Applications of High-Resolution Nuclear-Magnetic-Resonance Spectroscopy to Organic Chemistry

Abstract

In den letzten Jahren wurde es klar, daß die magnetische Kernresonanzspektroskopie organischer Verbindungen in Lösung oder in flüssigem Zustand eine neue, sehr leistungsfähige physikalische Methode für die qualitative Bestimmung von molekularen Strukturen, insbesondere für die Ermittlung von Art und Anordnung funktioneller Gruppen in einem Molekül ist. Die Gruppen, die so nachgewiesen werden können, enthalten magnetische Kerne, wie Wasserstoff, Fluor, Phosphor, Bor usw. Die reichlich vorhandenen Sauerstoff- und Kohlenstoffisotope beeinflussen das Spektrum nicht, und die Stickstoffspektren sind gewöhnlich so schwach, daß für die Anwendung in der organischen Chemie das Hauptgewicht auf den Wasserstoffresonanzen liegt. Diese geben aber zahlreiche wertvolle Informationen, da die Positionen der Resonanzen von der Art der Elektronenverteilung um den Kern abhängig sind. So können auf dem Gebiete der Kohlenwasserstoffe CH-Bindungen in gesättigter, in Äthylen- und Acetylen-, in aromatischer und Allyl-Stellung gewöhnlich gesondert unterschieden werden. Ihr relatives Zahlenverhältnis kann in günstigen Fällen ebenfalls annähernd bestimmt werden. CH-Bindungen, die mit elektronegativen Atomen, wie Stickstoff, Sauerstoff und Chlor, verbunden sind, können gewöhnlich gut nachgewiesen werden. Methylgruppen sind dank der Stärke der auftretenden Banden besonders leicht zu bestimmen. Die Feinstruktur der Resonanz eines bestimmten Wasserstoffatoms kann auch dazu dienen, die Zahl der umliegenden Wasserstoff kerne zu bestimmen. Zum Reispiel zeigt das Feinstrukturmuster der CH₂- und CH₃-Resonanzen einer -OCH₂CH₃-Gruppe, daß die Methylengruppe an der Methylgruppe hängt, und umgekehrt. Die Wasserstoffresonanzen von NH- und OH-Gruppen sind ebenfalls imstande, wertvolle Informationen zu liefern, obschon strukturelle Aussagen hier erschwert werden durch die Tatsache, daß die Positionen der Bänder sehr empfindlich auf Wasserstoffbindungen sind. Eine Zahl ausgewählter Spektren wird diskutiert, um einige Anwendungsmöglichkeiten dieser Methode in der organischen Chemie aufzuzeigen.