1H-, 13C- en 2D-NMR-spectra voorspellen uit je tekening met de NMR Analyser
Kort antwoord: Installeer NMR Analyser via Settings › Plugins, teken een structuur, open het tabblad NMR, kies 1H, 13C, COSY, HSQC of HMBC en klik op Predict. Je krijgt een gesimuleerd spectrum met pieken met letters, een signaaltabel met verschuiving, integraal, multipliciteit en koppelingsconstante, en gemarkeerde atomen in je tekening. Gebruik het als leidraad bij het toekennen, niet als gemeten spectrum.
Waarom een spectrum voorspellen voordat je er een toekent?
Een NMR-spectrum toekennen betekent elk signaal koppelen aan atomen in een structuur. Met een echt spectrum voor je neus is het lastigste deel weten waar je moet beginnen. Een voorspeld spectrum geeft je een eerste schatting voor elk signaal.
Voorspellen helpt ook om een voorgestelde structuur te controleren. Verschillen het voorspelde en het gemeten spectrum sterk, dan verdienen de structuur of de toekenning een tweede blik. Studenten kunnen op dezelfde manier oefenen: voorspellen, vergelijken en daarna elk verschil verklaren.
Wat elk experiment je vertelt
- 1H-NMR: de chemische verschuiving toont de omgeving van elk proton. De integraal toont hoeveel protonen het signaal geven. Het opsplitsingspatroon en de koppelingsconstante (J, in Hz) vertellen je iets over naburige protonen.
- 13C-NMR: meestal één signaal voor elke groep equivalente koolstofatomen, verspreid over een veel breder ppm-bereik dan bij 1H. Het is een snelle manier om koolstofomgevingen te tellen.
- COSY: kruispieken verbinden protonen die met elkaar koppelen, meestal via twee of drie bindingen. Gebruik het om langs een keten van CH-groepen te lopen.
- HSQC: verbindt elk proton met het koolstofatoom waar het op zit (één binding).
- HMBC: verbindt protonen met koolstofatomen op twee of drie bindingen afstand. Het verbindt fragmenten over quaternaire koolstofatomen en heteroatomen heen.
Een gebruikelijke route is: lees het 1H-spectrum, gebruik HSQC om elk proton aan zijn koolstofatoom te koppelen, gebruik COSY om spinsystemen op te bouwen en gebruik daarna HMBC om ze te verbinden. Nieuw met de basis? Lees eerst een NMR-spectrum lezen.
Wat de plug-in toont
| 1D-spectra | 1H- en 13C-grafieken met pieken met letters. Zet Labels aan om letters aan atomen in de structuur te koppelen. |
|---|---|
| Signalen (Signals) | Label, verschuiving (ppm), integraal, multipliciteit en koppeling (Hz) voor elk signaal. Beweeg over een rij om de bijbehorende atomen op het canvas te markeren. |
| 2D-spectra | COSY, HSQC en HMBC als contourplots. |
| Spectrometer | Voorinstellingen van 60 tot 800 MHz, of een eigen waarde tot 1200 MHz. |
| History en Overlay | Elke voorspelling wordt bewaard in History. Leg meerdere 1D-voorspellingen over elkaar om ze te vergelijken. |
| Downloaden | PNG of SVG van de grafiek, of de spectrumdata als CSV. |
Zo installeer je de NMR Analyser
- Open de MolDraw-editor en meld je aan. Een gratis account is genoeg.
- Klik op Settings (het tandwiel) en daarna op Plugins.
- Klik op Install naast NMR Analyser. In het analysepaneel verschijnt een tabblad NMR.
Zo voorspel en gebruik je een spectrum
- Teken je structuur, of plak een SMILES met Paste SMILES.
- Open het tabblad NMR en kies een experiment: 1H, 13C, COSY, HSQC of HMBC.
- Klik op Predict. Een 1D-spectrum duurt een paar seconden; een 2D-spectrum kan langer duren.
- Zet Spectrometer op het veld van je instrument, zodat de multipletten op je echte data lijken.
- Sleep een kader om in te zoomen op een ppm-bereik, scrol om de piekhoogte te schalen en dubbelklik om te herstellen.
- Zet Labels en Signals aan. Beweeg over een rij om te zien bij welke atomen die hoort.
- Gebruik de downloadknop om de grafiek of de data op te slaan.
Zo gebruik je het in de les en in het lab
- Practicumverslagen: voorspel het spectrum van je product en vergelijk het met het spectrum dat je hebt gemeten. Verklaar elk signaal dat verschoven is. Om het gemeten bestand voor te bereiden, kun je refereren, integreren en pieken kiezen in de NMR-viewer in de browser.
- Isomeervraagstukken: voorspel twee kandidaat-isomeren, leg hun 1H-spectra over elkaar en zoek de signalen die ze van elkaar onderscheiden.
- Opsplitsing onderwijzen: wissel tussen 60 MHz en 600 MHz. Dezelfde J in Hz beslaat meer ppm bij laag veld, dus multipletten lijken breder en overlappen meer. Dat verklaart waarom benchtopspectra zo vol lijken.
- 2D oefenen: voorspel HSQC en HMBC voor een klein molecuul en laat studenten de fragmenten zelf verbinden.
- Uitgewerkte voorbeelden: exporteer SVG-grafieken voor dia's en hand-outs.
Tips en eerlijke beperkingen
- Voorspellingen komen van nmrdb.org: het Spinus-model voor 1H en data van nmrshiftdb2 (HOSE-codes) voor 13C. Ze vereisen een internetverbinding.
- De voorspeller heeft geen oplosmiddeloptie. Vooral OH- en NH-verschuivingen veranderen met oplosmiddel, concentratie en temperatuur.
- Teken stereochemie waar die ertoe doet. Diastereotope protonen kunnen verschillende voorspelde verschuivingen geven.
- Vervang R-groepen en aanhechtingspunten (*) door echte atomen. De voorspeller werkt het best op neutrale organische moleculen, dus verwijder metalen en zouten.
- Een voorspelling is een hypothese. Bevestig toekenningen met je eigen data, vooral 2D-spectra.
Geen account bij de hand? De gratis tool structuur naar NMR geeft zonder aanmelden een snelle voorspelling.
Vragen en antwoorden
Hoe nauwkeurig is een voorspeld NMR-spectrum?
Voor gangbare organische moleculen is het een nuttige leidraad, maar geen meting. Uitwisselbare OH- en NH-protonen en ongewone ringsystemen kunnen meer afwijken, en de voorspeller heeft geen oplosmiddeloptie. Bevestig een toekenning altijd met je experimentele spectrum.
Heeft de NMR Analyser een account of internet nodig?
Ja, allebei. Je meldt je aan met een gratis MolDraw-account om te voorspellen, en elke voorspelling komt van de online dienst nmrdb.org. Voorspellingen die je al hebt gemaakt, blijven in History op je apparaat.
Welke 2D-NMR-experimenten kan de plug-in voorspellen?
COSY, HSQC en HMBC. Ze worden als contourplots getekend en je kunt de gecorreleerde atomen in je tekening markeren.
Kan ik het voorspelde spectrum exporteren?
Ja. De downloadknop slaat de grafiek op als PNG of SVG, of de spectrumdata als CSV.