NMR-Spektren richtig ausgewertet

Transkript

1 NMR-Spektren richtig ausgewertet

2 Reinhard Meusinger NMR-Spektren richtig ausgewertet 100 Übungen für Studium und Beruf 123

3 Dr. Reinhard Meusinger Institut für Organische Chemie und Biochemie TU Darmstadt Petersenstraße Darmstadt Deutschland ISBN e-isbn DOI / Springer Heidelberg Dordrecht London New York Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. c 2010 Springer-Verlag Berlin Heidelberg Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Einbandgestaltung: WMX Design GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (

4 Vorwort Lieber Leser, das vorliegende Buch richtet sich vor allem an Studenten und technische Mitarbeiter in der universitären Ausbildung und in der Industrie, die sich mit der selbständigen Auswertung von NMR Spektren vertraut machen wollen. Es beinhaltet eine Sammlung von Übungen und Aufgaben mit denen der Zusammenhang von chemischen Strukturen und NMR Spektren systematisch erlernt werden kann. Die Bandbreite der Aufgaben reicht von der einfachen Spektreninterpretation bei der die richtige Struktur gegeben ist, über Verifizierungen bei denen man aus mehreren Strukturvorschlägen den richtigen herausfinden muss, bis hin zur vollständigen Strukturaufklärung einer unbekannten Verbindung. Die einhundert Beispiele wurden aus einer grossen Fülle von experimentellem Material gezielt für Anfänger zusammengestellt. Der Schwierigkeitsgrad der Aufgaben beginnt auf einem einfachen Niveau und steigert sich kontinuierlich durch das gesamte Buch, so dass auch andere Interessierte, die ihre früheren NMR Kenntnisse wieder auffrischen wollen, an beliebiger Stelle einsteigen können. Die theoretischen Grundkenntnisse der NMR Spektroskopie werden allerdings vorausgesetzt und in diesem Buch nicht ausführlich erklärt. Eine Vorlesung oder einen Weiterbildungslehrgang zur NMR Spektroskopie kann und soll diese Buch also nicht ersetzen. Dies ist kein Lehrbuch der NMR Spektroskopie, sondern eine Sammlung praktischer Aufgaben, die zur selbständigen Arbeit ebenso geeignet sind wie zur Verwendung in Übungen und Seminaren. NMR Lehrbücher gibt es bereits in grosser Vielfalt und Anzahl für die verschiedensten Anwender und Anwendungen. Im Vergleich dazu ist das Buchangebot an Sammlungen von Übungsaufgaben zur Strukturaufklärung mit Hilfe der NMR Spektroskopie recht überschaubar. Die wichtigsten Bücher dieser Art sind Organic Structures from Spectra von S. Sternhell und J. R. Kalmann, Vom NMR- Spektrum zur Strukturformel organischer Verbindungen von E. Breitmaier, Strukturaufklärung mit moderner NMR-Spektroskopie von H. Duddeck und W. Dietrich und NMR from Spectra to Structures von T. N. Mitchell und B. Costisella. Die meisten sind allerdings schon vor über zwanzig Jahren erschienen und entsprechen nicht mehr den technischen Möglichkeiten heutiger NMR Labore. Den Arbeitskreisen der organischen und makromolekularen Chemie der Technischen Universität Darmstadt sowie vielen Praktikanten danke ich für die mehreren hundert Substanzen, die sie mir in den letzten Jahren für meine Spektrensammlung zur Verfügung gestellt haben. Für die Hilfe bei der Aufnahme zahlreicher Spektren danke ich meinen Mitarbeitern Herrn K. O. Runzheimer und Frau K. Jung von der NMR Abteilung des Fachbereichs Chemie. Herrn Heinz Kolshorn von der Johann-Gutenberg- Universität Mainz danke ich für die zahlreichen, erfrischend kritischen Diskussionen und Herrn Falko Radke danke ich für die vielen Stunden aufwendiger Layout-Arbeit. Darmstadt, Dezember 2009 Reinhard Meusinger v

5 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung in die NMR Spektrenauswertung Beispiele und Übungen zur 1 H-NMR Spektroskopie Beispiele Nr Nr Nr Nr Übungen Nr Nr Nr Nr Nr Nr Beispiele und Übungen zur 13 C-NMR Spektroskopie Beispiele Nr Nr Nr Übungen Nr Nr Nr Nr Beispiele und Übungen zur 2D-NMR Spektroskopie Beispiele Nr Nr Nr Übungen Nr Nr Nr Aufgaben zur NMR Spektroskopie Nr Nr Nr Nr vii

6 viii Inhaltsverzeichnis Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr

7 Inhaltsverzeichnis ix Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Lösungen Register Übersicht Substanznamensverzeichnis Summenformeln

8 Zum Aufbau des Buches Um eine Sortierung der Aufgaben von einfach nach schwer zu erzielen, wurde eine dreifache Gliederung vorgenommen: Erstens die Unterteilung in die NMR Messmethoden: a) die Aufgaben beinhalten nur 1 H-NMR-Spektren, b) die Aufgaben beinhalten 1 H-, 13 C- und 13 C-DEPT-Spektren, c) die Aufgaben beinhalten 1 H-, 13 C-, DEPT- und zweidimensionale NMR Spektren. Zweitens die Unterteilung in Beispiele, Übungen und Aufgaben: d) die Beispiele beinhalten den vollständigen und ausführlich erklärten Lösungsweg, e) die Übungen sind Aufgabenblätter zur selbständigen Arbeit, die vollständige Lösung wird aber direkt im Anschluss gegeben, so dass man die eigenen Ergebnisse schnell überprüfen kann, f) die Aufgaben sind als Aufgabenblätter zur selbständigen Arbeit geeignet und stellen den Grossteil dieser Sammlung dar. Ihre Lösungen befinden sich am Ende des Buches. Drittens die Unterteilung in drei Schwierigkeitsgrade: g) Schwierigkeit 1: einfache Aufgaben die für Anfänger geeignet sind, da hier nur wenige Spektrenparameter zur Auswertung benötigt werden, h) Schwierigkeit 2: normale NMR Auswerteprobleme, wie sie im Labor- und Praktikumsalltag vorkommen, i) Schwierigkeit 3: für den Anfänger schwierigere Aufgaben, bei denen in der Regel alle Spektrenparameter zur Lösung benötigt werden. Für Anfänger wird empfohlen, die Aufgaben in der gegebenen Reihenfolge abzuarbeiten. Alle Spektren wurden in der NMR Abteilung des Fachbereichs Chemie der Technischen Universität Darmstadt gemessen. Es handelt sich ausnahmslos um Substanzen aus verschiedenen Praktika und Forschungsgruppen. Die Messungen wurden an einem Avance 300 und einem DRX 500 der Fa. Bruker BioSpin durchgeführt. Für alle Messungen wurden 5 mm Probenköpfe mit z-gradienten verwendet. Die jeweils verwendeten Lösungsmittel können Sie dem Aufgabenblatt entnehmen. Die Prozessierung der Spektren erfolgte mit dem MestReNova Programm der Fa. Mestrelab Research S.L. xi