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Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
Inhalt des Seminars:
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Modul 1:
Einführung in die Analytik
Auswahl der analytischen Methoden
Validierung der Methoden
Statistik und Auswertung
Modul 2:
Spektroskopische Methoden
Modul 3:
Chromatografische Methoden
Modul 4:
Analytische Kopplungstechniken
Modul 5:
Perspektiven der Laborarbeit
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Aspekte der Analytik / Gottwald 2001
Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
Die Weiterbildungs-Stiftung präsentiert:
Modul 2
• Einführung
• UV/VIS-Spektroskopie
• IR-Spektroskopie
• NMR-Spektroskopie
• AAS
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Modul 2: Spektroskopie
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Einführung in die Spektroskopie
UV/VIS-Spektroskopie
IR-Spektroskopie
NMR-Spektroskopie
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Atomabsorptionsspektroskopie (AAS)
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Modul 2: Spektroskopie
Die Weiterbildungs-Stiftungsstiftung präsentiert:
Modul 2
• Einführung
• UV/VIS-Spektroskopie
• IR-Spektroskopie
• NMR-Spektroskopie
• AAS
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Alle realen NMR- und IR-Spektren sind der folgenden INTERNETBibliothek entnommen:
SDBS-1H MNR und SDBS-IR
www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/sdbs/owa/sdbs_sea.cre_frame_sea
Einige Abbildungen sind aus „Messerschmidt, Herzog: NMRSpektroskopie für Anwender“ entnommen.
Wir bedanken uns für die Überlassung der NMR- und IRSpektren und Abbildungen.
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Kernarbeitsgebiete der 1H-NMR-Spektroskopie:
• Erkennen von funktionellen Gruppen
• Identifizierung unbekannter Verbindungen
• Quantitative Analysen
• Untersuchung chemischer Gleichgewichte
• Verfolgung chemischer Reaktionen
• Untersuchung dynamischer Prozesse
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
• Außerhalb eines Magnetfeldes sind die Feldlinien von Nord nach Süd gerichtet,
innerhalb sind die Feldlinien umgekehrt gerichtet.
• Die magnetische Flussdichte B beschreibt die Wirkung des Magnetfeldes.
Die Magnetfeldstärke H und die Flußdichte B sind proportional und über die
Permeabilität verbunden.
• Die Einheit der Flußdichte B ist Tesla (Vs/m2).
B=H
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( = Permeabilität)
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
Magnetlinien eines Stabmagneten:
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
P
•
Atomkerne rotieren um eine durch ihren Mittelpunkt
gehende Achse, man nennt diese Rotation Kernspin.
•
Eine Maßzahl für die Größe des Kernspins ist die Kernspinquantenzahl I, die die Werte 0; 1/2; 1; 3/2; 2; 5/2 usw.
annehmen kann.
•
Ist die Proton- und Neutronenzahl gradzahlig, dann ist die
Kernspinzahl I = 0. Viele andere Kerne besitzen ungerade
Protonen und Neutronenzahlen.
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
Isotop
Protonen
Neutronen
I
Häufigkeit
1H
1
0
1/2
99,98 %
2D
1
1
1
0,02 %
12C
6
6
0
98,89 %
13C
6
7
1/2
1,11 %
Frage: Warum hat 12C die Kernspinzahl I = 0?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
•
Alle Atomkerne haben eine positive Ladung, die für jede Elementladung
e = +1,6  10-19 As beträgt.
•
Durch die Rotation der Ladungen entstehen Ringströme, die zu magnetischen
Momenten führen.
•
Wegen der Kernspinzahl I = 0 weist z. B. der Kern 12 C kein gerichtetes
magnetisches Moment auf.
Frage:
Welche Kerne besitzen dagegen ein magnetisches Moment und
verhalten sich wie kleine Magnetkerne?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
•
Die vielen kleinen magnetischen Elementarkerne sind nicht gerichtet, sie
liegen wirr und ungeordnet vor.
•
Erst wenn sie in ein äußeres Magnetfeldfeld gebracht werden, werden die
Elementmagnete, vergleichbar mit einer Kompassnadel, entlang der
magnetischen Feldlinien ausgerichtet.
Frage:
Kann eine Kompaßnadel im Magnetfeld jede Einstellung einnehmen?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
•
Eine Kompaßnadel kann prinzipiell jede Einstellung einnehmen, es muß
aber mehr oder weniger Energie aufgebracht werden, damit die Stellung
erreicht wird.
•
Nur eine Einstellung ist die energiegünstigste Orientierung. Welche?
Magnete
Frage:
Welche magnetischen Einstellungen können sich für die
Elementarteilchen des Protons 1H mit dem I - Wert 1/2 ergeben?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
•
Die Zahl der möglichen Einstellungen berechnet sich mit der Gleichung
m  2I 1
•
Für das Proton 1H mit dem I-Wert = 1/2 ergeben sich zwei Orientierungen und
zwar:
m=-½
und
m=+½
Frage:
Welche der Orientierungen ist mit dem äußeren Feld, welche ist
gegen das äußere Magnetfeld gerichtet?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
B0
B0
m=+½
Magnetfeld
m=-½
Frage:
Warum ist das Moment des Elementarmagnetes positiv, bei
dem die Momentachse nicht in der Richtung des äußeren Feldes liegt?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
Die Aufspaltung der Energie der beiden Zustände ist aus der Skizze gut zu
erkennbar.
m=+½
E
E
Magnetrichtung
m=-½
Frage:
Von was könnte die Energiedifferenz  E abhängig sein?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
•
Der magnetische Energieunterschied  E ist von der gyromagnetischen
Konstante der Planckschen Konstante h
•
und von der Stärke des äußeren Magnetfeldes Bo abhängig.
 h
E 
 B0
2 
  2,675  108
1
Ts
h  6,626  10 34 J  s
Frage:
Wie könnte die Energie E aufgebracht werden?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
•
Werden nun die Magnetkerne mit elektromagnetischer Strahlung der
Frequenz f bestrahlt, deren Photonen-Energie genau der beiden
Energiezustände  E entspricht,
•
findet unter Umklappen der Magnetkerne mit Neuorientierung eine
Energieabsorption statt.
•
Dieses Verhalten nennt man Resonanz
Frage:
Bei welcher Lichtfrequenz f könnte die Resonanzbedingung
zutreffen?
P
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
•
Nach dem Planckschen Gesetz gilt E = h · f . Man setze diese Beziehung
mit der magnetischen Berechnung von  E gleich und stelle das
Gleichungssystem auf Frequenz f um.
•
Das äußere Magnetfeld soll eine Stärke von Bo = 4,7 Tesla besitzen.
 h
E  h  f 
 B0
2 
f 

2 
 B0
Frage:
Welche Resonanzfrequenz errechnet sich bei 4,7 T?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
Bei einem Magnetfeld von 4,7 Tesla erhält man folgende Resonanzbedingung:
f 

2 
 B0
2,675  108 T 1  s 1
f 
 4,7 T  200 MHz
2 
Frage:
Welcher Teil des elektromagnetischen Spektrums ist das?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
•
Nun darf man sich die Energieverteilung der Magnetkerne nicht so
vorstellen, daß alle Magnetkerne im energieniedrigsten Zustand vorliegen,
und sie bei Energiezufuhr alle in das energiehöchste Schema übergeführt
werden.
•
Die Besetzung der beiden Energiezustände E1 und E2 erfolgt nach der
Bolzmannverteilung.
Frage:
Von was könnte die Verteilung in die beiden Zustände E1 und E2
abhängig sein?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment 16
Die Verteilung ist abhängig von der Energiedifferenz und der Temperatur.
Besetzungim oberen Zustand
e
Besetzungim unteren Zustand

E
RT
Frage:
Wieviel Kerne befinden sich von ursprünglich 2 000 010 Kernen
im unteren und im oberen Zustand bei Raumtemperatur?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
•
Es befinden sich etwa 1 000 000 Kerne im oberen und ca. 1 000 010 Kerne im
unteren Niveau. Nur 10 Kerne stehen für eine Anregung durch Absorption zur
Verfügung.
•
Wird zu lange elektromagnetische Energie zugeführt, gleichen sich die
Energiezustände völlig an, eine „Sättigung“ wird erreicht, das NMR-Signal
verschwindet meßtechnisch.
•
Daher wird die Energiezuführung so dosiert, daß jederzeit genügend Kerne in
den Grundzustand zurückfallen können.
Frage:
Ist die NMR-Spektroskopie eine empfindliche Methode?
P
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Magnetisches Moment
•
Jedes Proton ist formal völlig gleich. Beim Vorliegen von Protonen im
Molekül gäbe es nach den vorangegangenen Betrachtungen ein mehr
oder weniger großes Signal im NMR-Spektrum.
•
Beim Betrachten eines realen NMR-Spektrums gibt es aber mehrere Banden,
die magnetisch „unterschiedliche“ Protonen anzeigen.
Frage:
Woher könnte die magnetische „Ungleichheit“ der Protonen
stammen?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interaktive Frage „Magnetisches Moment“
Welcher Kern weist auch den I-Wert = ± ½ auf?
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14N
- Kerne
16O
- Kerne
13C
- Kerne
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretation des NMR-Spektrums
Für eine Strukturanalyse werden drei wichtige Informationen aus dem NMRSpektrum entnommen:
•
Die Signallage (ppm-Zahl)
•
die Intensität der Signale, über die Fläche ausgewertet
•
die Feinstruktur der Signale durch Kopplung
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretation des NMR-Spektrums
Beispiel Essigsäureethylester:
Intensität
Lage (ppm)
Feinstruktur
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Chemische Verschiebung
•
Die Ursache der „Ungleichheit der Protonen“ besteht in dem Einfluß der
Elektronen in der Umgebung der Protonen, die dem äußeren Magnetfeld
entgegengerichtet sind und so das Feld am Kernort mehr oder weniger
abschirmen.
•
Je größer die Elektronendichte (Elektronenmantel) an Kern ist, um so größer ist
der Abschirmeffekt.
•
Dadurch benötigen die mehr oder weniger abgeschirmten Kerne
unterschiedliche Resonanzfrequenzen f.
Frage:
Was könnte man unter einem „lokalen“ Magnetfeld verstehen?
P
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Chemische Verschiebung
Der Abschirmeffekt bewirkt, daß
sich ein schwächeres, lokales
Magnetfeld bildet. Nur diesem
lokalen Magnetfeld sind die
Atomkerne ausgesetzt.
Frage:
Stark abgeschirmte Kerne benötigen eine größere oder
kleine Frequenz f zur Kernanregung als gering abgeschirmte?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Chemische Verschiebung
Die hauptsächliche Ursache der Abschirmung ist das Auftreten des +m/+i- bzw. m/-i -Effektes in einem Molekül.
+Ladung
-i /-m-Effekt
-Ladung
+i /+ m-Effekt
0 ppm
Frage:
Vergleichen Sie die Lage des Signals von Chloroform mit dem von
Dichlormethan.
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Chemische Verschiebung
Mesomerer und induktiver Effekt ausgewählter Substituenten auf die Signallage
der Methylprotonen bei monosubstituierten Methanderivate.
Substitutient
-H
-CH3
-NH2
-Cl
-OH
+i
-i
+m
-m
x
x
x
x
x
x
x
x
x
 (ppm)
Substanz
Methan
Ethan
Acetat
Methylamin
Methylchlorid
Methanol
0,23
0,86
2,09
2,47
3,00
3,39
--C =O
Frage: Wo wäre Methylbromid etwa einzuordnen?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Chemische Verschiebung
Um chemische Verschiebungen mit unterschiedlichen Geräten und verschiedenen
Feldstärken vergleichen zu können sowie sie von Betriebsfrequenzen der Geräte
unabhängig zu machen, benutzt man Referenzsubstanzen, meist Tetramethylsilan
(TMS).

fSubstanz  fReferenz
 106 ppm
fReferenz
Frage:
Stark abgeschirmte Kerne benötigen eine größere oder
kleinere Frequenz f zur Kernanregung als gering abgeschirmte?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Chemische Verschiebung 6
Beispielhafte Verschiebung der Protonen einiger ausgewählter Molekülgruppen:
-CHO
Aromaten
=CH2
-O-CH3
10
9
8
7
6
5
Acetyl
Aliphaten
4
3
2
1 ppm
Frage:
Warum erfährt die -CHO-Gruppe eine größere Verschiebung
als die -O-CH3-Gruppe?
P
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interaktive Frage „Chemische Verschiebung“
Cyclohexan hat ein Singulett bei 1,43 ppm, Aceton bei 2,17 ppm, 1,4-Dioxan bei
3,70 ppm und Chloroform bei 7,27 ppm. Wo wäre in etwa Methylenchlorid
einzuordnen?
1,1 ppm
2,9 ppm
5,3 ppm
9,4 ppm
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Intensität der Signale
•
Die Intensität einer Signalgruppe ist abhängig von der Anzahl der Protonen, die
das Signal verursachen.
•
Beim Plotten eines NMR-Spektrums werden die Integrale der Signale als feine
Striche mit ausgegeben.
•
Man kann mit einem Lineal die Abstände der Integrallinien messen und in
Relation zueinander setzen.
•
Da die Protonen nur ganzzahlig auftreten, verhalten sich die Strecken
zueinander in kleinen, ganzen Zahlenverhältnissen.
Frage:
In welchem Verhältnis steht die Gesamtlinie einer -CH3-Gruppe
zu einer -CH2-Gruppe?-
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Intensität der Signale
Die Intensität einer Signalgruppe ist abhängig von der Anzahl der Protonen, die
das Signal verursachen.
H1 = 3 cm
H2 = 2 cm
4
1
ppm
Frage:
Wo würde sich die CH3-COO-Gruppe befinden und wie groß
wäre dann H3?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Intensität der Signale
Die Integrale
(Flächenwerte) werden
im Spektrum angegeben
und können zur Bestimmung
der Protonenanzahl
herangezogen werden.
Aufgabe:
Werten Sie das vorliegende NMR-Spektrum hinsichtlich
der Protonenzahlen aus!
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Intensität der Signale
Bei der Interpretation jedes Integrals, insbesondere wenn sie mit Zahlenangaben
ausgegeben werden, muß beachtet werden:
•
Gutes Signal/Rausch-Verhältnis (S/N)
•
scharfe Signale
•
Breite Banden, wie z. B. von -OH, -NH und H20
verhindern die Auswertung von scharfen Banden
Frage:
Mit was lassen sich die beschriebenen Einschränkungen in der
Chromatographie vergleichen?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interaktive Frage „Intensität der Signale“
In welchem Höhenverhältnis stehen die Signallinien beim Ethanol CH3 (A) - CH2 (B)
- OH (C)?
P
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A=1
B=2
C=3
A=3
B=2
C=1
A=2
B=2
C = 4.
Seite 39
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Signalaufspaltung
•
Jeder Atomkern, der ein magnetisches Moment besitzt, wirkt auf die
Elektronenhülle. Die Bindungselektronen werden schwach magnetisch
polarisiert, sie schwächen oder verstärken das lokale Magnetfeld. Damit
verändert sich dessen Resonanzfrequenz.
•
Durch spin-spin-Kopplung wird eine Aufspaltung der Signale erreicht. Die
Aufspaltungsverhältnisse gehorchen mathematischen Gesetzmäßigkeiten.
Frage:
Wieviel Einzelsignale hat die -O-CH2 neben der -CH3-Gruppe?
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Seite 40
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Signalaufspaltung
•
Die Wechselwirkung erfolgt über sog. „bindende“ Elektronen, die sich
zwischen den sich beeinflussenden Kernen befinden.
•
Wenn die Kopplung über 2 Bindungen reicht (z. B. bei der Methylengruppe),
dann spricht man von einer „geminalen“ Kopplung. Bei 3 Koppelgliedern
handelt es sich um eine „vicinale“ Kopplung (Ethylengruppe).
•
Die Wechselwirkung wird durch die Kopplungskonstante J beschrieben. Sie
entspricht dem Energieabstand zwischen den Einzelsignalen.
Aufgabe:
Zeigen Sie die vicinale Kopplung im Ethylenmolekül!
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Seite 41
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Signalaufspaltung
Die Anzahl der Einzelsignale einer Signalgruppe ist um 1
größer als die Protonenzahl an den benachbarten Kohlenstoffatomen.
Beispiel:
Die -O-CH2 -Gruppe ist auf Grund der Nachbarschaft mit den 3 Protonen an einer CH3 -Gruppe in 4 Einzelsignale aufgespalten!
Frage:
In welchem Verhältnis stehen die Einzelsignale zueinander?
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Seite 42
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Signalaufspaltung
Die Einzelverhältnisse der Signale sind durch das Pascalsche-Dreieck bestimmbar:
Nachbar
Einzelsignalverhältnis
0
1
2
3
4
Form
1
1
1
1
1
1
2
3
4
1
3
6
1
4
1
Singulett
Dublett
Triplett
Quartett
Quintett
Frage:
Wie ist die Einzelsignalverteilung bei 6 Nachbarn?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Signalaufspaltung
Versuchen Sie, die Signale zu interpretieren. Es handelt sich um CH2- bzw. CH3Gruppen in dem Ester CH3-COO - CH2 -CH3.
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1 ppm
Frage: Wie wären die Signale des Essigsäure propyl ester verteilt?
© Provadis
Seite 44
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Signalaufspaltung
Essigsäurepropylester
P
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Seite 45
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interaktive Frage „Signalaufspaltung“
Wieviel äquidistante Linien ergibt das Methinproton in einer Isopropylgruppe (-CH
(CH3)2)?
Ein Sextett mit den Intensitäten 1 5 10 10 5 1
Ein Quartett mit den Intensitäten 1 3 3 1
Ein Septett mit den Intensitäten 1 6 15 20 15 6 1.
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
NMR-Messtechnik
Ein NMR-Spektrometer besteht aus folgenden Elementen:
•
dem Radiofrequenzsender (RF-Sender)
•
dem Probenkopf mit Probenröhrchen
•
dem Magneten
•
dem Radiofrequenzempfänger
•
dem Schreiber (Integrator)
•
dem Kühlsystem
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
NMR-Messtechnik
Geräteaufbau
(Fa. Bruker)-
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
NMR-Messtechnik
•
Der RF-Sender übermittelt die elektromagnetische Energie an die
Substanz. Übliche Sendefrequenzen sind 60, 90, 100, 200, 250, 300,
360 und 400 MHz. Als Magneten werden Permanentmagneten
von 2,3 Tesla oder größer (Supraleitendes Material) verwendet.
•
Meistens wird bei konstanter Frequenz das Magnetfeld kontinuierlich
verändert. Wenn die Substanz Energie absorbiert, wird in der
Empfängerspule ein elektrisches Signal induziert. Die Probe rotiert
im Probenkopf.
Frage:
Warum rotiert die Probe im Meßkopf?
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Seite 49
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Probenvorbereitung
Die Substanzproben werden als Lösung vermessen. Als Lösemittel werden
protonenfreie Lösemittel verwendet, z. B.:
•
•
•
•
Tetrachlormethan
Deuterochloroform-d1
Deuteriertes Wasser-d2
Dimethylsulfoxid-d6
CCl4
CDCl3, 1fach deuteriert
D2O, 2fach deuteriert
DMSO, 6fach deuteriert
Als interner Standard wird Tetramethylsilan (CH3)4Si zugemischt und die
Lösungen filtriert. Die Substanzmenge beträgt etwa 20 bis 50 mg in 0,25 bis 0,5 mL
Lösemittel.
Frage: Wäre Schwefelkohlenstoff als Lösemittel geeignet?
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Probenvorbereitung
•
Das NMR-Spektrum eines Alkohols sieht anders aus, wenn es statt in
Chloroform in DMSO-d6 gelöst und aufgenommen wird. In Chloroform
ist das Proton des Alkohols durch Wasserstoffbrücken mit benachbarten
Alkoholmolekülen verknüpft, daher ist es nicht fest lokalisiert.
•
Der Einfluss des Lösemittels auf das NMR-Signal ist daher gegebenenfalls
zu beachten!
Frage:
Welches NMR-Signal ist breiter: bei einer in DMSO oder bei einer
in deuteriertem Chloroform gelösten Substanz?
P
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Seite 51
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Probenvorbereitung
In Chloroform gelöst liefert die -OH-Gruppe ein breites Singulett.
NMR-Spektrum von 1-Propanol in Chloroform-d1 und DMSO-d6
In DMSO-d5
In Chloroform-d1
© Provadis
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interaktive Frage „Probenvorbereitung“
Warum ist Tetramethylsilan, TMS, als innerer Standard besonders geeignet?
Welche Alternative ist falsch?
weil TMS ein deutliches, sehr breites Signal
bei 1 ppm ergibt
weil das Molekül 12 magnetisch equivalente Protonen
enthält, dessen Signal bei 0 ppm festgelegt ist
weil TMS sehr flüchtig ist und die Probe leicht
wiedergewonnen werden kann
© Provadis
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung
Zeichnen Sie schematisch in eine  - Skala die Protonenresonanzen einer
equimolaren Mischung aus folgenden Verbindungen:
a. Chloroform
b. Methylenchlorid
c. Methylchlorid
d. 1,1,1,1-Trichlorethan
e. 1,2-Dichlormethan
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CHCl3
CH2Cl2
CH3Cl
CCl3-CH3
CH2Cl-CH2Cl
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Aspekte der Analytik / Gottwald 2001
Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 1
e, 4H
c, 3H
d, 3H
b, 2H
a, 1H
10
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9
8
7
6
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5
4
3
2
1 ppm
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Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 2
Das Protonenresonanzspektrum jeder der folgenden Verbindungen besteht aus
einem Singulett. Treffen Sie eine ungefähre Aussage über die Lage und die
Intensität der Signale.
•
A. Methylacetat
•
B. Toluol
•
C. Benzylchlorid
•
D. Dimethoxybenzol
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 2A
ERGEBNIS
A
B
Methylacetat: CH3-CO-O-CH3
B, 3 H
10
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9
8
7
6
Seite 57
5
4
A, 3 H
3
2
1 ppm
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Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 2B:
ERGEBNIS
B
Toluol: CH3-
A
B, 5 H
A, 3 H
10
P
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9
8
7
6
Seite 58
5
4
3
2
1 ppm
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Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 2C:
A
-CH2-Cl
Benzylchlorid:
ERGEBNIS
B
B, 5 H
A, 2 H
10
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9
8
7
6
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5
4
3
2
1 ppm
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Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 2D:
ERGEBNIS
A
CH3 -O-
Dimethoxibenzol:
A
-O-CH3
B
A, 6 H
B, 4 H
10
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9
8
7
6
Seite 60
5
4
3
2
1 ppm
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Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 3:
Versuchen Sie, die Struktur von X1 zu belegen.
Molekularmasse: 32 g/mol
X1 = ?
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Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 3:
ERGEBNIS
Es handelt sich um Methanol CH3 - OH!
Das Verhältnis von 1H und 3H ist im NMR-Spektrum gut zu erkennen.
Im IR-Spektrum ist die OH-Bande gut erkennbar, es handelt sich um eine gesättigte
Substanz, da die C=C-Banden fehlen.
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 4:
Cyclohexanol wird in Ether gelöst und mit schwefelsaurer Kaliumdichromatlösung
längere Zeit gekocht. Die Etherfraktion wird abgetrennt und vorsichtig eingeengt.
Das Rohprodukt wird über eine Kolonne destilliert.
Das gereinigte Produkt X hat einen Siedepunkt von 156°C.
Nachfolgend ist das IR-Spektrum und das NMR-Spektrum von Cyclohexanol und
X2 abgebildet.
Versuchen Sie, die Struktur von X2 zu belegen.
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 4:
NMR- und IR-Spektrum von Cyclohexanol
1H
P
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!
10 H
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 4:
NMR- und IR-Spektrum von X2!
4H
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X2 = ?
6H
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 4:
ERGEBNIS
IR:
2940 , 2860 cm-1
C-H-Gruppe
1710 cm-1
C=O-Gruppe
(ursprünglich nicht im Cyclohexanol enthalten)
OH-Bauch nicht mehr vorhanden.
NMR:
1,57 -2,10 ppm
6H Methylenprotonen
2,10 -2,50 ppm
4H Methylenprotonen
keine Hydroxylprotonen nachweisbar
Es handelt sich um Cyclohexanon (Keton)
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Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 5:
20 g Cyclohexanol werden in einem Rundkolben mit 0,6 mL Schwefelsäure mit
w(H2SO4) = 98 % versetzt. Die Mischung wird vorsichtig auf 140 C erhitzt und das
entstehende Produkt X3 bei 90 C über eine Vorlage abdestilliert.
Versuchen Sie die Struktur von X3 nach den folgenden IR- und NMR-Spektren zu
belegen.
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Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 5:
NMR- und IR-Spektrum von Cyclohexanol
1H
© Provadis
10 H
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Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 5:
NMR- und IR-Spektrum von X3.
2H
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Je 4 H
!
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X3 = ?
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Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
NMR
Interpretationsübung Nr. 5:
ERGEBNIS
Es handelt sich bei X3 um die ungesättigte, cyclische Verbindung
Cyclohexen.
Der ungesättigte Charakter ist im IR-Spektrum und im NMR-Spektrum sehr gut
auszumachen.
P
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Aspekte der Analytik / Gottwald 2001
Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
Wir danken den
Autoren, Firmen und
Verlagen
für die
Einbindung
von Abbildungen
in diese
Weiterbildungspräsentation.
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Aspekte der Analytik / Gottwald 2001
Aspekte der modernen Analytik
Modul 2: Spektroskopie
Ende des Moduls
“Spektroskopie”
Wir bedanken uns für
Ihre Mitarbeit.
P
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Seite 72
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