Spektra NMR Resolusi Tinggi

Bagian ini menjelaskan bagaimana menginterpretasikan spektra sederhana dari resonansi magnetik inti (RMI) yang beresolusi tinggi. Pada bagian ini diasumsikan anda telah membaca mengenai latar belakang RMI sehingga anda mengetahui seperti apakah spektrum RMI dan memahami pengertian tentang “pergeseran kimia”. Anda juga dianggap telah mengerti bagaimana menginterpretasikan spektra sederhana RMI resolusi rendah.

Perbedaan antara spektra resolusi tinggi dan resolusi rendah

Apakah yang dapat diketahui dari spektrum RMI resolusi rendah?

Ingat:
  • Jumlah puncak menunjukkan jumlah lingkungan hidrogen yang berbeda
  • Perbandingan luas area di bawah puncak menunjukan perbandingan jumlah atom hidrogen pada tiap lingkungan yang berbeda
  • Pergeseran kimia menunjukan informasi yang penting tentang jenis lingkungan atom hidrogen
Spektra RMI resolusi tinggi
Pada spektrum resolusi tinggi, anda dapat menemukan puncak-puncak yang terlihat sebagai puncak tunggal pada spektrum resolusi rendah akan terpisah dalam suatu kumpulan puncak.

Pertama-tama, anda perlu memperhatikan hal-hal berikut:


1 puncaksinglet
2 puncak in the clusterdoublet
3 puncak in the clustertriplet
4 puncak in the clusterquartet
Informasi yang dapat diperoleh dari spektrum resolusi tinggi adalah sama dengan spektrum resolusi rendah – anda dapat menyederhanakan tiap kumpulan puncak sebagai satu puncak tunggal seperti pada resolusi rendah.

Tetapi sebagai tambahan, banyaknya pemisahan/splitting puncak memberikan informasi tambahan yang penting.
Menginterpretasikan spektrum resolusi tinggi

Aturan n+1

Banyaknya pemisahan menunjukan jumlah hidrogen yang terikat pada atom karbon atau atom-atom tetangga yang berikatan langsung dengan atom karbon yang diamati.
Jumlah sub-puncak dalam suatu kumpulan sama dengan jumlah hidrogen yang terikat pada karbon tetangga ditambah satu (n+1).

Jadi – asumsinya adalah ada satu atom karbon yang diamati dan atom karbon tetangga dengan atom-atom hidrogen yang diikat.


singletbertetangga dengan atom karbon yang tidak mengikat hidrogen
doubletbertetangga dengan gugus CH
tripletbertetangga dengan gugus CH2
quartetbertetangga dengan gugus CH3
Menggunakan aturan n+1

Informasi apakah yang dapat diperoleh dari spektrum RMI ini?
Asumsikan anda mengetahui senyawa di atas mempunyai rumus molekul C4H8O2.
Untuk memulainya, anggaplah spektrum tersebut seperti spektrum resolusi rendah, ada tiga kumpulan puncak, berarti ada tiga lingkungan hidrogen yang berbeda. Hidrogen pada ketiga lingkungan mempunyai rasio 2:3:3, sehingga jumlahnya 8 hidrogen, ini menunjukkan satu gugus CH2 dan dua gugus CH3.
Bagaimana dengan pemisahan puncak?

Gugus CH2 pada 4,1 ppm adalah quartet. Hal ini menunjukan gugus CH2 bertetangga dengan atom karbon yang mengikat tiga atom hidrogen – yaitu gugus CH3.

Gugus CH3 pada 1,3 ppm adalah triplet, berarti bertetangga dengan gugus CH2.

Kombinasi dari dua kumpulan puncak ini – kuartet dan triplet – biasanya berupa gugus etil, CH3CH2. Hal ini sangat umum, kenalilah!

Terakhir, gugus CH3 pada 2,0 ppm adalah singlet. Artinya bertetangga dengan karbon yang tidak mempunyai hidrogen.
Jadi senyawa apakah ini? Anda dapat juga menggunakan data pergeseran kimia untuk membantu mengidentifikasi tiap gugus, dan akhirnya anda dapatkan:
Dua kasus khusus

1. Alkohol

Dimanakah posisi puncak -O-H ?

Ini sangat membingungkan! Berbagai sumber memberikan pergeseran kimia yang sangat berbeda untuk atom hidrogen pada gugus -OH dalam alkohol sering tidak konsisten. Sebagai contoh:
  • Buku data Nuffield menunjukan puncaknya pada 2,0 – 4,0, tetapi buku teks Nuffield menunjukannya di sekitar 5,4
  • Data dari OCR yang digunakan dalam ujian memberikan 3,5 – 5,5.
  • Buku teks kimia organik yang dapat dipercaya memberikan 1,0 – 5,0, tetapi kemudian menunjukan suatu spektrum RMI untuk etanol dengan puncak pada 6,1.
  • Spektrum RMI untuk etanol, CH3CH2OH – sumber SDBS
Data SDBS (yang digunakan pada bagian ini) memberikan puncak -OH dalam etanol pada 2,6.

Masalah ini menunjukan bahwa posisi puncak -OH bervariasi, tergantung pada kondisinya – sebagai contoh, pelarut apa yang digunakan, konsentrasi, dan kemurnian alkohol – terutama apakah mengandung air atau tidak.
Cara untuk mengamati puncak -OH

Jika anda ingin menentukan spektrum RMI alkohol misalnya etanol, tambahkan beberapa tetes deuterium oksida, D2O, ke dalam larutan, lakukan dan tentukan kembali spektrumnya, puncak -OH tidak muncul! Dengan membandingkan dua spektra, anda dapat menunjukan puncak yang disebabkan oleh gugus -OH.

Catatan: deuterium oksida (kadang disebut juga dengan “air berat”) adalah air yang atom hidrogennya (Hidrogen bermassa atom 1) diganti dengan isotopnya, yaitu deuterium (Hidrogen bermassa atom 2).



Alasan hilangnya puncak dapat dijelaskan pada interaksi antara deuterium oksida dengan alkohol. Semua alkohol, termasuk etanol, merupakan asam yang sangat sangat lemah. Hidrogen pada gugus -OH mentranfer satu pasangan elektron bebas pada oksigen dari molekul air. Faktanya kita mendapatkan “air berat” yang tidak berbeda.
Ion negatif yang terbentuk cenderung menyerang molekul deuterium oksida lain untuk menghasilkan alkohol. Sekarang gugus -OH telah berubah menjadi -OD.
Atom-atom deuterium tidak menghasilkan puncak pada spektrum RMI seperti atom hidrogen, sehingga tidak ada lagi puncak -OH.

Bagaimana dengan ion positif pada persamaan pertama dan OD- pada persamaan kedua. Keduanya mengalami kesetimbangan membentuk molekul air berat.
Kelemahan pemisahan oleh gugus -OH
Meskipun alkohol benar-benar bebas air, hidrogen pada gugus -OH dan beberapa hidrogen pada karbon tetangga tidak dapat berinteraksi untuk menghasilkan pemisahan. Puncak -OH adalah singlet dan anda tidak perlu memikirkan pengaruh hidrogen dari atom tetangga.
Kumpulan puncak di sebelah kiri muncul oleh adanya gugus CH2. Merupakan quartet, karena ada tiga hidrogen pada karbon tetangga (gugus CH3). Anda dapat mengabaikan pengaruh hidrogen pada -OH.

Demikian juga puncak -OH di tengah spektrum adalah singlet. Puncak ini tidah berubah menjadi triplet oleh pengaruh gugus CH2.
Atom-atom hidrogen yang ekivalen

Atom-atom hidrogen yang terikat pada atom karbon yang sama disebut atom hidrogen yang ekivalen. Atom-atom hidrogen yang ekivalen ini tidak saling mempengaruhi – sehingga satu hidrogen pada gugus CH2 tidak akan menyebabkan pemisahan puncak spektrum satu sama lain.
Atom-atom hidrogen pada atom karbon tetangga dapat juga ekivalen jika benar-benar mempunyai lingkungan kimia yang sama. Sebagai contoh:
Keempat atom hidrogen tersebut ekivalen. Anda akan mendapatkan puncak tunggal tanpa adanya pemisahan.
Hanya dengan mengubah molekul tersebut sedikit saja, anda akan mendapatkan spektrum yang berbeda.
Sekarang molekul tersebut mengandung atom yang berbeda pada kedua ujungnya, hidrogen tidak berada dalam lingkungan kimia yang sama. Senyawa ini akan memberikan dua puncak terpisah pada spektrum RMI resolusi rendah. Spesktrum resolusi tinggi menunjukkan kedua puncak terpecah menjadi triplet – karena masing-masing bertetangga dengan gugus CH2.

Disponsori Oleh :

Semoga Artikel Spektra NMR Resolusi Tinggi Bisa Bermanfaat untuk kita semua.