Zde je několik NMR spekter, ukážu na nich přiřazení signálů jednoduchým sloučeninám.
Ethylbenzen
NMR spektra ethylbenzenu jsou dostupná na Commons.
Sloučenina má pět aromatických protonů, dva protony CH2 skupiny a tři protony na CH3 skupině. Uhlíků máme celkem osm, z toho šest aromatických a dva z ethylové skupiny.
Spektra patří roztoku ethylbenzenu v deuterovaném chloroformu (CDCl3).
Na obrázku je protonové spektrum naměřené na 300 MHz spektrometru. Vidíme kvartet a triplet náležející protonům z ethylové skupiny a multiplet patřící aromatickým protonům.
CH3 skupina má signál o posunu přibližně 1,4 ppm a je štěpena na triplet sousedními vodíky CH2 skupiny. CH2 skupina je naopak štěpena na kvartet interakcí s CH3 skupinou. Štěpení aromatických protonů je složitější, poskytují multiplet.
Zajímavé je srovnání se spektrem stejné látky naměřené na stolním 60 MHz NMR spektrometru, vliv pole je pěkně vidět na signálu aromatických protonů, které dávají (v případě nižšího pole) jeden nerozlišený, široký signál.
13C NMR
Měření 13C NMR spekter je komplikováno malým zastoupením izotopu 13C, tvoří pouze 1,1 % přírodního uhlíku. Aby nedocházelo ke snižování intenzity signálu, využívá se standardně měření s protonovým decouplerem, který potlačuje štěpení signálu spin-spinovou skalární interakcí.
Uhlíkové NMR spektrum obsahuje dle očekávání šest signálů náležejících ethylbenzenu. Oba uhlíky v ortho a meta polohách benzenové jádra jsou chemicky stejné, proto poskytují jeden signál.
Ethylová skupina poskytuje dva signály o posunu přibližně 15 a 30 ppm. Nižší posun odpovídá CH3 skupině, druhý signál pak CH2 skupině. Aromatické uhlíky jsou v oblasti 120-145 ppm, jejich přiřazení je trochu složitější. Tady nám pomůže APT experiment.
Zbývá trojice signálů o posunu přibližně 77 ppm, ta patří solventu, CDCl3. Chloroform má jen jeden uhlík, který je štěpen deuteriem. Jelikož má deuterium jaderný spin 1, je štěpení složitější než v případě jádra 1H se spinem ½. Také se u něj neprojevuje 1H dekapler, kterým jsme potlačili štěpení 1H-13C v ethylbenzenu.
13C APT NMR
APT (Attached Proton Test) je experiment, který do 1D NMR spektra přidává informaci o počtu vodíků vázaných na daný uhlík. Skupiny CH0 a CH2 mají stejné znaménko amplitudy, zatímco CH a CH3 mají amplitudu s opačným znaménkem. Tímto experimentem jsme si potvrdili přiřazení uhlíku ethylové skupiny.
V oblasti aromatických protonů vidíme jeden signál se zápornou amplitudou, ten náleží uhlíku, na který je vázána ethylová skupina. Dva signály s podobnou intenzitou náležejí dvojici uhlíků v poloze ortho a meta a poslední signál s menší intenzitou pak náleží uhlíku v poloze para. 13C NMR nepatří mezi kvantitativní metody (na rozdíl od 1H), takže je nutno brát intenzity signálů s rezervou.
13C NMR bez decouplingu
Pokud změříme 13C NMR bez decouplingu, budeme pozorovat i štěpení od jader 1H. Pěkně je to vidět na signálech ethylové skupiny. CH3 skupina je štěpena třemi vodíky na kvartet a každá z linií kvartetu je dále štěpena na triplet. To je způsobena dvěma protony ze skupiny CH2. Interakční konstanta (vzdálenost jednotlivých liní) je závislá na počtu vazeb mezi atomy, tzn. kvartet bude mít větší interakční konstantu než triplet.
U signálu uhlíku skupiny CH2 je to naopak, dva vodíky vázané přímo na uhlík štěpí signál na triplet, každá linie tripletu je pak štěpena na kvartet.
1H-1H COSY
COSY (COrrelated SpectroscopY) je jedna z prvních metod 2D NMR, jde o homonukleární experiment. Můžeme pomocí něj zjitit, která jádra 1H (příp. 19F, 31P, atd.) na sebe působí spin-spinovou skalární interakcí. Spektrum je diagonálně symetrické, pro určení struktury jsou zajímavé tzv. cross peaky, ty leží mimo diagonálu a ukazují nám, které signály protonů se navzájem štěpí.
Ve spektru vidíme tři zřetelně diagonální peaky, a dva cross peaky. Ty odpovídají ethylové skupině, kde pozorujeme štěpení mezi protony CH2 a CH3 skupin. Interakci s aromatickým systémem nepozorujeme, bylo by nutné měřit déle, příp. využít silnější magnet.
Acetylaceton
Zajímavá jsou i spektra acetylacetonu. Tato sloučenina v kapalném stavu vytváří dvojici tautomerů, které se liší polohou protonu a dvojné vazby. Přiřazení signálů v 1H a 13C NMR spektrech je na následujících obrázcích.
1,4-Dioxan
Dioxan je velmi jednoduchá sloučenina, ale můžeme si na jejích spektrech ukázat některé zajímavosti.
Protonové i uhlíkové NMR spektrum bude obsahovat vždy jen jeden signál.
Na protonovém spektru vidíme malé signály okolo hlavního signálu dioxanu. Jedná se o tzv. uhlíkové satelity, ty jsou dány přítomností NMR aktivního jádra 13C, které štěpí signál protonů. Protože je většina uhlíku tvořena NMR neaktivním izotopem 12C, je jejich intenzita velmi nízká. Velmi slabý signál o hodnotě chemického posunu přibližně 7 ppm je způsoben přítomností malého množství C6D5H v C6D6, který sloužil k lockování signálu.
Uhlíkové NMR obsahuje opět jeden signál náležející dioxanu a trojici signálu o hodnotě chemického posunu cca 127 ppm, ta patří solventu, C6D6. Štěpení je způsobení přítomností deuteria (2H), které má jaderný spin 1, na rozdíl od 1/2 pro 1H. Uhlíkové NMR se standardně měří s protonovým dekaplerem, aby bylo potlačeno štěpení, a tím i snížení intenzity signálů, způsobené spin-spinovou skalární interakcí.
U koncentrovaných vzorků je možné v rozumném čase naměřit i uhlíkové spektrum bez dekapleru.
Na poměru intenzit signálů deuterovaného benzenu a dioxanu je vidět, že dekapler je velmi důležitou technikou při měření 13C NMR.