QUIZ DI "SPETTROSCOPIA E SPETTROMETRIA" - NAZIONALI CATEGORIA C

Le molecole organiche sono costituite da atomi di carbonio collegati tra loro in modo diverso, determinando strutture molecolari uniche. Nel contesto della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare al carbonio-13, il numero di segnali rilevati corrisponde al numero di ambienti unici per gli atomi di carbonio presenti nella molecola.

Quando una molecola ha una simmetria che fa sì che alcuni dei suoi atomi di carbonio siano equivalenti, si osservano meno segnali nello spettro ¹³C-NMR. Questo perché, nonostante ci siano più atomi di carbonio totali nella molecola, la simmetria o la presenza di gruppi funzionali simili determina che solo un numero limitato di ambienti distinti sia rilevato dalla spettroscopia.

Al contrario, se tutti gli atomi di carbonio nella molecola sono diversi tra loro, ciascun atomo di carbonio costituisce un ambiente unico e produce un segnale distintivo nello spettro ¹³C-NMR. In questo caso, il numero di segnali registrati corrisponderà al numero totale di atomi di carbonio distinti presenti nella molecola.

In sostanza, il numero di segnali nell'analisi spettroscopica ¹³C-NMR dipende dal numero di ambienti unici degli atomi di carbonio nella molecola, che a sua volta è determinato dalla loro diversità strutturale e dalla simmetria molecolare. Questa variazione nel numero di segnali fornisce indicazioni preziose sulla complessità strutturale e sulla simmetria delle molecole organiche analizzate.

Se si effettua uno spettro in metanolo, un solvente polare, si osserva una stabilizzazione dello stato eccitato, il quale è più polare e carico elettricamente. Di conseguenza, la transizione avviene a un'energia minore, corrispondente a una lunghezza d'onda maggiore. Questo fenomeno è indicato dalla Risposta A.

Il composto C₆H₄Br₂, l'1,4-dinitrobromobenzene, contiene due atomi di bromo. Gli isotopi del bromo che sono principalmente coinvolti in questo caso sono ⁷⁹Br e ⁸¹Br, i quali hanno approssimativamente la stessa abbondanza nella natura. Quindi, per i due atomi di bromo presenti nel composto, ci sono quattro possibili combinazioni isotopiche: ⁷⁹Br/⁷⁹Br, ⁷⁹Br/⁸¹Br, ⁸¹Br/⁷⁹Br, ⁸¹Br/⁸¹Br.

Queste quattro combinazioni isotopiche producono quattro molecole con masse diverse:

• ⁷⁹Br/⁷⁹Br produce una massa di 234 (79 + 79 = 158, moltiplicato per 2 = 316 + 18 per il resto del composto = 234).
• ⁷⁹Br/⁸¹Br e ⁸¹Br/⁷⁹Br producono la stessa massa di 236 (79 + 81 = 160, moltiplicato per 2 = 320 + 18 per il resto del composto = 238).
• ⁸¹Br/⁸¹Br produce una massa di 238 (81 + 81 = 162, moltiplicato per 2 = 324 + 18 per il resto del composto = 238).

Poiché gli isotopi ⁷⁹Br e ⁸¹Br hanno approssimativamente la stessa abbondanza, ciascuna delle quattro combinazioni isotopiche avrà la stessa probabilità di essere presente nella molecola. Di conseguenza, le intensità relative dei picchi corrispondenti alle masse molecolari di 234, 236 e 238 nello spettro di massa saranno rispettivamente di 1, 2 e 1.

Quindi, la risposta corretta è la C (1 : 2 : 1), poiché rappresenta le intensità relative dei picchi con valori di m/z 234, 236 e 238 nello spettro di massa dell'1,4-dinitrobromobenzene, generati dalle quattro combinazioni isotopiche dei due atomi di bromo con uguale abbondanza degli isotopi ⁷⁹Br e ⁸¹Br.