Appunti approfonditi di Analisi organica

S NOESY E NOE

PETTRO ED FFETTO

Se si irradia un dato nucleo, annullandone il segnale, i segnali dei nuclei vicini spazialmente (anche se non legati)

aumentano di intensità. La tecnica NOESY sfru a questo principio per individuare nuclei spazialmente vicini nella

molecola. Tecnica usata

per determinare

stru ure terziarie

delle proteine:

importante perché

perme e di

identificare H nella

catena polipeptidica,

anche se non legati

dire amente, ma

vicini spazialmente per via del ripiegamento della proteina.

E . - - :

S TRANS Β METILSTIRENE

Il CH₃, essendo in trans, non accoppia con H dell’anello benzenico (troppo distanti), ma accoppia solo con H2 e H3 (a

sx)

E . - - :

S CIS Β METILSTIRENE

Il gruppo metilico si trova vicino all’anello benzenico, quindi correla anche con H4, oltre che con H2, cosa che non

avviene nella forma trans (a dx)

TOCSY

Correla protoni appartenenti allo stesso sistema di spin, anche se non dire amente accoppiati.

Es. pentanoato di etile (etile valerianato):

Ci sono due sistemi di spin separati dall’eteroatomo O.

Tu i i protoni correlano tra loro all’interno del proprio sistema (uno a sinistra, uno a destra rispe o all’ossigeno).

S INADEQUATE

PETTRO

Identifica coppie di nuclei ¹³C adiacenti, evento rarissimo (probabilità = 0,012%), ma questa tecnica riesce comunque

a rilevarli.

Sebbene ci sia correlazione tra nuclei dello stesso tipo (¹³C), non è omonucleare perché:

su una dimensione si ha lo spe ro del ¹³C,

 sull’altra si ha il valore delle costanti di accoppiamento, in valore assoluto.



E .319: C₉H₁₈O₂

S

grado di insaturazione Picco a 170 ppm,

: − + = .

quindi carbonile può essere acido carbossilico o derivato

→

(anidride, ammide, estere, cloruro acilico). Avendo solo 2 atomi

di ossigeno, è un estere o un acido carbossilico (non anidride

ne richiederebbe 3). Non ci sono 2 protoni scambiabili tra

→

11–12 ppm non è un acido carbossilico, quindi è un estere.

→

Oltre al carbonile, si vedono diversi C alifatici:

Due intorno ai 13 ppm, in fase positiva sono CH₃ (metili).

 →

Gli altri sono tu i CH₂.



Abbiamo quindi un estere con due catene lineari, una legata al

C, l’altra all’ossigeno.

Q ?

UANTO SONO LUNGHE LE CATENE

Il triple o a circa 4 ppm è un CH₂ legato all’O estereo è deschermato.

 →

Il segnale a 2,2 ppm è un metilene legato al carbonile, quindi il CH₂ dell’altra catena.



Il segnale da 4 protoni indica la sovrapposizione del segnale di due metileni. I 6 protoni indicano invece la

sovrapposizione tra due CH₃ terminali vicini (lo spe ro del carbonio mostra che non sono equivalenti).

, '

Quindi, COME SONO LUNGHE QUESTE CATENE E CON COSA SONO LEGATE QUALE ALL OSSIGENO E QUALE AL

?

CARBONILE

Sulla base degli accoppiamenti non si riesce a risolvere, quindi si utilizza una correlazione ¹H–¹³C con HSQC.

Prendendo il segnale a 1.25 ppm (dei segnali più deschermati importa poco perché si è già capito cosa sono),

scendendo sull'asse del carbonio si hanno due macchie di correlazione: questo significa che quel segnale si riferisce a

due CH₂ legati a due diversi atomi di carbonio.

C ?

OSA CI DICE QUESTO

Si hanno quindi due CH₂ diversi; si osserva la sovrapposizione di due

multiple i, perché la somma dei segnali correla con due atomi di carbonio

diversi. Il segnale a 0.85 ppm, seppur

appaia come un triple o, è in realtà

la sovrapposizione quasi perfe a

di due metili (CH₃) chimicamente

non equivalenti.

Ora si vanno a vedere le altre

correlazioni nel COSY (a sx)… si o iene una catena butilica da una parte e

anche dall’altra, con 4 atomi di carbonio per ciascun lato, determinabile solo

con questa tecnica.

E . 317: C₁₀H₁₄O

S Se gli atomi di carbonio sono 10 e si osservano 9 segnali, significa che due sono chimicamente

= – + = .

equivalenti. 6 segnali si trovano in zona aromatica/olefinica, di cui 3 quaternari (perché scompaiono nello spe ro

DEPT) e 2 CH (non CH₂, perché anche se visibili nel DEPT, sono in zona aromatica). Abbiamo quindi un anello

benzenico trisostituito (si capisce anche dal numero di segnali; ogni segnale da 4.5 vale 1 protone).

C OME SI CAPISCONO LE POSIZIONI DEI

?

SOSTITUENTI

Dagli accoppiamenti. Per gli

accoppiamenti aromatici, si distingue bene

tra una Jorto e una Jmeta, dove la J meta è

più piccola.

Osservando il protone a 6.54 ppm, il più

utile, si nota che non ha protoni vicinali →

in base alle costanti di accoppiamento, si

conclude che la sostituzione dell’anello è

1,2,4. A circa 5 ppm si trova il segnale dell’OH, che scambia con il D₂O. A 2.3 ppm

(14 mm) si trova un singole o relativo a un CH₃ che non accoppia con

nessuno, quindi inevitabilmente legato all’anello benzenico. Per il terzo

sostituente bisogna considerare il multiple o a 3.15 ppm e il doppie o a

1.22 ppm, che corrisponde a un singole o nello spe ro del carbonio →

significa che quel doppie o corrisponde a due CH₃ equivalenti che

accoppiano con un solo protone CH, il quale corrisponde al multiple o per

accoppiamento con i CH₃.

Riassumendo: sull’anello benzenico ci sono:

un OH,

 un CH₃,



un gruppo isopropilico.



M , 1,2,4?

A QUALI SONO LE LORO POSIZIONI DATO CHE LA SOSTITUZIONE È

Servono le correlazioni degli spe ri bidimensionali. Con lo spe ro C–H si possono identificare i carboni alifatici

protonati, ma questo era già stato fa o. Serve quindi una tecnica C–H long range, ossia HMBC.

C ?

OSA SI VA A VEDERE

Lo spe ro dell’idrogeno ci dice quali sono i protoni del metile, del

gruppo isopropilico e il CH:

Il metile correla con 3 atomi di carbonio, formando 3 macchie

 essendoci solo un carbonio quaternario e due CH, significa

→

che il metile è in orto a due H. Si escludono quindi stru ure in

cui il CH₃ non ha in orto 2 H. Si eliminano così 3–4 stru ure, ne

rimane una sola.

Si osserva ora il protone isopropilico (il multiple o piccolo) che

 correla con 3 atomi di carbonio: due sono quaternari, uno è un

CH. Il CH con cui correla non è lo stesso con cui correlava il

metile: questo è importante e fornisce una informazione

stru urale chiave.

Il gruppo isopropilico correla con due C quaternari e uno terziario. Ciò indica che l’isopropile ha in

orto un solo H, diverso da quelli in orto al metile. Si osserva la stru ura riportata.

S H ’

I NOTA ANCHE LA MACCHIA DI CORRELAZIONE TRA GLI METILICI DELL ISOPROPILE E I RISPETTIVI

C, ?

ATOMI DI PERCHÉ

Perché in realtà, ad esempio H₁ non accoppia con C₁, ma con C₂ tramite accoppiamento long range, e lo stesso fa H₂

con C₁ Le macchie di correlazione, essendo una tecnica che filtra, mostrano gli accoppiamenti long range tra H e

→

C nei metili dell’isopropile.

E 1: C₇H₁₄O

SERCIZIO

U = 1, registrato in cloroformio deuterato (tre segnali

della stessa intensità intorno a 77 ppm perché ha

numero quantico di spin pari a 1 e 3 stati di spin

possibili).

Dai segnali del carbonio si nota che la molecola ha

una certa simmetria (meno segnali rispe o ai 7 C).

A 200 ppm abbiamo un segnale aldeide o chetone,

→

ma tramite DEPT è confermato essere un chetone

perché il segnale scompare, cosa possibile con un

carbonio quaternario del chetone, non con un C

legato a H come nell’aldeide.

Abbiamo: 2 CH₂, altri 2 CH₂ e 2 CH₃ equivalenti,

oltre al carbonio chetonico.

I due CH₃ sono rappresentati da un triple o, altri due CH₂ (al centro, 18 ppm) da un seste o, mentre gli ultimi due

(2.4 ppm) sempre da un terze o.

Ciò significa che un CH₂, essendo un seste o, accoppia con un CH₂ e un CH₃ abbiamo due catene propiliche.

→

Quindi si tra a di un chetone con due catene propiliche, ovvero il 4-eptanone

E 2: C₇H₁₆O

SERCIZIO con 7 segnali nello spe ro di C per

= − + = ,

7C, quindi la molecola non è simmetrica. La somma

degli integrali è 64, dividendo per il numero di H (16) →

4. Il segnale da 4 ppm corrisponde quindi a 1 protone,

ben distinguibile perché scambia con D₂O, e

corrisponde all’H del gruppo OH.

Abbiamo un CH fortemente deschermato (circa 73

ppm), ciò perché legato all’OH, quindi abbiamo un

CH–OH. Il segnale a 24 ppm è costituito da due triple i

indica due CH₃ legati a CH₂, escludendo la

→

possibilità che il CH₃ sia legato dire amente al CH.

Avremo quindi, legati al CH, due gruppi CH₂, e restano

due CH₃.

Si arriva così alla stru ura del 3-eptanolo, non del 4-eptanolo, altrimenti la molecola sarebbe simmetrica.

E 3: C₃H₄O

SERCIZIO

La molecola non è simmetrica, avendo

= − + = .

3 segnali. In particolare, si ha al DEPT, un CIV, in quanto

scompare, un CH essendo presente in zona aromatica

olefinica e un CH2 a circa 50 ppm. Anche nello spe ro

protonico si hanno 3 segnali. L’integrale totale è 28,

dividendo per 4 H 7, quindi il segnale da 7 = 1 H, quello

→

da 14 = 2 H.

In base agli integrali e contenuti di H, il CH₂ ha un

doppie o intorno a 4 ppm: risulta deschermato e sarà perciò

legato all’O, in particolare al gruppo OH (tale H scambia con

il solvente e appare come singole o a circa 1.6 ppm). Il CH

dà un triple o a 2.5 ppm. Si ha inversione a livello di

deschermaggio tra H e C: in particolare in questo caso, è data da un CH legato tramite triplo legame a un altro C.

Risulta un triple o per accoppiamento long range tra il CH terminale del triplo legame con il CH₂, mentre il CH₂ è

un doppie o per accoppiamento long range con tale CH (non poteva altrimenti generare un segnale del genere, il C

al suo fianco non ha H, è un CIV). Quindi in questo caso, sistemando i pezzi e introducendo le due insaturazioni,

risulta un alcol con gruppo alchinico terminale. Si o iene quindi l’alcol propargilico.

E 4: C₈H₁₀O₂

SERCIZIO

U = Abbiamo 6 segnali per il carbonio, quindi ci sono elementi di simmetria. In particolare al DEPT

8− + 1 = .

abbiamo 2 CH2 (in quanto risultano negativi), 3 segnali di presunti CH e 1 CIV in quanto scompare. Nello spe ro

1HNMR, abbiamo due triple i a 4 ppm , co