Cycohexan magnetische Äquivalenz?
Wieso sind diese Protonen nicht magnetisch Äquivalent zueinander ?
Cyclohexan *
Laut den Lösungen sind sie chemisch äquivalent aber nicht magnetisch Äquivalent
1 Antwort
Es existieren chemische und magnetische Äquivalenz. Chemische Äquivalenz ist eine notwendige Bedingung für magnetische Äquivalenz, sie ist aber nicht hinreichend. Alle magnetisch äquivalenten Kerne sind auch chemisch äquivalent, aber chemisch äquivalente Kerne müssen nicht zwingend auch magnetisch äquivalent sein.
Chemische Äquivalenz zweier Kerne liegt vor, wenn das Molekül ein Symmetrie-Element aufweist, welches beide Kerne ineinander überführt.
Magnetische Äquivalenz liegt dann vor, wenn beide Kerne zu einem dritten Kopplungspartner, die gleiche chemische Verschiebung und die gleiche Kopplungskonstante aufweisen. Hier ist ein Beispiel:
Die Kerne a und b sind chemisch äquivalent. Sie weisen jedoch unterschiedlich starke Kopplungen zu x auf. Damit sind die Kerne a und b magnetisch nicht-äquivalent.
Cyclohexan tritt überwiegend in der Sesselkonformation auf. Wasserstoffatome sind dann entweder axial oder äquatorial angeordnet.
In dieser Konformation sind die Kerne chemisch nicht-äquivalent und damit auch magnetisch nicht-äquivalent. Solche Kerne bezeichnet man unter Umständen aber dennoch als chemisch äquivalent, wenn sie durch schnelle innermolekulare Prozesse ineinander übergehen und damit in der NMR-Messung ununterscheidbar werden. So ein Fall lässt sich beim Cyclohexan beobachten, da hier eine Ringinversion stattfinden kann. Zuvor axiale Wasserstoffatome sind nach der Inversion äquatorial und vice versa. Da hierbei Energiebarrieren überwunden werden müssen, ist dieser Prozess temperaturabhängig. Hier sind 1H-NMR-Spektren des Cyclohexans in Abhängigkeit der Temperatur (Quelle):
Bei Raumtemperatur sind alle 1H-Kerne ununterscheidbar. Sinkt nun die Temperatur, sinkt auch die Reaktionsgeschwindigkeit der Ringinversion und die axialen und äquatorialen Kerne können in der Messung voneinander unterschieden werden.
