketonen har molekylformlen C6H10O2. Figuren viser tre forslag til diketonens struktur og NMR-spektret af diketonen. Signal A ligger ved 2,19 ppm og signal B ved 2,71 ppm. Til sammenligning giver propanon, CH3−CO−CH3, ét signal ved 2,17 ppm.

Figur 7: Tre forslag til diketonens struktur og NMR-spektret af diketonen.
  1. Beregn antallet af dobbeltbindingsækvivalenter for C6H10O2, og vis, at tallet passer med en diketon uden ringe.
  2. Angiv antallet af signaler, som hver af strukturerne I, II og III giver.
  3. Hvilken af strukturerne I, II og III passer med spektret? Begrund svaret.
  4. Knyt hvert af de to signaler til en gruppe i strukturen. Brug oplysningen om propanon.

Brug formlen fra afsnit A3.1, DBE = (2 · C + 2 + N − H) / 2. Hver C=O tæller 1.

Til spørgsmål b: sæt en ring om hver gruppe af hydrogenatomer i de tre strukturer, og se efter symmetri. Struktur I og struktur II er symmetriske omkring midten af molekylet. Struktur III er ikke symmetrisk.

Slå grupperne i de tre strukturer op i tabellen i afsnit A4.9. I struktur II sidder methylgrupperne i en carbonkæde, ét carbonatom fra C=O. Hvor ville deres signal ligge? Se så, om spektret har et signal dér.

Til spørgsmål d: methylgrupperne i den rigtige struktur har de samme nærmeste naboer som methylgrupperne i propanon. Signal B ved 2,71 ppm ligger lidt over intervallet 2,0 til 2,6 ppm. Se efter, om gruppen har mere end én carbonylgruppe i nærheden.

  1. Antallet af dobbeltbindingsækvivalenter for C6H10O2:

    \[ \mathrm{DBE} = \frac{2 \cdot \mathrm{C} + 2 + \mathrm{N} - \mathrm{H}}{2} = \frac{2 \cdot 6 + 2 + 0 - 10}{2} = 2 \]

    En diketon har to C=O-bindinger, som hver tæller 1. Det passer med 2 dobbeltbindingsækvivalenter, når molekylet ikke har ringe eller flere dobbeltbindinger.

  2. Struktur I giver 2 signaler: de to CH3 er ens, og de to CH2 er ens. Struktur II giver 2 signaler: de to CH3 er ens, og de to CH2 er ens. Struktur III giver 4 signaler, fordi ingen grupper er ens.

  3. Diketonen er struktur I, hexan-2,5-dion. Spektret har 2 signaler, så struktur III passer ikke. Struktur II ville give et signal omkring 1 ppm fra methylgrupperne i carbonkæden, og spektret har intet signal under 2 ppm.

  4. Tilordningen:

Figur 8: Tilordningen for hexan-2,5-dion: formlen med farvede ringe og tabellen med de samme farver.

Methylgrupperne i hexan-2,5-dion har de samme nærmeste naboer som methylgrupperne i propanon, og signal A ligger næsten samme sted som propanons signal. Signal B ligger lidt over intervallet 2,0 til 2,6 ppm, fordi hver CH2-gruppe sidder ved siden af den ene C=O og ét carbonatom fra den anden C=O.