4.3: Simetría en Espectroscopia

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El butano muestra dos picos diferentes en el espectro de RMN de ¹³ C, a continuación. Tenga en cuenta que:

los desplazamientos químicos de estos picos no son muy diferentes del metano. Los carbonos del butano se encuentran en un ambiente similar al del metano.
hay dos carbonos distintos en el butano: el metilo, o CH ₃, carbono, y el metileno, o CH ₂, carbono.
el carbono metílico absorbe ligeramente hacia arriba, o a menor desplazamiento, alrededor de 10 ppm.
el carbono de metileno absorbe ligeramente hacia abajo, o a mayor desplazamiento, alrededor de 20 ppm.
siendo iguales otros factores, los carbonos de metileno se muestran a un desplazamiento ligeramente mayor que los carbonos metílicos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Espectro de RMN de ^13C simulado de butano (mostrando solo la porción de campo superior del espectro).

En el espectro de ¹³ C NMR del pentano (abajo), se pueden ver tres picos diferentes, aunque el pentano solo contiene carbonos metílicos y carbonos de metileno como el butano. En lo que respecta al espectrómetro de RMN, el pentano contiene tres tipos diferentes de carbono, en tres ambientes diferentes. Ese resultado viene de la simetría.

Figura\(\PageIndex{2}\): Espectro de RMN de ^13C simulado de butano (mostrando solo la porción de campo superior del espectro).

Figura\(\PageIndex{3}\): ¹³ Espectro de RMN C de pentano. Fuente: SDBSWeb: http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/ (Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada de Japón, 15 de agosto de 2008)

La simetría es un factor importante en la espectroscopia. La naturaleza dice:

átomos que son simetría-inequivalente pueden absorber en diferentes desplazamientos.
los átomos que son equivalentes a la simetría deben absorber al mismo desplazamiento.

Para aprender sobre la simetría, toma un modelo de pentano y haz lo siguiente:

asegúrese de que el modelo esté torcido en la forma más simétrica posible: una bonita “W”.
elija uno de los carbonos metílicos en los que enfocarse.
gira el modelo 180 grados para que estés mirando la misma “W” pero desde el otro lado.
tenga en cuenta que el metilo en el que se estaba enfocando simplemente ha cambiado de lugar con el otro grupo metilo. Estos dos carbonos son equivalentes a la simetría a través de una rotación doble.

Por el mismo proceso, se puede ver que el segundo y cuarto carbonos a lo largo de la cadena también son equivalentes a la simetría. Sin embargo, el carbono medio no lo es; nunca cambia de lugar con los otros carbonos si gira el modelo. Hay tres conjuntos diferentes de carbonos inequivalentes; estos tres grupos no son iguales entre sí según la simetría.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Determinar cuántos carbonos inequivalentes hay en cada uno de los siguientes compuestos. ¿Cuántos picos esperas en cada espectro de ¹³ C RMN?

Contestar

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Con base en un espectro IR, usted ha determinado que su muestra es un hidrocarburo saturado; contiene solo enlaces C-C y C-H. Suponiendo una estructura de cadena recta sin ramas, cuál podría ser la estructura en los siguientes casos:

3 picos en el espectro de ¹³ C
4 picos en el espectro de ¹³ C
5 picos en el espectro de ¹³ C

Contestar

3 picos en el espectro ¹³ C 4 picos en el espectro ¹³ C 5 picos en el espectro ¹³ C

Prácticamente hablando, sólo hay tanto espacio en el espectro de un extremo a otro. En algún momento, los picos pueden estar tan abarrotados que no se pueden distinguir unos de otros. Podrías esperar ver diez picos diferentes en el eicosano, una cadena de alcanos de veinte carbonos, pero cuando miras el espectro solo puedes ver siete picos diferentes. Eso puede ser frustrante, porque el experimento no parece estar de acuerdo con tu expectativa. Sin embargo, utilizará una serie de métodos juntos para minimizar el problema de los datos engañosos.