Domanda:
Utilità del protone vs NMR del carbonio
user60221
2018-04-14 21:13:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ho appena imparato a conoscere entrambi i tipi di NMR e non ho mai usato NMR nella vita reale, quindi qualsiasi cosa dica potrebbe essere sbagliata.

Il nocciolo di questa domanda è che, in Secondo me, l'NMR del protone fornisce più informazioni dell'NMR del carbonio, che immagino sia molto più utile quando si analizzano i composti. Per questo motivo, qualcuno può dirmi se l'NMR del carbonio è mai stato utilizzato al posto dell'NMR del protone (che sembra essere più "potente")? Se lo è, quando?

Buona domanda! Il primo spettro che un chimico organico prenderà dopo aver isolato il prodotto di una reazione è l'1H NMR. È veloce, di routine e informativo. Ma un prodotto naturale sintetizzato è migliore rispetto al prodotto naturale mediante 13C NMR disaccoppiato e 1H NMR. Il 13C NMR è tutto singoletto ee un campo di spostamenti chimici che è ~ 20 volte quello di uno spettro 1H NMR. I chimici hanno la fortuna di avere molti strumenti diversi per identificare le strutture.
Cinque risposte:
#1
+8
orthocresol
2018-04-15 00:25:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

TL; DR Sì, a volte. Tuttavia, in generale i dati 13 C sono molto meno utili dei dati 1 H (e 2D) e la verità è che spesso possiamo farne a meno.

Limiterò la mia risposta al contesto della chimica organica. In primo luogo, rispondo direttamente alla tua domanda: 13 C NMR è mai stato utilizzato invece di 1 H NMR? La risposta è sì.

Tuttavia, posso solo pensare a un caso in cui si potrebbe farlo. Questo è quando c'è una forte sovrapposizione dei picchi nella 1 H NMR, in modo tale che non si possa usarla in modo affidabile per accertare se si ha (per esempio) una miscela di composto, o solo un singolo composto. In tal caso il 13 C NMR (che ha picchi molto più dispersi e quindi quasi nessuna sovrapposizione) è più informativo del 1 H NMR. Questo generalmente non è molto comune.


Voglio andare oltre una risposta diretta, però, e parlare dell'utilità dei dati 13 C in generale. Hai ragione sul fatto che 1 H NMR sia più utile del 13 C. Questo è generalmente vero, e le ragioni principali di ciò sono duplici:

  1. 13 C NMR semplicemente non fornisce tante informazioni quanto 1 H NMR. L'unica cosa utile che si può ottenere dal 13 C NMR è l'elenco degli spostamenti chimici - ma a loro volta, questi sono virtualmente impossibili da interpretare per tutte tranne le molecole più semplici. D'altra parte, 1 H NMR fornisce informazioni sugli ambienti protonici (spostamenti), sul numero di protoni (integrali) e informazioni limitate sulla connettività molecolare (accoppiamenti).

  2. Come ha scritto la porfirina, 13 C NMR richiede molto più tempo di 1 H NMR, perché (a) l'abbondanza naturale di 13 sup > C è molto più basso (b) il rapporto giromagnetico di 13 C è più piccolo.

In quanto tale, tra tutti i dati NMR raccolti dai chimici organici, il 13 C NMR è di gran lunga lo spettro meno utile e che richiede più tempo. Di per sé, il suo unico vero utilizzo è fornire una "impronta digitale" della molecola, e forse qualche informazione sui gruppi funzionali presenti. Quindi, nella maggior parte dei casi, il 13 C NMR è davvero meno utile del 1 H NMR.


La domanda quindi diventa, " perché le persone continuano a prendere 13 C NMR? " Prima di proseguire, però, dovrei chiarire che le persone non prendono 13 C NMR preferenzialmente rispetto a 1 H, ma piuttosto in congiunzione con esso.

Ritorna principalmente all'idea dell'impronta digitale: quando tutti tabulano 13 C gli spostamenti delle molecole che producono, questo fornisce al chimico A le informazioni hanno bisogno di capire se sono riusciti a realizzare ciò che il chimico B aveva fatto in precedenza. Potresti obiettare che 1 H è abbastanza buono come impronta digitale, ma questo non è sempre vero, e comunque il consenso è che due è meglio di uno: tutte le principali riviste richiedono la presentazione di 13 Dati C NMR per nuovi composti sintetizzati.

L'unico altro caso reale in cui gli spostamenti assoluti di 13 C sono utili è quando è necessario risolvere picchi molto vicini in 2D spettri (es. HSQC, HMBC) o in composti con pochissimi protoni (rendendo così meno utili le correlazioni H – H o H – C negli spettri 2D). Anche allora, non è vero dire che i dati 13 C sono preferiti rispetto ai dati 1 H.

Tutto sommato, la tua domanda è perfettamente giustificata. Nella maggior parte dei casi, 13 C NMR è meno utile come 1 H NMR, e solo in alcuni casi limitati è come utile come 1 H NMR.

In effetti, c'è un articolo di prospettiva piuttosto recente di Liermann e Schlörer [1] che sostiene che il 1D 13 C NMR non dovrebbe essere registrato, tranne che nel casi particolari descritti nel paragrafo precedente. Gli autori sottolineano anche che gli spettri 2D servono come impronte digitali molto più utili e sono anche molto migliori nel convalidare una struttura proposta per una molecola. Anche se in spettri affollati l'impronta digitale 13 C può essere più utile dell'impronta digitale 1 H, è comunque meno utile dei dati 2D, dove i picchi sono dispersi in due dimensioni.


  1. Liermann, JC; Schlörer, N. E. Gestione dei dati nelle strutture NMR e assegnazione degli spettri NMR nei laboratori di chimica sintetica: perché la convalida della struttura elettronica dovrebbe diventare parte della routine. Magn. Risonanza. Chem. 2017, 1–7. DOI: 10.1002 / mrc.4675.
Molte grazie per la risposta dettagliata. Ho posto la domanda semplicemente perché devo analizzare sia gli spettri del protone che quelli del carbonio negli esami, e finisco sempre per giungere alla conclusione che l'NMR del protone è molto "più facile" da analizzare a causa delle informazioni che gli spettri del protone ti danno rispetto agli spettri del carbonio.
#2
+4
porphyrin
2018-04-14 23:25:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

In linea di principio il metodo è lo stesso per entrambi i nuclei ma ci sono differenze pratiche. Il protone NMR è circa 4 volte più sensibile a causa della differenza nei rapporti magnetogirici, ma soprattutto il 99,98% di $ ^ 1 $ H è presente in una molecola ma solo l'1,1% di $ ^ {13} $ C. Quindi, a meno che tu non sintetizzi con $ ^ {13} $ C, (v costoso ecc.) Il protone nmr è più comunemente usato. $ ^ {13} $ C può quindi essere utilizzato anche se la NMR del protone non è definitiva. Nota anche che NMR generalmente non ti dà una struttura (lunghezze di legame, angoli) solo la topologia, cioè questo atomo vicino a quel gruppo ecc.

È possibile ottenere angoli di legame dall'NMR del protone, se si considera l'angolo di torsione tra H-C-C-H allora è possibile utilizzare l'equazione di Karplus, è anche possibile utilizzare NOESY e altri esperimenti NOE se si deossigenano il campione prima di fare l'esperimento.
Sono d'accordo, questo è il motivo per cui ho usato le parole "non generalmente", alcuni angoli usando equazioni empiriche e NOESY ecc., Ma non è come fare la diffrazione dei raggi X.
#3
+4
Mad Scientist
2018-04-15 03:06:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Gli aspetti pratici sono molto importanti quando si decide quali esperimenti eseguire e i Proton 1D sono di gran lunga l'esperimento più semplice e veloce che è possibile eseguire per molecole organiche comuni. Gli esperimenti con 13C richiedono molto più tempo di misurazione, questo è un grave inconveniente. Potrebbero esserci delle eccezioni, ma in quasi tutti i casi un Proton 1D è il primo esperimento che misuri e l'unica domanda è quale esperimento esegui oltre a quello.

Ci sono casi in cui gli esperimenti 1H sono non è poi così utile, ad esempio se la tua molecola ha pochissimi protoni. Probabilmente eseguirai ancora quell'esperimento, solo per assicurarti che non ci siano altre cose nel tuo campione che hanno più protoni.

Ma un aspetto importante è che quegli esperimenti ti danno diverso tipi di informazioni. E poi ci sono molti esperimenti NMR più avanzati che ti danno molto, molto di più di quei semplici spettri 1D. Ciò che misuri dipende da quanto sia difficile il tuo problema e da quanto sei sicuro di aver ragione. È possibile ottenere molte informazioni da uno spettro 1H 1D, ma molte sono in qualche modo indirette. Con esperimenti 2D come COSY, TOCSY, HSQC o HMBC puoi misurare direttamente la connettività tra i nuclei della tua molecola. Ogni esperimento ti dà informazioni diverse, nessun singolo esperimento ti dà tutte le informazioni su una molecola.

#4
+3
Güray Hatipoğlu
2018-04-14 21:29:58 UTC
view on stackexchange narkive permalink

http://www.chem.ucla.edu/~harding/notes/notes_14C_cnmr.pdf

Dai un'occhiata a questo, per esempio.

Quando un chimico organico decide di effettuare un'analisi NMR, è principalmente per caratterizzare una nuova molecola sintetizzata. E (s) / lui farà sia H1 NMR, C13 NMR, IR, MS e cercherà di capire guardandoli tutti.

Ma se vuoi ancora confrontare o selezionarne solo uno, H1 NMR sarà molto più veloce e in molti casi fornisce molte informazioni, tuttavia, ad esempio, quando non c'è idrogeno legato a un atomo, specialmente molecole più grandi, non solo per le domande di chimica organica o corsi NMR, per lo più non sarai in grado di vedere l'intera molecola semplicemente con H1 NMR. Bene, ancora una volta nessuno garantirà che C13 NMR ti farà risolvere completamente la struttura.

È buffo, anche se ci sono professori che dicono che guardando esclusivamente alla SM, se ne sai abbastanza alla fine otterrai l'intera molecola. In teoria si può anche dire questo allo spettro IR poiché gli atomi vicini hanno davvero qualche effetto sul luogo e sulla forza di assorbimento. Tuttavia, questi sono alcuni pensieri marginali, richiedono una quantità di tempo molto elevata se si tenta di applicare e sono molto inclini a sbagliare rispetto ad avere il maggior numero possibile di dati di analisi.

#5
  0
Justanotherchemist
2018-04-25 12:42:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

1H è probabilmente il più comune, è veloce ed è abbastanza intenso per piccole quantità. Puoi usarlo come un'impronta digitale per confrontare i risultati o puoi ricavarne almeno alcune informazioni. Quindi è preferito. Ma ogni volta che produciamo un nuovo composto o ogni volta che non siamo sicuri, produciamo anche un 13C. Il problema è che hai bisogno di più sostanza o una maggiore concentrazione o non sarai in grado di vedere molto più tardi. In 13C non puoi 'nascondere' i tuoi carboni facilmente come in 1H. Ed a volte è utile perché puoi vedere se qualcosa è quaternario come in un anello benzenico sostituito. Penso che sia meno utilizzato perché richiede più tempo per misurare e spesso viene fatto durante la notte, quindi l'NMR sarà disponibile per gli altri durante il giorno. Ma questo è solo un fattore operativo, quindi non lo conterei qui. In generale, sebbene molti gruppi non lo facciano quando pubblicano i loro risultati, è interessante menzionare sempre il fattore di ritenzione per la cromatografia su colonna o il punto di ebollizione sotto vuoto, l'1H NMR, il 13C NMR, l'IR e la massa spettro. Il 13C è anche meno utilizzato nei corsi pratici nelle università, quindi gli studenti spesso credono che sarebbe un problema. Lo stesso per NMR 2D. L'opzione è sempre disponibile e non dovrebbe essere un problema se chiedi all'operatore. Ma questo mito comune che è qualcosa che non faresti a causa dei costi o delle difficoltà non è vero. Se non riesci a determinare il tuo composto puoi sempre chiedere l'opzione più avanzata. Quindi alla fine dipende, sì 1H è standard perché nella maggior parte dei casi sai cosa vuoi fare ma anche 13C è abbastanza comune.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
Loading...