7 Fragen zu 13c

Im ^13C-NMR-Spektrum von Isopropanol (CH₃–CHOH–CH₃) **ohne** ^1H-^13C-Entkopplung beobachtest du für jedes Kohlenstoffatom ein Signal, das durch die Kopplung mit den direkt gebundenen Wasserstoffatomen aufgespalten wird (sog. ^1J_CH-Kopplung, typischerweise 120–160 Hz). **Isopropanol besitzt drei verschiedene Kohlenstoffatome:** 1. Zwei äquivalente Methyl-Kohlenstoffe (CH₃) 2. Einen sekundären Kohlenstoff (CH, das zentrale C) **Kopplungsmuster:** 1. **Methyl-Kohlenstoff (CH₃):** - Jeder Methyl-Kohlenstoff ist an drei Wasserstoffatome gebunden. - Nach der (n+1)-Regel ergibt das ein **Quartett** (n = 3, also 3+1 = 4 Linien). - Kopplungskonstante: ^1J_CH ≈ 125 Hz. 2. **Sekundärer Kohlenstoff (CH):** - Dieser Kohlenstoff ist an ein Wasserstoffatom gebunden. - Nach der (n+1)-Regel ergibt das ein **Dublett** (n = 1, also 1+1 = 2 Linien). - Kopplungskonstante: ^1J_CH ≈ 150 Hz. **Weitere Kopplungen:** - Kopplungen zu weiter entfernten Wasserstoffen (^2J_CH, ^3J_CH) sind meist viel kleiner (einige Hz) und führen ggf. zu feinen Aufspaltungen, sind aber oft nicht aufgelöst. - Die beiden Methylgruppen sind chemisch und magnetisch äquivalent, daher nur ein Signal für beide. **Zusammenfassung des Spektrums:** - **Ein Quartett** für die beiden äquivalenten Methyl-Kohlenstoffe (CH₃), Intensität doppelt so hoch wie das CH-Signal. - **Ein Dublett** für den sekundären Kohlenstoff (CH). - Der Kohlenstoff des OH ist im ^13C-NMR nicht vorhanden, da es keinen Kohlenstoff gibt (nur O und H). **Signalzuordnung:** - **CH₃ (Methyl):** Quartett, ca. 20–25 ppm - **CH (sekundär):** Dublett, ca. 65 ppm **Fazit:** Im ^13C-NMR-Spektrum von Isopropanol ohne Entkopplung siehst du ein **Quartett** (CH₃) und ein **Dublett** (CH), jeweils durch die direkte Kopplung mit den gebundenen Protonen aufgespalten. Weitere Infos zu NMR: [Wikipedia: Kernspinresonanzspektroskopie](https://de.wikipedia.org/wiki/Kernspinresonanzspektroskopie)

Im ^13C-NMR-Spektrum von Isopropanol ohne ^1H-^13C-Entkopplung beobachtest du beim Signal des C-Atoms bei 60 ppm (das ist das Methin-Kohlenstoffatom, also das C, das an die OH-Gruppe gebunden ist) ein Quartett. Das liegt daran, dass dieses C-Atom an drei äquivalente Wasserstoffatome (die Methylgruppe, -CH₃) gebunden ist. Die Kopplung zwischen ^13C und ^1H führt zu einer Aufspaltung des Signals in ein Quartett nach der (n+1)-Regel (n = 3, also 3+1 = 4 Linien). Der Abstand zwischen den Linien eines solchen Quartetts entspricht der Kopplungskonstanten **J** zwischen ^13C und ^1H an diesem Kohlenstoffatom. Für ein Methin-Kohlenstoffatom (wie in Isopropanol) ist die typische Kopplungskonstante: **J(^13C-^1H) ≈ 125 Hz** Das bedeutet: **J = 125 Hz** Im NMR-Spektrum ist der Abstand zwischen den Linien eines Quartetts also **125 Hz**. **Zusammengefasst:** Jede Linie des Quartetts ist **125 Hz** von der nächsten entfernt.

Für Isopropanol (CH₃–CHOH–CH₃) in einer **13C-NMR ohne 1H-13C-Entkopplung** beobachtest du die Kopplung zwischen den Kohlenstoff- und Wasserstoffkernen. Die Kopplungskonstanten, die du suchst, sind: - **2JHC**: Zwei-Bindungen-Kopplung zwischen ¹³C und ¹H (also z.B. zwischen dem zentralen C-Atom und den Methyl-H-Atomen) - **3JHC**: Drei-Bindungen-Kopplung zwischen ¹³C und ¹H (also z.B. zwischen dem Methyl-C und dem Hydroxyl-H) ### Typische Werte für Isopropanol #### 1. **2JHC (zwei Bindungen)** - Das ist die Kopplung zwischen dem zentralen Kohlenstoff (CHOH) und den Methyl-Protonen (CH₃). - Typischer Wert: **~5 Hz** (meist im Bereich 3–6 Hz) #### 2. **3JHC (drei Bindungen)** - Das ist die Kopplung zwischen dem Methyl-Kohlenstoff (CH₃) und dem Hydroxyl-Proton (OH) oder zwischen dem zentralen Kohlenstoff und dem OH-Proton. - Typischer Wert: **~1–2 Hz** (meist im Bereich 0–3 Hz, oft sehr klein und manchmal nicht aufgelöst) ### Zusammenfassung - **2JHC (zwei Bindungen):** ca. **5 Hz** - **3JHC (drei Bindungen):** ca. **1–2 Hz** Diese Werte sind typische Literaturwerte für aliphatische Systeme wie Isopropanol. Die exakten Werte können je nach Lösungsmittel, Temperatur und Messbedingungen leicht variieren. **Quellen:** - [Spectrometric Identification of Organic Compounds, Silverstein et al.](https://www.wiley.com/en-us/Spectrometric+Identification+of+Organic+Compounds%2C+8th+Edition-p-9781119295274) - [NMR Data Tables, Bruker](https://www.bruker.com/en/products-and-solutions/mr/nmr/nmr-knowhow/nmr-tables.html)

Die Aussage ist **im Wesentlichen richtig**, aber sie ist etwas ungenau formuliert und kann zu Missverständnissen führen. **Korrekt ist:** - In der **Lösungs-NMR** kann das Signal von Heterokernen wie ^13C durch den sogenannten **Nuklearen Overhauser-Effekt (NOE)** verstärkt werden. - Diese Signalverstärkung tritt auf, wenn die **Protonen entkoppelt** werden (also während der Messung kontinuierlich mit einem Radiofrequenzfeld bestrahlt werden, sodass ihre Kopplung zu ^13C aufgehoben wird). - Durch die Entkopplung der Protonen wird der NOE zwischen ^1H und ^13C aktiviert, was zu einer **Signalverstärkung** (bis zu ca. 2, maximal theoretisch 3-fach) der ^13C-Resonanzen führen kann. **Wichtig zu wissen:** - Der NOE tritt **nur zwischen Kernen auf, die räumlich nahe beieinander liegen** (typischerweise <5 Å). - Die Signalverstärkung durch NOE ist ein **Standardverfahren** in der ^13C-NMR-Spektroskopie in Lösung, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. **Zusammengefasst:** Ja, durch den NOE kann das Signal von Heterokernen wie ^13C in der Lösungs-NMR durch entkoppelte Protonen verstärkt werden. Die Formulierung sollte aber klarstellen, dass es sich um eine **Signalverstärkung durch NOE bei Protonen-Entkopplung** handelt. Weitere Infos findest du z.B. hier: - [Wikipedia: Kern-Overhauser-Effekt](https://de.wikipedia.org/wiki/Kern-Overhauser-Effekt) - [Chemgapedia: NOE in der NMR-Spektroskopie](https://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/13/nmr/nmr_1h_13c/nmr_1h_13c.vlu/Page/vsc/de/ch/13/nmr/nmr_1h_13c/13c_nmr_2.vscml.html)

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Die Zuordnung aromatischer Signale im ^13C-NMR-Spektrum beruht auf mehreren Faktoren: 1. **Chemische Verschiebung**: Aromatische Verbindungen zeigen charakteristische chemische Verschiebungen, die typischerweise im Bereich von 100 bis 160 ppm liegen. Die genaue Position der Signale hängt von der Substituierung und der elektronischen Umgebung der Kohlenstoffatome ab. 2. **Substituenteneffekte**: Die Art und Position der Substituenten an dem aromatischen Ring beeinflussen die chemische Verschiebung der Kohlenstoffatome. Elektronenziehende Gruppen (wie -NO2) verschieben die Signale nach unten (höhere ppm-Werte), während elektronenreiche Gruppen (wie -OCH3) sie nach oben (niedrigere ppm-Werte) verschieben können. 3. **Symmetrie des Rings**: Die Symmetrie des aromatischen Rings kann die Anzahl der beobachtbaren Signale beeinflussen. Bei symmetrischen Verbindungen können einige Signale überlappen oder nicht sichtbar sein. 4. **Spin-Spin-Kopplung**: In einigen Fällen kann die Kopplung zwischen benachbarten Kohlenstoffatomen zu einer Aufspaltung der Signale führen, was zusätzliche Informationen über die Struktur liefert. 5. **Vergleich mit Referenzspektren**: Oft werden die gemessenen Signale mit bekannten Referenzspektren verglichen, um die Zuordnung zu erleichtern. Durch die Kombination dieser Faktoren können Chemiker die Struktur und die Substituenten von aromatischen Verbindungen im ^13C-NMR-Spektrum analysieren und zuordnen.

Im ^13C-NMR-Spektrum können die beiden Kohlenstoffatome eines substituierten Ethens (also einer Verbindung der Art R₂C=CR'R'') sehr unterschiedlich verschoben sein, abhängig von den Substituenten. **Typische chemische Verschiebungen:** - Für ein einfaches Ethen (C₂H₄) liegen die ^13C-Signale bei etwa **123 ppm** (beide C-Atome äquivalent). - Bei substituierten Ethenen (Alkenen) können die chemischen Verschiebungen der beiden C-Atome jedoch stark variieren: - Das **vinyloge C-Atom** (also das mit mehr Elektronenziehenden Gruppen oder Halogenen) kann bis zu **ca. 150–160 ppm** verschoben sein. - Das andere C-Atom (z.B. mit Alkylgruppen) kann deutlich weiter unten liegen, etwa **110–120 ppm**. **Maximaler Unterschied:** - In Extremfällen (z.B. bei starker Asymmetrie, wie bei einem Nitroethen oder einem Ethen mit einem starken Elektronenzieher und einem Elektronendonor) kann die Differenz der chemischen Verschiebungen der beiden C-Atome **bis zu etwa 50 ppm** betragen. - Typische Werte für die Differenz liegen meist im Bereich von **20–40 ppm**, aber Werte bis zu **50 ppm** sind möglich. **Beispiel:** - Bei **Styrol** (C₆H₅–CH=CH₂): - Das C-Atom an der Phenylgruppe: ca. **137 ppm** - Das terminale C-Atom: ca. **114 ppm** - Differenz: **23 ppm** - Bei **Trifluorethen** (CF₂=CH₂): - CF₂-C: ca. **140 ppm** - CH₂-C: ca. **110 ppm** - Differenz: **30 ppm** **Fazit:** Die beiden C-Atome eines substituierten Ethens können im ^13C-NMR-Spektrum **bis zu etwa 50 ppm** auseinander liegen, abhängig von der Art und Elektronendichte der Substituenten.