Structure Determination of Organic Compounds MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Structure Determination of Organic Compounds - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

अवधारणा:

एथिल विनाइल ईथर में विनाइल प्रोटॉन के लिए NMR रासायनिक शिफ्ट

• एक एथिल विनाइल ईथर में, विनाइल समूह प्रोटॉन (Ha, Hb, Hc) विभिन्न वातावरणों और युग्मन स्थिरांक के कारण अलग-अलग रासायनिक शिफ्ट प्रदर्शित करते हैं।
• आम पैटर्न:
  • Ha: ऑक्सीजन से बंधे विनाइल कार्बन से सीधे जुड़ा हुआ → अधिक प्रतिरक्षित → डाउनफील्ड दिखाई देता है (उच्चतम δ)
  • Hb: Ha के लिए ट्रांस → Ha से थोड़ा ऊपर की ओर लेकिन बड़ा युग्मन दिखाता है (J ≈ 13-17 Hz)
  • Hc: सिस या जेमिनल प्रोटॉन → आगे ऊपर की ओर (सबसे कम δ), छोटा युग्मन

• Ha: सबसे डाउनफील्ड, बड़ा J (13 Hz) और छोटा युग्मन (7 Hz) → i
• Hb: Ha (7 Hz) और Hc (2 Hz) से युग्मित → iii
• Hc: सबसे कम δ, छोटे युग्मन (13 और 2 Hz) → ii

इसलिए सही मिलान  A - i, B - ii, C - iii है।

अवधारणा:

¹H NMR विपाटन प्रतिरूप - AB चतुष्क बनाम चतुष्क

• प्रोटॉन NMR में, मेथिलीन (-CH₂-) प्रोटॉनों का विपाटन प्रतिरूप रासायनिक वातावरण पर निर्भर करता है और क्या दो प्रोटॉन चुंबकीय रूप से समतुल्य हैं या नहीं।
• चतुष्क: तब उत्पन्न होता है जब मेथिलीन प्रोटॉन समतुल्य होते हैं और n+1 नियम का पालन करते हुए -CH₃ (3 समतुल्य प्रोटॉन) से युग्मित होते हैं।
• AB चतुष्क: तब होता है जब दो जेमिनल (एक ही कार्बन) प्रोटॉन भिन्न रासायनिक वातावरणों में होते हैं (अर्थात, चुंबकीय रूप से समतुल्य नहीं), जिससे विभिन्न युग्मन स्थिरांक के कारण जटिल विपाटन होता है।

व्याख्या:

• यौगिक X: ClCH₂-C(Cl)(Br)CH₃
  • CH₂ समूह एक अत्यधिक असममित केंद्र (Cl, Br और CH₃ के साथ) के बगल में है।
  • यह CH₂ पर दो प्रोटॉनों को असमतुल्य वातावरणों में होने का कारण बनता है।
  • इसलिए, विपाटन प्रतिरूप एक सामान्य AB चतुष्क है।
    मेथिलीन प्रोटॉनों (CH₂) के लिए एक द्विक, मेथिन प्रोटॉन (CH) के लिए द्विक का द्विक, और मेथिल प्रोटॉनों (CH₃) के लिए एक द्विक होगा।
• 
• यौगिक Y: CH₃CH₂-CCl₂CH₃
  • CH₂ समूह एक CH₃ और एक सममितीय CCl₂ समूह के बीच है।
  • वातावरण अधिक सममित है, और दो CH₂ प्रोटॉन समतुल्य हैं।
  • यह आसन्न CH₃ के साथ युग्मन के कारण एक सामान्य चतुष्क विपाटन की ओर ले जाता है।
    CH3CH2CCl2CH3 का 1H NMR स्पेक्ट्रम प्रोटॉनों के विभिन्न रासायनिक वातावरणों के कारण तीन सिग्नल दिखाएगा। CH3 समूह (दोनों CH3CH2 और CH3C) अलग-अलग सिग्नल के रूप में दिखाई देंगे, और CH2 समूह भी चतुष्क होगा
• 

इसलिए, सही उत्तर X = AB चतुष्क; Y = चतुष्क है।

संकल्पना:

इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों के लिए आवश्यक ऊर्जा

• इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण किसी परमाणु या अणु में विभिन्न ऊर्जा स्तरों या कक्षकों के बीच इलेक्ट्रॉनों की गति को संदर्भित करते हैं। इन संक्रमणों के लिए आवश्यक ऊर्जा संक्रमण के प्रकार और इसमें शामिल कक्षकों के बीच ऊर्जा अंतर पर निर्भर करती है।
• विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों के लिए आवश्यक ऊर्जा को इसमें शामिल कक्षकों की प्रकृति के आधार पर क्रमबद्ध किया जा सकता है:
  • σ → σ* (बंधित से प्रतिबंधित संक्रमण) के लिए सबसे अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है क्योंकि बंधित और प्रतिबंधित कक्षकों के बीच का अंतर सबसे बड़ा होता है।
  • n → σ* (अबंधित से प्रतिबंधित संक्रमण) के लिए भी महत्वपूर्ण ऊर्जा की आवश्यकता होती है, लेकिन σ → σ* संक्रमण से थोड़ी कम।
  • π → π* (पाई से पाई प्रतिबंधित) और n → π* (अबंधित से पाई प्रतिबंधित) में मध्यवर्ती ऊर्जा आवश्यकताएँ होती हैं।
  • n → σ* (अबंधित से प्रतिबंधित संक्रमण) में आमतौर पर π → π* और n → π* संक्रमणों की तुलना में कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

व्याख्या:

• इन संक्रमणों में से, आवश्यक ऊर्जा का क्रम इस प्रकार है:

  σ → σ* > n → σ* > π → π* > n → π*

• यह क्रम विभिन्न कक्षकों और उनके संगत संक्रमणों के बीच सापेक्ष ऊर्जा अंतर को दर्शाता है, जिसमें σ → σ* संक्रमणों में सबसे बड़ा ऊर्जा अंतर होता है, उसके बाद n → σ*, π → π*, और n → π* क्रमशः आवश्यक ऊर्जा के घटते क्रम में होते हैं।

इसलिए, सही उत्तर σ → σ* > n → σ* > π → π* > n → π* है।

संकल्पना:

NMR विभाजन प्रतिरूप

• NMR स्पेक्ट्रोस्कोपी में विभाजन प्रतिरूप आसन्न नाभिकों के बीच चक्रण-चक्रण युग्मन के कारण होता है। विभाजनों (बहुगुणित) की संख्या आसन्न प्रोटॉनों (n) की संख्या से n+1 नियम के अनुसार निर्धारित होती है।

व्याख्या:

• संरचना को समझना
  • 1, 2-डाइब्रोमोएथेन (BrCH2CH2Br) एक सममित अणु है। इसका अर्थ है कि दो CH2 समूह रासायनिक रूप से समतुल्य हैं। NMR स्पेक्ट्रोस्कोपी में, रासायनिक रूप से समतुल्य प्रोटॉन एक-दूसरे को विभाजित नहीं करते हैं।
• विभाजन प्रतिरूप
  • चूँकि सभी चार प्रोटॉन रासायनिक रूप से समतुल्य हैं, वे NMR स्पेक्ट्रम में एक एकल शिखर (एक एकल) के रूप में दिखाई देंगे। कोई विभाजन नहीं देखा जाएगा।
• कारण
  • विभाजन आसन्न कार्बन परमाणुओं पर असमतुल्य प्रोटॉनों की परस्पर क्रिया के कारण होता है। 1, 2-डाइब्रोमोएथेन में, सभी प्रोटॉन समान रासायनिक वातावरण में हैं, इसलिए विभाजन का कारण बनने वाले कोई निकटवर्ती प्रोटॉन नहीं हैं।

विभाजन क्यों होता है

• NMR विभाजन निकटवर्ती कार्बन पर असमतुल्य प्रोटॉनों के बीच परस्पर क्रिया के कारण होता है।
• यदि प्रोटॉन रासायनिक रूप से समतुल्य हैं, तो वे समान आवृत्ति पर अनुनाद करते हैं। चूँकि उनका अनुनाद समान है, वे एक-दूसरे को विभाजित नहीं कर सकते। यह दो समान स्वरयंत्रों की तरह है - वे एक साथ कंपन करेंगे, लेकिन एक दूसरे की ध्वनि को विभाजित नहीं करेगा।
• इस तरह सोचें:
• मान लीजिए आपके पास दो समान जुड़वाँ हैं। वे एक जैसे दिखते हैं, एक जैसे काम करते हैं और समान अनुभव रखते हैं। यदि आप उनकी उपस्थिति या व्यवहार के आधार पर उन्हें अलग करने का प्रयास करते हैं, तो यह असंभव होगा। इसी प्रकार, 1,2-डाइब्रोमोएथेन में प्रोटॉन उन समान जुड़वाँ बच्चों की तरह हैं - NMR उन्हें अलग नहीं बता सकता है।

इसलिए, सही उत्तर है: कोई विभाजन नहीं।

संकल्पना:

NMR सिग्नल और रासायनिक वातावरण

• परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR) स्पेक्ट्रोस्कोपी कार्बनिक यौगिकों की संरचना निर्धारित करने के लिए एक शक्तिशाली तकनीक है। NMR सिग्नलों की संख्या अणु में विशिष्ट रासायनिक वातावरणों की संख्या से मेल खाती है।
• प्रोटॉन NMR (1H NMR) स्पेक्ट्रम में प्रत्येक सिग्नल प्रोटॉन (हाइड्रोजन परमाणु) के एक समूह से मेल खाता है जो समतुल्य रासायनिक वातावरण में हैं। समतुल्य प्रोटॉन समान सिग्नल उत्पन्न करते हैं।
• सिग्नलों की संख्या निर्धारित करने के लिए:
  • असमतुल्य प्रोटॉन देखें-वे जो निकटवर्ती ऋणात्मक परमाणुओं या कार्यात्मक समूहों जैसे कारकों के कारण विभिन्न वातावरणों में हैं।
  • एक ही कार्बन से जुड़े या एक ही वातावरण में प्रोटॉन एक ही सिग्नल देंगे।

व्याख्या:

​

• • कुल मिलाकर, हम 4 अलग-अलग रासायनिक वातावरणों की अपेक्षा कर सकते हैं, जिससे 4 NMR सिग्नल प्राप्त होते हैं।

इसलिए, सही उत्तर 4 सिग्नल है।

अवधारणा:

• ¹H NMR स्पेक्ट्रम में अपेक्षित रेखाओं की संख्या:
  • समान समूह के प्रोटॉन आपस में अन्योन्यक्रिया नहीं करते जिससे अवलोकनीय विपाटन हो, इसलिए वे एक सिग्नल देते हैं, उदाहरण के लिए, CH3 समूह के हाइड्रोजन परमाणु आपस में अन्योन्यक्रिया नहीं करते।
  • शिखर की बहुलता समतुल्य प्रोटॉनों के एक समूह की पड़ोसी प्रोटॉनों द्वारा निर्धारित की जाती है।
  • सामान्य रूप से, यदि 'n' समतुल्य प्रोटॉन अन्योन्यक्रिया करते हैं या आसन्न कार्बन परमाणु पर प्रोटॉनों के साथ युग्मित होते हैं, तो अनुनाद शिखर 'n+1' शिखरों या संकेतों में विभाजित हो जाता है।
  • तीव्रताएँ समूह के मध्य-बिंदु के बारे में सममित होती हैं और n+1 शिखरों की तीव्रताएँ क्रम 'n', (1 + x)n के द्विपद प्रसार के गुणांकों द्वारा दी जाती हैं।
  • इन गुणांकों को पास्कल के त्रिभुज के अनुसार व्यवस्थित किया जा सकता है जैसा कि नीचे दिखाया गया है:

• यह ध्यान दिया जा सकता है कि प्रचक्रण-प्रचक्रण अन्योन्यक्रिया लागू चुंबकीय क्षेत्र की सामर्थ्य से स्वतंत्र है लेकिन रासायनिक विस्थापन क्षेत्र की सामर्थ्य पर निर्भर करता है।

व्याख्या: -

• हमने चर्चा की कि यदि 'n' समतुल्य प्रोटॉन अन्योन्यक्रिया करते हैं या आसन्न कार्बन परमाणु पर प्रोटॉनों के साथ युग्मित होते हैं, तो अनुनाद शिखर 'n+1' शिखरों या संकेतों में विभाजित हो जाता है। लेकिन यह सामान्यीकरण केवल तभी मान्य है जब केवल प्रोटियम पड़ोसी के रूप में मौजूद हो।
• सामान्य रूप से प्रोटियम के अलावा अन्य सभी पड़ोसी समूहों के लिए, प्रचक्रण बहुलता ज्ञात करने के लिए उपयोग किया जाने वाला सूत्र 2nI +1 है, जहाँ 'I' क्वांटम प्रचक्रण संख्या है।
• विभाजक सिग्नल की तीव्रता लेकिन केवल n+1 नियम पर निर्भर करती है।

गणना:

दिया गया है,

ड्यूटेरियम ²H की प्रचक्रण क्वांटम संख्या = 1

इसलिए, 2nI +1 = 2(1)(1) +1 = 3

इस प्रकार, एक त्रिक उत्पन्न होगा,

तीव्रता केवल n+1 पर निर्भर करती है जो 2 है इसलिए अनुपात 1:1:1 होगा।

निष्कर्ष:-

इसलिए, सही उत्तर 1 : 1 : 1 अनुपात का त्रिक है अर्थात विकल्प 3

व्याख्या: -

1H NMR स्पेक्ट्रम में संकेत δ 2.4 (s, 3H), 3.9 (s, 3H), 7.25 (d, J = 7 Hz, 2H), 7.95 (d, J = 7 Hz, 2H) ppm हैं।

• दिए गए संकेतों में, 7.25 (d, J = 7 Hz, 2H) बेंजीन वलय के 1H NMR स्पेक्ट्रम के मानों से मेल खाता है।
• 7.95 (d, J = 7 Hz, 2H) भी एक ऐरोमैटिक पिक है जो वि-परिरक्षित है, इसलिए उच्च आवृत्ति पर है, इसलिए बेंजीन वलय से कुछ इलेक्ट्रॉन-प्रत्याहारी समूह जुड़ा हुआ है।
• हम जानते हैं कि एल्कोहॉलिक समूह का संकेत 3.2 से 2.8 की सीमा में होता है, यह यौगिक में मेथॉक्सी समूह की उपस्थिति को इंगित करता है।

विकल्प 1 और 2 दोनों उपरोक्त बिंदुओं को संतुष्ट करते हैं।

या

लेकिन, विकल्प एक में एक मेथॉक्सी समूह बेंजीन वलय से जुड़ा हुआ है जो बेंजीन वलय को उच्च δ मान पर वि-रक्षित करेगा जो नहीं हो रहा है क्योंकि संकेत सामान्य सीमा पर प्राप्त होता है।

निष्कर्ष: -

यौगिक का NMR है: -

इसलिए, सही विकल्प (3) है।

अवधारणा:

→ EI (इलेक्ट्रॉन आयनीकरण) द्रव्यमान स्पेक्ट्रम एक प्रकार का द्रव्यमान स्पेक्ट्रम है जिसे आयनीकरण तकनीक के रूप में इलेक्ट्रॉन आयनीकरण का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।

→ EI द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री में, इलेक्ट्रॉनों की एक उच्च-ऊर्जा किरण को नमूने पर निर्देशित किया जाता है, जिससे नमूना अणु आयनित हो जाते हैं और छोटे आयनों में खंडित हो जाते हैं।

→ इसके बाद परिणामी आयनों को उनके द्रव्यमान से आवेश के अनुपात (m/z) के आधार पर द्रव्यमान विश्लेषण, जैसे क्वाड्रुपोल या टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट (TOF) विश्लेषण का उपयोग करके अलग किया जाता है।

→ EI द्रव्यमान स्पेक्ट्रम में आमतौर पर शिखरों की एक शृंखला होती है, जिसमें प्रत्येक शिखर एक विशिष्ट m/z अनुपात के साथ आयन का प्रतिनिधित्व करता है।

→ शिखर की ऊँचाई या तीव्रता नमूने में प्रत्येक आयन की बहुलता के समानुपाती होती है।

→ द्रव्यमान स्पेक्ट्रम का उपयोग नमूने के आणविक भार की पहचान करने के साथ-साथ आयनीकरण और विखंडन के दौरान उत्पन्न होने वाले विभिन्न खंडों की पहचान और आपेक्षिक बाहुल्यता ज्ञात करने के लिए किया जा सकता है।

स्पष्टीकरण:

→ विकल्प 1: हम पहले प्रत्येक संभावित खंड के द्रव्यमान की गणना करेंगे

दिए गए m/z अनुपात 121, 105, 77, 44 में, हमारे पास इस संरचना के अनुसार कोई संभावित खंड नहीं है, इस प्रकार यह गलत विकल्प है।

→ विकल्प 2:

इस विकल्प में दिए गए सभी खंडों का द्रव्यमान वही है जो प्रश्न में दिया गया है, इसलिए यह सही विकल्प है।

→ विकल्प 3:

अन्य खंड इस प्रकार संभव नहीं हैं, गलत विकल्प है।

→ विकल्प 4:

यह संरचना 2 के समान है लेकिन इसमें अतिरिक्त N है, इस प्रकार इसका द्रव्यमान भिन्न होता है, इसलिए यह भी गलत विकल्प है।

निष्कर्ष: अतः, सही विकल्प 2 है।

अवधारणा:

• अवरक्त (IR) अवशोषण बैंड अवरक्त स्पेक्ट्रम में विशिष्ट क्षेत्र होते हैं जहाँ अणु विशिष्ट आवृत्तियों पर विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करते हैं। ये अवशोषण बैंड अणु के भीतर परमाणुओं के कंपन गति के कारण उत्पन्न होते हैं। जैसे ही अणु अवरक्त विकिरण को अवशोषित करते हैं, वे विभिन्न ऊर्जा स्तरों के बीच कंपन संक्रमण से गुजरते हैं, जिससे प्रकाश की विशिष्ट आवृत्तियों का अवशोषण होता है। विभिन्न प्रकार के रासायनिक बंधन और कार्यात्मक समूहों में विशिष्ट कंपन आवृत्तियाँ होती हैं। IR अवशोषण बैंड की स्थिति और तीव्रता का विश्लेषण करके, हम एक अणु में कुछ कार्यात्मक समूहों की उपस्थिति की पहचान कर सकते हैं।
• ¹H NMR कार्बनिक रसायन विज्ञान में एक मौलिक तकनीक है, जिसका उपयोग यौगिक पहचान, संरचनात्मक स्पष्टीकरण और मात्रात्मक विश्लेषण के लिए किया जाता है। यह आणविक संरचना को निर्धारित करने और रासायनिक अभिक्रियाओं की निगरानी करने में विशेष रूप से मूल्यवान है।
• द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमिति में, शिखर तीव्रता का अर्थ है द्रव्यमान स्पेक्ट्रम पर एक शिखर की ऊँचाई या आकार। द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमिति एक विश्लेषणात्मक तकनीक है जिसका उपयोग नमूने में आयनों के द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात (m/z) को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। परिणामी द्रव्यमान स्पेक्ट्रम नमूने में अणुओं की संरचना और संरचना के बारे में जानकारी प्रदान करता है।

व्याख्या:

1. एस्टर का IR अवशोषण बैंड ~ 1740 cm^-1 है।

2. C-2 कार्बन परमाणु में कोई H-परमाणु उपस्थित नहीं है, इसलिए निकटतम कार्बन परमाणु ¹H NMR में एकलक दिखाएंगे।

निष्कर्ष:

इसलिए, निम्नलिखित अणुओं के लिए सही मिलान A-iii, B-ii, C-i है।

संप्रत्यय:

लैम्बर्ट का नियम:

• लैम्बर्ट का नियम कहता है कि मोटाई के साथ विकिरण की तीव्रता में कमी की दर विकिरण की तीव्रता के समानुपाती होती है।
• गणितीय रूप से, हम कह सकते हैं कि:

\({dI\over dl} α I\), जहाँ I = विकिरण की तीव्रता, l = पथ लंबाई

बीयर का नियम:

• बीयर का नियम कहता है कि विकिरण की तीव्रता में कमी की दर विलयन में ठोसों की सांद्रता के समानुपाती होती है। गणितीय रूप से,

\({dI\over dl} α C\), जहाँ C विलयन की सांद्रता है।

• उपरोक्त दो नियमों को मिलाकर, हमें अवशोषण 'A' मिलता है

= A = ϵ₀Cl, जहाँ ϵ₀ = मोलर विलोपन गुणांक

• मोलर विलोपन गुणांक को एक मोलर विलयन की मोटाई के व्युत्क्रम के रूप में परिभाषित किया जाता है जो प्रकाश की तीव्रता को उसके प्रारंभिक मान के दसवें भाग तक कम कर देता है। इसका मान विलेय की प्रकृति और प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। इसकी इकाई lit/mol/cm है।
• जब प्रकाश को विलयन से गुजारा जाता है, तो उसका कुछ भाग अवशोषित हो जाता है और कुछ भाग पारगमित हो जाता है। पारगमन को T द्वारा दर्शाया जाता है और इसे इस प्रकार दिया जाता है:

पारगमन (T) = 10⁻ᴬ, जहाँ A = अवशोषण

• इसे इस प्रकार भी लिखा जा सकता है:

- log T = ϵ x c x l

गणना:

दिया गया है:

• मोलर विलोपन गुणांक = 15,000 L mol⁻¹ cm⁻¹
• पथ लंबाई = 1cm
• पारगमन = 20.5% = .205
• बीयर-लैम्बर्ट के नियम के अनुसार,

- log T = ϵ x c x l

या, \(c = {-logT \over \epsilon\times l} = {1\over \epsilon \times l\times logT}\)

उपरोक्त समीकरण में दिए गए मानों को प्रतिस्थापित करने पर, हमें प्राप्त होता है:
\(C = {1 \over 15000 \times 1\times log .205} = 4.59 \times 10^{-5}\)

इसलिए, विलयन की सांद्रता 'C' 4.59 x 10⁻⁵ है।

अवधारणा:

NMR में प्रोटॉन द्वारा अनुभव किया जाने वाला स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र उसके रासायनिक विस्थापन और लागू बाह्रय चुंबकीय क्षेत्र पर निर्भर करता है। स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र ( B_local ) और रासायनिक विस्थापन ( \(\delta\) ) के बीच संबंध है:

सूत्र: \(B_{\text{local}} = \delta \times B_0\)

• रासायनिक विस्थापन: रासायनिक विस्थापन को प्रति मिलियन (ppm) में मापा जाता है, और यह अणु में विभिन्न प्रोटॉन द्वारा अनुभव किए जाने वाले स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र में अंतर को दर्शाता है।

• बाह्य चुंबकीय क्षेत्र: बाह्य चुंबकीय क्षेत्र ( B₀ ) टेस्ला (T) में दिया गया है। इस स्थिति में, B₀ = 2T.

• स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र: प्रत्येक प्रोटॉन द्वारा अनुभव किया जाने वाला स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र रासायनिक विस्थापन को बाह्य चुंबकीय क्षेत्र से गुणा करके पाया जा सकता है।

• पूर्ण अंतर: दो प्रोटॉन के बीच स्थानीय चुंबकीय क्षेत्रों में पूर्ण अंतर की गणना प्रत्येक प्रोटॉन के लिए गणना किए गए स्थानीय चुंबकीय क्षेत्रों को घटाकर की जा सकती है।

व्याख्या:

• चरण 1: 1.15 ppm के रासायनिक विस्थापन वाले CH₃ प्रोटॉन के लिए स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र।

  • ​\(B_{\text{CH3}} = \delta_1 \times B_0 = 1.15 \times 10^{-6} \times 2 = 2.3 \times 10^{-6} \, \text{T} \)

• चरण 2: 3.35 ppm के रासायनिक विस्थापन वाले CH₂ प्रोटॉन के लिए स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र।

  • \(B_{\text{CH2}} = \delta_2 \times B_0 = 3.35 \times 10^{-6} \times 2 = 6.7 \times 10^{-6} \, \text{T}\)

• चरण 3: दो प्रोटॉन के बीच स्थानीय चुंबकीय क्षेत्रों में पूर्ण अंतर।

  • \(\Delta B = B_{\text{CH2}} - B_{\text{CH3}} = 6.7 \times 10^{-6} - 2.3 \times 10^{-6} = 4.4 \times 10^{-6} \, \text{T}\)

निष्कर्ष:

दो प्रोटॉन के लिए स्थानीय चुंबकीय क्षेत्रों में पूर्ण अंतर 4.4 x 10^-6 T. है।

अवधारणा:

एक रासायनिक बंध की तनन आवृत्ति इसमें शामिल परमाणुओं के द्रव्यमान और बंध सामर्थ्य पर निर्भर करती है। O-H और O-D बंध के मामले में, ड्यूटेरियम परमाणु हाइड्रोजन परमाणु से भारी होता है, जिसका अर्थ है कि O-D बंध O-H बंध से अधिक प्रबल होता है।

व्याख्या:

→ जब दो परमाणु एक साथ रासायनिक बंध से बंधे होते हैं, तो वे निकटस्थ परमाणुओं के प्रभाव के कारण अपनी साम्य स्थिति के आसपास कंपन करते हैं।

→  किसी बंध की तनन आवृत्ति वह आवृत्ति होती है जिस पर वह किसी बाहरी बल या ऊर्जा, जैसे कि अवरक्त विकिरण, के संपर्क में आने पर कंपन करता है।

→  O-H और O-D बंध के मामले में, तनन आवृत्ति ऑक्सीजन परमाणु से जुड़े परमाणु के द्रव्यमान से प्रभावित होती है। ड्यूटेरियम (D) का द्रव्यमान हाइड्रोजन (H) के द्रव्यमान से अधिक है, इसलिए O-D बंध O-H बंध से अधिक प्रबल है।

→  एक प्रबल बंध को फैलने (तनन) के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो कम तनन आवृत्ति के समान होती है। इसलिए, O-D तनन आवृत्ति O-H तनन आवृत्ति से कम है।

→  प्रायोगिक अध्ययनों से पता चला है कि O-D तनन आवृत्ति आमतौर पर 2500-2700 cm-1 के आसपास होती है, जो लगभग 3600 cm-1 की O-H तनन आवृत्ति से कम है।

निष्कर्ष: O-D तनन आवृत्ति का निकटतम विकल्प विकल्प 2) 2600 cm-1 होगा।

संप्रत्यय:

→ पिरिडीन एक छः-सदस्यीय सुगंधित विषमचक्रीय यौगिक है जिसमें पाँच कार्बन परमाणु और एक नाइट्रोजन परमाणु होता है। पिरिडीन में कार्बन परमाणुओं को C1 से C6 तक लेबल किया जाता है, जहाँ C1 नाइट्रोजन परमाणु से जुड़ा कार्बन परमाणु होता है।

→ रासायनिक शिफ्ट मान प्रति मिलियन भाग (ppm) में व्यक्त किए जाते हैं और एक संदर्भ यौगिक, आमतौर पर टेट्रामेथिलसिलीन (TMS), के सापेक्ष मापा जाता है, जिसे 0 ppm का रासायनिक शिफ्ट मान दिया जाता है। रासायनिक शिफ्ट की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

रासायनिक शिफ्ट (δ) =\(\frac{(नाभिक के लिए अनुनाद की आवृत्ति - TMS के लिए अनुनाद की आवृत्ति)}{TMS के लिए अनुनाद की आवृत्ति\times10^{6}}\)

→ नाभिक के लिए अनुनाद की आवृत्ति चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति और नाभिक के जाइरोमैग्नेटिक अनुपात द्वारा निर्धारित की जाती है, जो नाभिक का एक मौलिक गुण है। चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति आमतौर पर टेस्ला (T) या गॉस (G) की इकाइयों में व्यक्त की जाती है, और अनुनाद की आवृत्ति हर्ट्ज (Hz) की इकाइयों में व्यक्त की जाती है।

व्याख्या:

→ पिरिडीन के लिए ¹³C NMR रासायनिक शिफ्ट मानों (δ ppm) का सही मिलान C2: 150; C3: 124; C4: 136 है। यह असाइनमेंट उनके स्थानीय इलेक्ट्रॉनिक वातावरण के आधार पर पिरिडीन में कार्बन परमाणुओं के लिए अपेक्षित रासायनिक शिफ्ट के अनुरूप है।

→ पिरिडीन जैसे सुगंधित तंत्र में, कार्बन परमाणु वलय में π इलेक्ट्रॉनों के परिसंचरण के कारण एक परिरक्षण प्रभाव का अनुभव करते हैं। यह वलय के बाहर कार्बन परमाणुओं पर एक प्रतिपरिरक्षण प्रभाव उत्पन्न करता है, जो हाइड्रोजन परमाणुओं से जुड़े होते हैं। इस प्रभाव को अनिसोट्रॉपिक प्रभाव के रूप में जाना जाता है।

→ पिरिडीन में स्थिति C2 पर कार्बन परमाणु सीधे नाइट्रोजन परमाणु से जुड़ा होता है, जिसका कार्बन की तुलना में उच्च विद्युतऋणात्मकता होती है। इससे ¹³C NMR स्पेक्ट्रम में एक अपफील्ड शिफ्ट होता है, जिसके परिणामस्वरूप 150 ppm का रासायनिक शिफ्ट मान होता है।

→ पिरिडीन में स्थिति C3 पर कार्बन परमाणु नाइट्रोजन परमाणु के निकट है और इसलिए नाइट्रोजन परमाणु की विद्युतऋणात्मकता से भी प्रभावित होता है। हालाँकि, यह प्रभाव C2 की तुलना में कम स्पष्ट है, जिसके परिणामस्वरूप ¹³C NMR स्पेक्ट्रम में थोड़ा डाउनफील्ड शिफ्ट और 124 ppm का रासायनिक शिफ्ट मान होता है।

→ पिरिडीन में स्थिति C4 पर कार्बन परमाणु सीधे नाइट्रोजन परमाणु से जुड़ा नहीं है और इसलिए नाइट्रोजन की विद्युतऋणात्मकता से कम प्रभावित होता है। हालाँकि, यह अभी भी सुगंधित वलय में स्थित है और π इलेक्ट्रॉनों के परिरक्षण प्रभाव से प्रभावित होता है। इससे ¹³C NMR स्पेक्ट्रम में थोड़ा अपफील्ड शिफ्ट और 136 ppm का रासायनिक शिफ्ट मान होता है।

निष्कर्ष:
कुल मिलाकर, अणु में कार्बन परमाणुओं के स्थानीय इलेक्ट्रॉनिक वातावरण के आधार पर पिरिडीन के लिए ¹³C NMR रासायनिक शिफ्ट मानों (δ ppm) का सही मिलान C2: 150; C3: 124; C4: 136 है।

अवधारणा:

¹³C NMR:

• कार्बन-13 न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस या ¹³C NMR स्पेक्ट्रोस्कोपी, कार्बन (C) के लिए न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी का अनुप्रयोग है। ¹³C NMR स्पेक्ट्रोस्कोपी कार्बनिक अणुओं में C परमाणुओं की प्रकृति या वातावरण की पहचान करने में मदद करता है, जैसे कि 1H NMR स्पेक्ट्रोस्कोपी H परमाणुओं का पता लगाने में मदद करता है।
• कार्बनिक अणुओं में C परमाणुओं की प्रकृति या वातावरण को रासायनिक शिफ्ट (δ) मानों द्वारा पहचाना जा सकता है।
• कुछ सामान्य कार्यात्मक समूहों के रासायनिक शिफ्ट मान इस प्रकार हैं:

व्याख्या:-

कपूर

गेरानियोल संरचना

कार्वोन संरचना

• कुछ सामान्य कार्यात्मक समूहों के रासायनिक शिफ्ट मानों से, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि प्राकृतिक उत्पाद जो अपनेδ ¹³C NMR स्पेक्ट्रम में δ 218 ppm पर संकेत देता है, उसमें एक कार्बोनिल समूह होना चाहिए।
• कपूर के अलावा, अन्य अणुओं में केवल कार्वोन में एक कार्बोनिल कार्यात्मक समूह होता है, लेकिन यह α,β-असंतृप्त कार्बोनिल था, यह लगभग 150cm^-1 होगा।
• इस प्रकार, प्राकृतिक उत्पाद जो ¹³C NMR स्पेक्ट्रम में δ 218 ppm पर संकेत देता है, कपूर है।

निष्कर्ष:

इसलिए, प्राकृतिक उत्पाद जो अपने ¹³C NMR स्पेक्ट्रम में δ 218 ppm पर संकेत देता है, वह कपूर है।

अवधारणा:

¹H NMR स्पेक्ट्रोमिकी में, एक अणु में प्रत्येक प्रोटॉन या प्रोटॉन के समूह एक सिग्नल उत्पन्न करते हैं, जो आसन्न प्रोटॉन (युग्मन भागीदारों) की संख्या के आधार पर कई गुना में विभाजित हो सकता है। युग्मन प्रतिरूप को बहुलता (जैसे, एकल, द्विक, त्रिक, आदि) और युग्मन स्थिरांक (J मान) द्वारा वर्णित किया जाता है, जो प्रोटॉन-प्रोटॉन अंतःक्रिया की प्रकृति के बारे में जानकारी देता है।

• रासायनिक विस्थापन (δ): रासायनिक विस्थापन (δ) प्रोटॉन के आसपास के इलेक्ट्रॉनिक वातावरण को इंगित करता है। यह प्रोटॉन और निकटतम परमाणुओं या क्रियात्मक समूहों के आसपास के इलेक्ट्रॉन घनत्व से प्रभावित होता है।

• युग्मन स्थिरांक (J): J मान आसन्न प्रोटॉन के बीच युग्मन संपर्क की ताकत देता है, जिसे Hz में मापा जाता है। बड़े J मान आमतौर पर एक अक्षीय-अक्षीय संबंध में प्रोटॉन के अनुरूप होते हैं, जबकि छोटे J मान दुर्बल अंतःक्रियाओं को इंगित करते हैं, जैसे अक्षीय-भूमध्यरेखीय संबंध।

• बहुलता: बहुलता देखे गए प्रोटॉन से जुड़े प्रोटॉन की संख्या पर निर्भर करती है, प्रत्येक युग्मन भागीदार सिग्नल को n+1 चोटियों में विभाजित करता है। उदाहरण के लिए, दो असमतुल्य प्रोटॉनों के साथ युग्मित एक प्रोटॉन के परिणामस्वरूप द्विगुणों का द्विगुणक (dd) बनेगा।

व्याख्या:

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• H_b H_a और H_c के कारण द्विगुणों के द्विगुणक में विभाजित होता है

• H_a से 7.0 Hz और H_c से 2.5 Hz के J मान के कारण H_b के लिए δ 3.15 है।

• J मान की पहचान करने के लिए, H_b भी समान J मान के साथ H_a और H_c दोनों के साथ युग्मित होता है।

निष्कर्ष:

इस प्रकार, सही विकल्प विकल्प 4: 3.15 (dd, J = 7.0, 2.5 Hz) है।