Solución:
Solución 1:
Refiriéndose a su comentario sobre la respuesta de Buttonwood:
Desafortunadamente, en este caso solo tengo 1D HNMR e IR disponibles para analizar el producto
Si este es realmente el caso, entonces esencialmente no tienes suerte. No es posible extraer mucha información de una serie de multipletes superpuestos, que bien pueden estar acoplados entre sí (estos fuertes efectos de acoplamiento son probablemente la causa de la “división compleja” que menciona). Puede darse el caso de que yendo a un campo más alto pueda aliviar algo de esto, ya que los multipletes estarán más dispersos a lo largo del eje de frecuencia. Sin embargo, rápidamente se encontrará con un límite estricto de esta manera, ya que nuestro campo máximo (al momento de escribir este artículo) es ~ 1.2 GHz e incluso eso probablemente no sea suficiente para resolver completamente sus multipletes superpuestos.
Con eso fuera del camino, hablemos de algunas otras técnicas de RMN que serán útiles en esta situación. Quiero comenzar esto con algunos puntos:
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Estas son sugerencias generales que son ampliamente aplicables a una variedad de problemas diferentes; no están adaptados a la molécula específica sobre la que preguntó y, de hecho, es posible que algunos de ellos sean menos adecuados para su compuesto específico. Para el caso específico que nos ocupa, sugeriría hablar con un especialista en RMN de su institución, si es posible.
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Hay una salvedad en el sentido de que muchas de estas técnicas tienen un rendimiento ligeramente inferior en situaciones en las que hay un acoplamiento fuerte, aunque de ninguna manera las hace inútiles.
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Puede encontrar que necesita más de uno de estos para obtener una comprensión completa de los $ ce {^ 1H} $ espectro (especialmente a la luz de la advertencia anterior).
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Supongo aquí que los multipletes superpuestos pertenecen a la misma especie, como es el caso de la pregunta. En la situación en la que está estudiando una mezcla de diferentes especies que pueden tener picos que se superponen entre sí, las siguientes técnicas seguirán siendo muy útiles, pero hay más opciones que ayudarán a separar los diferentes subespectros en función de las propiedades moleculares (p. Ej. tasas de relajación o coeficientes de difusión). Estos están fuera del alcance de la respuesta actual.
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Finalmente, o leyendo más sobre todas estas técnicas, recomiendo Claridge, TDW Técnicas de RMN de alta resolución en química orgánica, 3ª ed .; Elsevier: Amsterdam, 2016 ..
(1) RMN de correlación 2D
Esto ya ha sido mencionado por Buttonwood, y es los respuesta estándar a problemas de resolución en espectros 1D. La desventaja es que los espectros 2D se ejecutan muy, muy raramente con alta resolución, en parte debido a limitaciones de tiempo, pero especialmente si se usa desacoplamiento heteronuclear (por ejemplo, en un HSQC). Por lo tanto, en lugar de medir una estructura multiplete bien resuelta (que sería transferible al espectro 1D, lo que le permitiría asignar el 1D), es más probable que obtenga manchas amplias que se centren en una determinada frecuencia. Esto no le dice nada sobre el espectro de protones real de los multipletes, solo le dice que a (digamos) 1,46 ppm, tiene algún tipo de multiplete que corresponde a un cierto protón en su estructura.
A pesar de esto, no se debe descuidar la cantidad de información que proporcionan los espectros 2D estándar (COSY, HSQC, HMBC, NOESY). A menudo, incluso tener una mancha es suficiente para averiguar qué protón es cuál, incluso si no puede decirle la forma exacta del multiplete subyacente.
(2) RMN de desplazamiento puro
Esta es una serie de técnicas que eliminan toda la información de acoplamiento, colapsando multipletes en singletes y dando un espectro 1D con exactamente un singlete por protón (químicamente desigual). Consideraría el método TSE-PSYCHE[1,2] ser el “estado del arte” en este sentido, especialmente en lo que respecta al acoplamiento fuerte. Esto es muy poderoso pero tiene el mismo inconveniente que la RMN 2D: elimina toda la estructura de los multipletes, por lo que por sí solo no brinda ninguna información sobre el original. $ ce {^ 1H} $ espectro. Sin embargo, diría que realmente vale la pena tener un espectro de desplazamiento puro además de algunos de los otros métodos, ya que puede ayudar enormemente a asignar picos.
Aquí hay un ejemplo de un espectro de desplazamiento puro, frente al espectro de protones original del mismo compuesto (datos personales).
(3) RMN 2D J
Un espectro J 2D muestra los desplazamientos químicos de los protones a lo largo de un eje y la estructura del multiplete de protones a lo largo de otro eje. Lo que esto significa es que cada multiplete en un $ ce {^ 1H} $ el espectro se separa a lo largo de un eje secundario de acuerdo con su desplazamiento químico. Esto le permite no solo averiguar la posición de cada multiplete (que ya le proporcionan los dos anteriores) sino también la forma de cada multiplete individual.
En particular, los espectros puros de desplazamiento J[3] son realmente las mejores versiones en este sentido ya que proporcionan una resolución mucho mayor y no llevan mucho tiempo. Para ser técnicos, estos no proporcionan características de “cambio puro” porque el 2D J $ f_2 $ eje (el eje horizontal) ya es “cambio puro”, con la información de acoplamiento ya separada en el $ f_1 $ eje. Lo que hacen es convertir las formas lineales en el espectro de un “giro de fase”, que tiene “colas” largas en ambas dimensiones, a un Lorentziano de absorción pura, que es un solo pico agudo. Este es un ejemplo de cómo se ve (datos personales nuevamente):
Puede extraer trazos verticales de este espectro para ver cada multiplete individual, con su desplazamiento químico dado simplemente por el valor a lo largo de la $ f_2 $ eje (eje horizontal).
(4) Experimentos de excitación selectiva
Esto se refiere a una familia de experimentos 1D en los que excitas selectivamente un multiplete y luego realizas algún tipo de mezcla para ver los giros que están acoplados / cerca del giro que excitaste. Un experimento 1D NOE selectivo (por ejemplo) le diría qué giros están más cerca de un giro dado que eligió excitar; es análogo a adquirir solo una fila de un NOESY 2D. También puede ejecutar experimentos 1D TOCSY selectivos, que le dirán qué giros pertenecen al mismo sistema de giro que el que excitó. Si elige un tiempo de mezcla de TOCSY adecuado, puede limitar la “difusión de espín” a uno o dos espines acoplados.
El beneficio de esto sobre el experimento 2D original es doble: primero, lleva mucho menos tiempo; y en segundo lugar, puede adquirir datos con una resolución mucho mayor. Esto le permite desenredar diferentes multipletes superpuestos en función de sus compañeros de acoplamiento o la proximidad espacial a otros giros. Por ejemplo, digamos que tiene dos multipletes, correspondientes a los protones A y B, que se superponen, pero solo el protón A está muy cerca del protón C (cuyo multiplete está bien resuelto). Luego puede ejecutar un experimento 1D NOE selectivo en el que excita el protón C, y el espectro resultante debe incluir solamente multiplete A y no B. Lo mismo se puede aplicar para acoplamientos escalares a través de 1D TOCSY.
(5) Filtros selectivos de desplazamiento químico
Si encuentra que necesita excitar un pico dentro una región superpuesta, entonces la idea de un filtro selectivo de desplazamiento químico puede ser útil. Esto busca excitar un multiplete de una serie de superpuestos, y tradicionalmente implica registrar múltiples espectros y sumarlos, permitiendo que el multiplete de interés se sume mientras promedia todos los demás multipletes a cero en virtud de que tienen una fase diferente. Sin embargo, existe una implementación reciente llamada GEMSTONE[4] que hace esto de manera muy limpia en un solo experimento sin necesidad de resumir nada. En mi limitada experiencia, funciona bastante bien, aunque algunos de los parámetros experimentales deben optimizarse para cada pico para obtener el mejor rendimiento. Esta demostración particular que tengo (datos personales, nuevamente) no es tan impresionante porque la superposición no es tan severa, pero el artículo tiene ejemplos un poco más interesantes.
Referencias
- Foroozandeh, M .; Adams, RW; Meharry, Nueva Jersey; Jeannerat, D .; Nilsson, M .; Morris, GA Espectroscopia de RMN de ultra alta resolución. Angew. Chem. En t. Ed. 2014, 53 (27), 6990–6992. DOI: 10.1002 / anie.201404111.
- Foroozandeh, M .; Morris, GA; Nilsson, M. PSYCHE Espectroscopia de RMN de desplazamiento puro. Chem. EUR. J. 2018, 24 (53), 13988-14000. DOI: 10.1002 / quím.201800524
- Foroozandeh, M .; Adams, RW; Kiraly, P .; Nilsson, M .; Morris, GA Medición de acoplamientos en espectros de RMN abarrotados: RMN de desplazamiento puro con análisis multiplete. Chem. Comun. 2015, 51 (84), 15410-15413. DOI: 10.1039 / c5cc06293d.
- Kiraly, P .; Kern, N .; Plesniak, diputado; Nilsson, M .; Procter, DJ; Morris, GA; Adams, RW Excitación selectiva de barrido único de señales de RMN individuales en multipletes superpuestos. Angew. Chem. En t. Ed. 2021, 60 (2), 666–669. DOI: 10.1002 / anie.202011642
Solucion 2:
En breve:
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El registro de RMN no se limita a $ mathrm {^ 1H} $, pero también para isótopos de otros núcleos si su espín magnético no es cero. $ mathrm {^ {13} C} $, por ejemplo, es otra muestra grabada de forma rutinaria.
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Literalmente, no tiene que ceñirse a 1D, pero puede grabar espectros de correlación, (lista no exhaustiva 🙂 ya sea entre núcleos del mismo tipo (p. ej., $ { mathrm {^ 1H, ^ 1 ! H} } $-COSY), o un tipo diferente como $ { mathrm {^ 1H, ^ {13} ! C} } $-HSQC en 2D. Dependiendo de la muestra, el espectrómetro y el experimento de RMN, estos mapas pueden resolver mejor / completamente la superposición de las señales superpuestas que su experimento 1D si selecciona una buena traza a lo largo de una de las dos dimensiones y dirección de observación (proyección). Por ejemplo en el $ { mathrm {^ 1H, ^ {13} ! C} } $-HSQC a continuación:
(crédito)
no solo ves la suma de todas las señales en el $ mathrm {^ 1H} $ dominio en la parte superior, pero puede ver este mapa «en cortes» para diferentes frecuencias de resonancia / ppm para el $ mathrm {^ {13} C} $ dominio (aquí: dirección vertical). Por tanto, la señal (6,6 ‘) tiene una correlación alrededor $ pu {3.8 ppm} $ ($ mathrm {^ 1H} $) y $ pu {72 ppm} $ ($ mathrm {^ {13} C} $); mientras que (5,5 ‘) muestra una correlación alrededor $ pu {3.9 ppm} $ ($ mathrm {^ 1H} $) y $ pu {82 ppm} $ ($ mathrm {^ {13} C} $).
Las reglas que ha aprendido, por ejemplo, acerca de las constantes de acoplamiento de los protones vecinales y los patrones de acoplamiento, se aplican nuevamente. Pero el tema es demasiado extenso para una respuesta única en ChemSE. Por ejemplo, para la aclaración de la estructura de, por ejemplo, proteínas, los espectros de correlación observan de forma rutinaria tres dominios simultáneamente (H, C, N) en RMN 3D, también:
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(crédito)
Es la cuidadosa combinación de múltiples experimentos de RMN lo que eventualmente conduce a la asignación de una estructura; típicamente junto con otras técnicas (MS, IR; rayos X) y conocimiento de la historia de la muestra (pasos previos de aislamiento / síntesis).
Solución 3:
Intentaré darte alguna información que te ayude de acuerdo con tu afirmación en la pregunta:
De hecho, he estado tratando de encontrar información más generalizada para ayudar con la asignación de un compuesto de ciclohexeno diferente (pero similar).
En primer lugar, es posible que haya descubierto ahora, a partir de las dos respuestas dadas en otro lugar, que no hay forma de que pueda asignar todos los picos sin información adicional, como 2D-COSY u otros experimentos. Sin embargo, en general, para los protones del anillo de ciclohexano (o ciclohexeno), los protones ecuatoriales dan lugar a resonancias campo abajo de sus contrapartes axiales. Por ejemplo, los protones homoalílicos axiales y ecuatoriales en ciclohexeno (p. Ej., Dos protones en $ ce {C} $-5 en su estructura), que dan lugar a una resonancia en $ pu {1,65 ppm} $ a temperatura ambiente (la muestra es una mezcla de confórmeros que se invierte rápidamente a temperatura ambiente). Si puede reducir gradualmente la temperatura de trabajo, las resonancias axiales y ecuatoriales correspondientes parecerían estar separadas, a temperaturas muy bajas, en aproximadamente $ pu {0,4 ppm} $ (este valor es una equivalencia de $ pu {160 Hz} $ en $ pu {400 MHz} $ espectro). Es interesante que el valor no sea muy diferente al del propio ciclohexano (Ref.1). Por supuesto, este es el caso solo en ausencia de factores de complicación. Los siguientes casos son algunas excepciones a los casos generales:
- los axial-2-protón en 2-bromo-4-tert-butilciclohexanona (donde 2-bromo y 4-tert-butilo-grupos están en cis-orientación), muestra una resonancia alrededor $ pu {4.50 ppm} $ mientras que la equotorial-2-protón en su estereoisómero (donde 2-bromo y 4-tert-butilo-grupos están en trans-orientación) muestra la resonancia correspondiente alrededor $ pu {4.26 ppm} $ (Ref.1).
- Del mismo modo, el axial-2-protón en 2-bromo-4-fenilciclohexanona (donde los grupos 2-bromo y 4-fenilo están en cis-orientación), muestra una resonancia alrededor $ pu {4,87 ppm} $ mientras que la equotorial-2-protón en su estereoisómero (donde los grupos 2-bromo y 4-fenilo están en trans-orientación) muestra la resonancia correspondiente alrededor $ pu {4,38 ppm} $ (Ref.1).
- Además, si considera 2-metoxi-trans-decalin-1-ona, hay dos estereoisómeros donde el grupo 2-metoxi es axial o ecuatorial. Ya que trans-La confirmación de la decalina es relativamente “fija”, su 2-peoton correspondiente también es ecuatorial o axial, respectivamente. Respectivamente, axial-2-protón da lugar a una resonancia alrededor de $ pu {3,58 ppm} $ mientras que es ecuatorial-contraparte da lugar a una resonancia alrededor $ pu {3.36 ppm} $ (Ref.1).
Ahora, si nos concentramos en tu espectro, como dijiste, se pueden asignar fácilmente resonancias alrededor de $ pu {5.80 ppm} $ (1H) y $ pu {3,34 ppm} $ (2H) para el protón olefínico 2-H y el grupo metileno en $ ce {CH2-CCl3} $ función, respectivamente. Las dos camisetas alrededor $ pu {1,80 ppm} $ (3H) y $ pu {1,75 ppm} $ (3H) también se asignan como dos grupos metilo en $ ce {(CH3) 2CBr} $-función. Tenga en cuenta que estos dos grupos metilo son diastereoméricos ya que la función está unida a un carbono quiral.
Entonces, el resto de los protones están en el anillo. Un multiplete de tres protones alrededor 2,48 $–$ pu {2,23 ppm} $ y dos multipletes de protones alrededor $ 2.15 $–$ pu {2,00 ppm} $ pueden asignarse tentativamente como protones alílicos debido a sus valores de desplazamiento químico. Sin embargo, la estructura tiene sólo cuatro protones alílicos restantes (dos protones cada uno en $ ce {C} $3 y $ ce {C} $6). Por lo tanto, el protón extra debe ser uno de los tres protones homoalílicos restantes (uno en el quiral $ ce {C} $4 y dos en $ ce {C} $5). Un multiplete de un protón alrededor $ 1.48 $–$ pu {1.35 ppm} $ Se sugiere fuertemente que podría ser el protón homoalílico en $ ce {C} $4. Sin embargo, dudo en asignarlo porque no conocemos la estereoquímica de $ ce {C} $4. Finalmente, otro multiplete de protones alrededor $ 1.68 $–$ pu {1,58 ppm} $ también puede asignarse provisionalmente como el último protón homoalílico. Sin embargo, vale la pena señalar que las asignaciones correctas de esos protones de anillo dependen en gran medida del análisis 2D avanzado.
Referencias:
- LM Jackman, S. Sternhell, en Serie internacional de química orgánica, volumen 10: Aplicaciones de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear en química orgánica, segunda edición; Pergamon Press, Ltd: Oxford, Reino Unido, 1969 (ISBN: 0 08 012542 5).