1H-, 13C- und 2D-NMR-Spektren aus deiner Zeichnung mit dem NMR Analyser vorhersagen
Kurz gesagt: Installiere NMR Analyser unter Settings › Plugins, zeichne eine Struktur, öffne den Tab NMR, wähle 1H, 13C, COSY, HSQC oder HMBC und klicke auf Predict. Du erhältst ein simuliertes Spektrum mit Buchstaben an den Peaks, eine Signaltabelle mit Verschiebung, Integral, Multiplizität und Kopplungskonstante sowie hervorgehobene Atome in deiner Zeichnung. Nutze es als Orientierung für die Zuordnung, nicht als gemessenes Spektrum.
Warum ein Spektrum vorhersagen, bevor man es zuordnet?
Ein NMR-Spektrum zuzuordnen heißt, jedes Signal Atomen einer Struktur zuzuweisen. Liegt ein echtes Spektrum vor dir, ist das Schwierigste, den Anfang zu finden. Ein vorhergesagtes Spektrum liefert eine erste Vermutung für jedes Signal.
Die Vorhersage hilft auch, eine vorgeschlagene Struktur zu prüfen. Weichen vorhergesagtes und gemessenes Spektrum stark voneinander ab, sollten Struktur oder Zuordnung noch einmal überprüft werden. Studierende können genauso üben: vorhersagen, vergleichen und dann jeden Unterschied erklären.
Was jedes Experiment aussagt
- 1H-NMR: Die chemische Verschiebung zeigt die Umgebung jedes Protons. Das Integral zeigt, wie viele Protonen das Signal erzeugen. Aufspaltungsmuster und Kopplungskonstante (J, in Hz) geben Auskunft über benachbarte Protonen.
- 13C-NMR: meist ein Signal pro Satz äquivalenter Kohlenstoffe, verteilt über einen viel größeren ppm-Bereich als bei 1H. So zählst du schnell die Kohlenstoffumgebungen.
- COSY: Kreuzpeaks verbinden Protonen, die miteinander koppeln, meist über zwei oder drei Bindungen. Damit folgst du einer Kette von CH-Gruppen.
- HSQC: verbindet jedes Proton mit dem Kohlenstoff, an dem es sitzt (eine Bindung).
- HMBC: verbindet Protonen mit Kohlenstoffen in zwei oder drei Bindungen Entfernung. Es verknüpft Fragmente über quartäre Kohlenstoffe und Heteroatome hinweg.
Ein üblicher Weg: das 1H-Spektrum lesen, mit HSQC jedes Proton seinem Kohlenstoff zuordnen, mit COSY Spinsysteme aufbauen und diese dann mit HMBC verbinden. Neu bei den Grundlagen? Lies zuerst NMR-Spektren lesen.
Was das Plugin zeigt
| 1D-Spektren | 1H- und 13C-Diagramme mit Buchstaben an den Peaks. Schalte Labels ein, um Buchstaben den Atomen in der Struktur zuzuordnen. |
|---|---|
| Signale | Beschriftung, Verschiebung (ppm), Integral, Multiplizität und Kopplung (Hz) für jedes Signal. Fahre über eine Zeile, um ihre Atome auf der Zeichenfläche hervorzuheben. |
| 2D-Spektren | COSY, HSQC und HMBC als Konturdiagramme. |
| Spektrometer | Voreinstellungen von 60 bis 800 MHz oder ein eigener Wert bis 1200 MHz. |
| History und Overlay | Jede Vorhersage bleibt in History erhalten. Überlagere mehrere 1D-Vorhersagen, um sie zu vergleichen. |
| Herunterladen | PNG oder SVG des Diagramms oder die Spektrendaten als CSV. |
So installierst du den NMR Analyser
- Öffne den MolDraw-Editor und melde dich an. Ein kostenloses Konto genügt.
- Klicke auf Settings (das Zahnrad) und dann auf Plugins.
- Klicke neben NMR Analyser auf Install. Im Analysebereich erscheint ein Tab NMR.
So sagst du ein Spektrum voraus und nutzt es
- Zeichne deine Struktur oder füge mit Paste SMILES einen SMILES ein.
- Öffne den Tab NMR und wähle ein Experiment: 1H, 13C, COSY, HSQC oder HMBC.
- Klicke auf Predict. Ein 1D-Spektrum dauert wenige Sekunden, ein 2D-Spektrum kann länger dauern.
- Stelle Spectrometer auf die Feldstärke deines Geräts ein, damit die Multipletts wie deine echten Daten aussehen.
- Ziehe einen Rahmen, um in einen ppm-Bereich zu zoomen, scrolle, um die Peakhöhe zu skalieren, und doppelklicke zum Zurücksetzen.
- Schalte Labels und Signals ein. Fahre über eine Zeile, um zu sehen, zu welchen Atomen sie gehört.
- Speichere Diagramm oder Daten über die Download-Schaltfläche.
Einsatz in Unterricht und Labor
- Laborberichte: Sage das Spektrum deines Produkts voraus und vergleiche es mit dem gemessenen. Erkläre jedes verschobene Signal. Um die Messdatei vorzubereiten, kannst du im NMR-Viewer im Browser referenzieren, integrieren und Peaks markieren.
- Isomerenaufgaben: Sage zwei mögliche Isomere voraus, überlagere ihre 1H-Spektren und suche die Signale, die sie unterscheiden.
- Aufspaltung unterrichten: Wechsle zwischen 60 MHz und 600 MHz. Dieselbe Kopplung J in Hz umfasst bei niedrigem Feld mehr ppm, daher wirken Multipletts breiter und überlappen stärker. Das erklärt, warum Benchtop-Spektren so gedrängt aussehen.
- 2D-Übungen: Sage HSQC und HMBC für ein kleines Molekül voraus und lass die Lernenden die Fragmente selbst verbinden.
- Rechenbeispiele: Exportiere SVG-Diagramme für Folien und Arbeitsblätter.
Tipps und ehrliche Grenzen
- Die Vorhersagen stammen von nmrdb.org: das Spinus-Modell für 1H und Daten aus nmrshiftdb2 (HOSE-Codes) für 13C. Sie benötigen eine Internetverbindung.
- Der Predictor hat keine Lösungsmitteloption. Vor allem OH- und NH-Verschiebungen ändern sich mit Lösungsmittel, Konzentration und Temperatur.
- Zeichne die Stereochemie, wo sie wichtig ist. Diastereotope Protonen können unterschiedliche vorhergesagte Verschiebungen ergeben.
- Ersetze R-Gruppen und Anknüpfungspunkte (*) durch echte Atome. Der Predictor funktioniert am besten mit neutralen organischen Molekülen, entferne also Metalle und Salze.
- Eine Vorhersage ist eine Hypothese. Bestätige Zuordnungen mit deinen eigenen Daten, besonders mit 2D-Spektren.
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Fragen und Antworten
Wie genau ist ein vorhergesagtes NMR-Spektrum?
Für gängige organische Moleküle ist es eine nützliche Orientierung, aber keine Messung. Austauschbare OH- und NH-Protonen und ungewöhnliche Ringsysteme können stärker abweichen, und der Predictor hat keine Lösungsmitteloption. Bestätige eine Zuordnung immer anhand deines experimentellen Spektrums.
Braucht der NMR Analyser ein Konto oder Internet?
Beides ja. Zum Vorhersagen meldest du dich mit einem kostenlosen MolDraw-Konto an, und jede Vorhersage stammt vom Onlinedienst nmrdb.org. Bereits erstellte Vorhersagen bleiben im Verlauf (History) auf deinem Gerät.
Welche 2D-NMR-Experimente kann es vorhersagen?
COSY, HSQC und HMBC. Sie werden als Konturdiagramme gezeichnet, und du kannst die korrelierten Atome in deiner Zeichnung hervorheben.
Kann ich das vorhergesagte Spektrum exportieren?
Ja. Die Download-Schaltfläche speichert das Diagramm als PNG oder SVG oder die Spektrendaten als CSV.