15. Spektroskopiska metoder Spektroskopiska metoder A ? B Spektroskopiska metoder för strukturbestämning i organisk kemi: • NMR-spektroskopi: Nuclear Magnetic Resonance, ger information om struktur och konnektivitet) • IR-spektroskopi: infraröd spek.; 700 nm ! 1 mm; molekylära vibrationer, används för identifiering av funktionella grupper). • MS: masspektroskopi, ger information om molekylvikt; fragmentering kan ge information om struktur) • UV-spektroskopi: 250-400 nm; absorbtion i konjugerade system; anv. idag relativt sällan för strukturbestämning) • Röntgenkristallografi: studerar hur Röntgenstrålar sprids av en kristall; spridningsmönstret ger information om elektrontätheten i kristallen) 15. Spektroskopiska metoder IR-spektroskopi • Molekylära absorbtioner i området 2.5-16 våglängd (cm). m. Anges i enheten vågtal (cm-1)= 1/ • Energin motsvarar 11.5- 1.15 kcal/mol vilket motsvarar böjning/sträckning av bindningar. • När IR-strålningen motsvarar frekvensen för en molekylär vibration sker absorbtion. 2! 15. Spektroskopiska metoder IR-spektroskopi Relevant molecular motions: Characteristic IR-absorbtions: 3! 15. Spektroskopiska metoder Masspektroskopi • Intrumentet mäter m/z (massa/laddning). • Tre processer: (i) jonisering av provet, (ii) separation baserat på m/z och (iii) detektor. 4! 15. Spektroskopiska metoder NMR-spektroskopi: kort teori Kort bakgrund: • Atomkärnors (protoner, neutroner) spinn beskrivs med spinnkvanttalet I. • Kärnor som har I = n/2, n=1, 3, 5… kan studeras med NMR. I= 1/2 för 1H, 13C (1.6%), 19F. • I närvaro av ett externt magnetfält, B0, splittras de degenererade spinnivåerna. • Ett oscillerande magnetfält B1 och som är vinkelrätt mot B0 appliceras på provet. • När B1 har samma frekvens som den studerade känrnans frekvens (Larmorfrekvensen) kan en energiabsorbtion ske. Dennna ger upphov till en NMR-signal. " 5 000 000 SEK 15. Spektroskopiska metoder 1H NMR-spektrum av etanol H H H OH H H B0 • NMR-skiftskalan: ppm eller !; (CH3)4Si är bestämd att vara !=0. CHCl3 (CDCl3) ! 7.25. • Diagnostiskt i ett NMR-spektrum är signalernas kemiska skift och splittrings-mönster, samt integralerna. • Kemiska skiftet för en signal ger information om protonens kemiska närmiljö. • En signals splittring ger information om antalet närliggande protoner. • En signals integral ger information om det relativa antalet protoner. 15. Spektroskopiska metoder H H H H OH H 15. Spektroskopiska metoder Kemiskt skift B0 En protons kemiska skift påverkas av: • hybridisering på kolet som den binder till. • elektroniska effekter. • lösningsmedel. 15. Spektroskopiska metoder Splittringsmönster (spinn-spinnkoppling) H H H OH H H B0 Spinn-spinnkoppling orsakas av: • spinnkoppling från proton ! bindande elektroner ! proton. • sällan längre än 3 bindningar. • n + 1- regeln, där n= antalet ekvivalenta grannprotoner 15. Spektroskopiska metoder Syntes av komplicerade organiska molekyler OH Problem: Hur tillverka föreing 1 från enkla startmaterial? 1 (racemat) Förslag: O O S Cl OH Et 3N O NaBr S O O tosylklorid Br Mg alkyltosylat O MgBr OH H bensaldehyd (242 €/18 kg) 1 (racemat) 15. Spektroskopiska metoder Steg 1 OH O S O O 8 7 6 5 4 PPM 3 2 1 0 4 PPM 3 2 1 0 15. Spektroskopiska metoder Steg 2 O S O O 8 Br 7 6 5 15. Spektroskopiska metoder Steg 4 Steg 4 Br OH 8 7 6 5 4 PPM 3 2 1 0