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1 H-NMR とは?. 1 H- N uclear M agnetic R esonance Spectroscopy プロトン核磁気共鳴分光法. 分子内における個々の 1 H の情報を得る分析方法 *厳密に言うと「分子内における個々の水素の情報を得る分析方法」ではない。 * NMR は 1 H に限定されない 2 D, 13 C, 14 N, 17 O, 19 F, 31 P, 33 S, etc   ⇒有機化合物を構成する元素それぞれの情報を別々に取ることができる。. 1 H-NMR でわかること.

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Presentation Transcript
1 h nmr
1H-NMR とは?

1H-Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

プロトン核磁気共鳴分光法

分子内における個々の 1H の情報を得る分析方法

*厳密に言うと「分子内における個々の水素の情報を得る分析方法」ではない。

*NMR は 1Hに限定されない

2D, 13C, 14N, 17O, 19F, 31P, 33S, etc

  ⇒有機化合物を構成する元素それぞれの情報を別々に取ることができる。

1 h nmr1
1H-NMRでわかること

・ある 1H が何の元素の原子に結合しているか?

C-H, O-H, N-H, S-H, etc.

・その原子がどの官能基に結合しているか?

C-C-H, O-C-H, N-C-H

C-O-H, C(O)-OH,

C-N-H, C(O)-N-H

・ある 1H が結合している原子に他の 1H が結合しているか?

CH, CH2, CH3

・ある 1H が結合している原子に結合している原子にどの 1H が

 結合しているか?相対配置は?

Ha-X-Y-Hb, cis/trans

1 h nmr3
1H-NMR のチャートから読み取るもの

・化学シフト (d値)

   ピークがどこに出ているか

・カップリングパターン

   ピークが何本に分かれているか

・カップリング定数 (J値)

   ピークが分かれたときの割れ幅

・積分値 (I 値)

   ピークの相対的な大きさ

slide6
チャートから読み取る情報と、それから得られる情報チャートから読み取る情報と、それから得られる情報

・ある 1H が何の元素の原子に結合しているか?

・その原子がどの官能基に結合しているか?

・ある 1H が結合している原子に他の 1H が結 合しているか?

・ある 1H が結合している原子に結合している 原子にどの 1H が結合しているか?相対配  置は?cis/trans?

化学シフト

積分値

カップリング

定数 (J値)

slide9
化学シフト 二置換メチレン・三置換メチンの場合化学シフト 二置換メチレン・三置換メチンの場合
slide10
化学シフト 二置換メチレンを計算で予測する化学シフト 二置換メチレンを計算で予測する
slide14
化学シフト アルキンの d

sp3: 0.8 – 2.0 (無置換)

sp2: 4.5 – 7.5

sp : 1.7 – 2.6

sp > sp2 > sp3ではなくて

sp2 > sp > sp3

slide15
化学シフト ベンゼンの d

p

o

m

このずれが大事

加成性

slide18
残留水の影響―溶媒が変わるだけでこんなに変わるの?残留水の影響―溶媒が変わるだけでこんなに変わるの?
slide19
カップリング定数 脂肪族の場合

Haと Hbの環境が違うとき

Haと Hbとが互いに隣り合っていることがわかる

隣の情報はわかるが

それ以上向こうはわからない

slide20
カップリング定数 環状脂肪族化合物の場合-相対配置の決定カップリング定数 環状脂肪族化合物の場合-相対配置の決定
slide22
アルコール、アルデヒドのカップリング定数

交換があると 0 になる

・高濃度

・一級 (低立体障害)

・水 etc

脂肪族アルデヒドか a,b-不飽和アルデヒドか区別できる

slide23
オレフィン周りのカップリング定数―相対配置の決定オレフィン周りのカップリング定数―相対配置の決定
h f h p
H-F,H-P のカップリング定数

基本的な傾向は H-H カップリング定数と同じ

H-H カップリング定数と順序が異なる

slide26
他核種 NMR

ここに数字が入っていれば測定可能:スピン数≠0

slide27
NMR チャートの予測

酢酸エチル (Ethyl Acetate) の 1H-NMR チャートを予測する。

酢酸エチルには 3 種類の H (Ha, Hb, Hc) がある。

Ha: カルボニル基の a-位のメチル基→図 A・1 より d 2.0。隣の炭素には水素   はないので一重線。積分値は 3H 分。

Hb: エステル酸素の a-位のメチレン基→図 A・1 より d 4.1。隣の炭素に水素  が 3 つ (Hc) あるので四重線。積分値は 2H 分。

Hc: エステル酸素の b-位のメチル基→図 A・2 より d 1.3。隣の炭素に水素  が 2 つ (Hb) あるので三重線。積分値は 3H 分。

JHb-Hcは自由回転のアルキル基なので 7 Hz。

slide28
酢酸エチルのチャートの予測と実測
  • 予想:
  • 4.1 (q, J = 7 Hz, 2H), 2.0 (s, 3H),

1.3 (t, J = 7 Hz, 3H)

実測:

  • 4.119 (q, J = 7.1 Hz, 2H), 2.038 (s, 3H),

1.260 (t, J = 7.1 Hz, 3H)

1 h nmr5
1H-NMR スペクトルから分子構造の推定まで

d 7.58 (d, J = 18 Hz, 1H), 7.48 (d, J = 8 Hz, 2H), 7.34 (d, J = 8 Hz, 2H), 6.39 (d, J = 18 Hz, 1H), 4.25 (q, J = 7 Hz, 2H), 1.32 (t, J = 7 Hz, 3H)

slide30
ピークの整理:隣り合う 1H を探す

①元素分析、質量分析から分子式が C11H11BrO2であることがわかる。

 分子式から,不飽和度は 6。炭素数に比べて不飽和度が高いので,芳香環が 入っている可能性が高い。

②NMR の積分値の合計が 11 なので、矛盾はないことが確認できる。

③カップリング定数の値が同じものを探すと

   ピーク①⇔ピーク④ (18 Hz)

   ピーク②⇔ピーク③ (8 Hz)

   ピーク⑤⇔ピーク⑥ (7 Hz)

 が同じ。だからこれらがお隣同士いうことになる。積分から考えて

   ピーク①:二重線 (ピーク④が1H (積分1) だから)

   ピーク②:二重線 (ピーク③が1H (積分1) だから)

   ピーク③:二重線 (ピーク②が1H (積分1) だから)

   ピーク④:二重線 (ピーク①が1H (積分1) だから)

   ピーク⑤:四重線 (ピーク⑥が3H (積分3) だから)

   ピーク⑥:三重線 (ピーク⑤が2H (積分2) だから)

 と予測され,実際のカップリングパターンと矛盾していない。

slide31
ピーク ①ー③ の解析

ピーク ①―③:芳香族,アルケンの領域

ピーク②,③:二組の d (2 H) なので、1,4-二置換芳香環。化学シフトがやや低磁場側にシフトしている (値が大きくなっている) ので、電子求引基が置換している。

ピーク①:J 値が 18 Hz もあること、ピーク④とカップリングしていることから,trans-二置換のアルケン。化学シフトが 7.6 付近まで下がっているので,ピーク①の水素の結合している炭素には芳香環が置換し、ピーク④の水素の結合している炭素には電子求引基が結合している。付録 D より,その電子求引基は共役カルボニル基。

slide32
ピーク ④ の解析

ピーク④:

H4のついている炭素の Zgem値が 0.77。付録 D から、この置換基は COOR (共役) もしくは COOH になる。分子式から考えるとあと C2H5BrO が残っており,結合手が最低二本いるので、COOH はありえないことになる。したがって、ここは COOR (共役) 。

slide33
ピーク ⑤、⑥ の解析

ピーク⑤、⑥:互いに隣同士にあり,積分値から考えて CH2CH3と考えられる。ピーク⑤の化学シフトが約 4.2 であり,これはエチルエステルの構造を示している (図 A・1)。

分子式からは Br が残っているので,これを芳香環に結合させて

slide34
芳香環部の再検討

H2, H3の化学シフトを再計算しても矛盾はない。