План урока по теме "Аналитические методы исследования. ЯМР" (11 класс, русский язык)

© www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

© www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

Starter What is nuclear spin?

• http://orgchemlab.com/nmr­video.html • http://www.rsc.org/ • http://orgchemlab.com/nmr­video/nmr­inter pretation­video.html

• • Protons and neutrons can be regarded as spinning about their axis. In many atoms these spins are paired against each other and so the nucleus has no  overall spin (e.g. 12C). In some atoms (e.g. 1H and 13C) the nucleus has an overall spin.  • • Протоны и нейтроны можно рассматривать как вращение вокруг своей оси.  • Во многих атомах эти спины спарены друг с другом и, таким образом, ядро не  имеет общего вращения (например, 12С).  В некоторых атомах (например, 1H и 13C) ядро имеет общий спин. • • A nucleus that spins generates a magnetic field. • The direction of the magnetic field depends which way the  nucleus spins. • Ядро, которое вращается генерирует магнитное поле.  • Направление магнитного поля зависит, в какую сторону  вращается ядро. © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

• Usually the two possible spin states of the nucleus have the same amount of  energy. • However, in a magnetic field, the two spin states have different energies. • Обычно два возможных спиновых состояний ядра имеют одинаковое  • количество энергии.  Тем не менее, в магнитном поле, два спиновых состояния имеют  различные энергии. Energy Magnetic field  opposed to  applied field Applied  magnetic  field Energy gap corresponds to  frequency of radiowaves Magnetic field in  same direction as  applied field © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

butanone © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

• • • In a spectrum, there is one signal for each set of  equivalent H atoms.  The intensity of each signal being proportional to the  number of equivalent H atoms it represents. В спектре, есть один сигнал для каждого набора  эквивалентных атомов водорода.  • Интенсивность каждого сигнала пропорциональна  количеству эквивалентных атомов водорода. © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

CH3 CH2 CH3 2 sets of equivalent H’s:   ratio  6:2 (3:1) Br CH3 CH CH2 CH3 4 sets of equivalent H’s:   ratio  3:1:2:3 Br CH3 CH CH2 CH2 CH3 5 sets of equivalent H’s:   ratio  3:1:2:2:3 CH3 CH3 C CH2 CH3 4 sets of equivalent H’s:   ratio  6:1:2:3 OH © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

Task ­ For each of the following compounds, draw  the structure, predict the number of signals and the  relative intensity of the signals. a) methylpropene b) propene c) 2­chloropropane d) propanone e) methylamine f) ethyl propanoate g) 1,2­dibromopropane h) dimethylethyl  propanoate but­2­ene i) © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

CH3 CH2 C CH3 O C CH3 CH3 2 signals:   ratio  6:2 (3:1) 1 signal CH2 CH CH3 3 signals:   ratio  2:1:3 NH2 CH3 2 signals:   ratio  3:2 Cl O CH CH3 CH3 2 signals:   ratio  6:1 CH3 CH2 C O CH2 CH3 4 signals:   ratio  3:2:2:3 © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

Br Br O CH3 CH2 CH CH3 CH3 CH2 C O C CH3 3 signals:   ratio  2:1:3 3 signals:   ratio  3:2:9 CH3 CH3 CH CH CH3 2 signals:   ratio  6:2 (3:1) © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

© www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

Task • For each of the NMR spectra below, calculate the relative number of H atoms  associated with each signal. Either the integration trace or measurements  already taken from the integration traces are shown in each case. • Для каждого из спектров ЯМР ниже, вычисляют относительное  количество атомов Н, связанных с каждым сигналом. Либо интеграция  следа или измерения уже взятых из интеграционных следов показаны  в каждом конкретном случае.

© www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

© www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

8           7           6           5           4           3           2          1           0    chemical shift © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

8           7           6           5           4           3           2          1           0    chemical shift © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

© www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

• • • Samples are dissolved in solvents free of 1H atoms, e.g.  CCl4, CDCl3. A small amount of TMS  (tetramethylsilane) is added to calibrate  the spectrum. It is used because: CH3 CH3 Si CH3 CH3 • • • • • its signal is away from all the others it only gives one signal it is non­toxic it is inert it has a low boiling point so is easy to remove © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

• The spectra are recorded on a scale known as the  chemical shift (), which is how much the field is shifted  from the field for TMS compared to the field for TMS.   =  Field for TMS ­ Field measured  x  106                          Field for TMS • The  is a measure in parts per million (ppm) of how far the  magnetic field required for absorption is shifted away from  that for TMS. 10 9 8 7 5   6   4   3   chemical shift (ppm)   2   1 0 • The  depends on what other atoms/groups are near the H  – more electronegative groups gives a greater shift. © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

Data from AQA datasheet

•Number of signals •Relative “size” a) •Chemical shift b) propanal ethyl methylpropanoate O CH3 CH2 C H CH3 CH3 CH O C O CH2 CH3 Data from AQA datasheet

Coupling / Splitting / Multiplicity       Number of H’s next door +1 © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

n+1 0 H next door singlet (s) 1 H next door doublet (d) 2 H next door triplet (t) 3 H next door quartet (q) more H next door multiplet (m) O C CH3 CH3 CH2 © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

signal singlet doublet triplet quartet appearance number of  lines number of H’s  next door 1 0 2 1 3 2 4 3 relative size 1:1 1:2:1 1:3:3:1 © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

Number of H’s next door +1 But you don’t couple to • H’s that are equivalent • H’s on O’s Однако вы не делаете соединений с • Н (водороды) которые эквивалентны • Н с О © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

• butane • ethanol © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

Number of signals how many different sets of equivalent H atoms  there are сколько есть различных наборов эквивалентных  атомов Н Position of signals information about chemical environment of H atom информация о химической среде атома Н Relative intensities gives ratio of H atoms for peaks дает соотношение количества атомов Н для  пиков Splitting      how many H atoms on adjacent C atoms   сколько атомов водорода на соседних атомах C        © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

• а) для каждого соединения, предсказать количество сигналов,   относительную интенсивность и мультиплетность каждого  сигнала.  • б) Определить кому принадлежит спектр, какие составные. © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12

a) 1,2-dichloropropane b) but-1-ene •Number of signals •Relative “size” •Chemical shift •Multiplicity Cl Cl CH2 CH CH3 CH3 CH2 CH CH2 © www.chemsheets.co.uk A2 032 17-Jul-12