DWMED

Liczbę równocennych grup atomów wodoru w cząsteczkach związków organicznych (na przykład węglowodorów) można określić na podstawie spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR). Obecna w zarejestrowanym widmie ¹H NMR liczba grup sygnałów odpowiada liczbie równocennych atomów wodoru w cząsteczce badanego związku chemicznego. Ponieważ połączone z sąsiadującymi ze sobą atomami węgla atomy wodoru mogą oddziaływać wzajemnie, bardzo często zdarza się zaobserwować obejmujące pewien zakres przesunięcia chemicznego (δ, ppm) rozszczepienie sygnałów. Na rysunku przedstawiającym widmo ¹H NMR uwidacznia się to przylegającymi do siebie różnej wysokości pikami. Na przykład propan ma dwie grupy równocennych atomów wodoru. Pierwszą z nich stanowią te, obecne w grupach –CH₃, druga natomiast to te, znajdujące się w ugrupowaniu –CH₂–. Rysunek poniżej ilustruje widmo ¹H NMR opisanego alkanu, na którym literami A i B oznaczono grupy sygnałów reprezentujących równocenne atomy wodoru:

Na podstawie: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, www.sdbs.db.aist.go.jp, dostęp od 2022 roku.

Zarejestrowano widmo ¹H NMR jednego z odbarwiających wodę bromową izomerów węglowodoru o wzorze sumarycznym C₅H₁₀. Przebieg tego widma ilustruje rysunek poniżej:

Na podstawie: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, www.sdbs.db.aist.go.jp, dostęp od 2022 roku.

Z zamieszczonego widma wynika, że obecne są w nim cztery sygnały oznaczone na rysunku literami A÷D. Wiadomo ponadto, że uprzywilejowany organiczny produkt reakcji addycji wody w środowisku kwasowym do tego węglowodoru jest nieczynny optycznie.

Narysuj wzór grupowy węglowodoru, którego widmo ¹H NMR zarejestrowano oraz napisz jego nazwę systematyczną. Uzupełnij tabelę.

Liczbę równocennych grup atomów wodoru w cząsteczkach związków organicznych (na przykład węglowodorów) można określić na podstawie spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR). Obecna w zarejestrowanym widmie ¹H NMR liczba grup sygnałów odpowiada liczbie równocennych atomów wodoru w cząsteczce badanego związku chemicznego. Ponieważ połączone z sąsiadującymi ze sobą atomami węgla atomy wodoru mogą oddziaływać wzajemnie, bardzo często zdarza się zaobserwować obejmujące pewien zakres przesunięcia chemicznego (δ, ppm) rozszczepienie sygnałów. Na rysunku przedstawiającym widmo ¹H NMR uwidacznia się to przylegającymi do siebie różnej wysokości pikami. Na przykład propan ma dwie grupy równocennych atomów wodoru. Pierwszą z nich stanowią te, obecne w grupach –CH₃, druga natomiast to te, znajdujące się w ugrupowaniu –CH₂–. Rysunek poniżej ilustruje widmo ¹H NMR opisanego alkanu, na którym literami A i B oznaczono grupy sygnałów reprezentujących równocenne atomy wodoru:

Na podstawie: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, www.sdbs.db.aist.go.jp, dostęp od 2022 roku.

W przypadku, gdy związek chemiczny ma kilka grup równocennych atomów węgla w cząsteczce, w celu ustalenia liczby takich grup można zarejestrować widmo ¹³C NMR. Obecne w nim sygnały odpowiadają wówczas ilościowo liczbie grup równocennych atomów węgla.

Masa jednego mola cząsteczek pewnego węglowodoru wynosi 70 g. Rysunki poniżej przedstawiają kolejno widma – ¹³C NMR oraz ¹H NMR opisanego związku chemicznego:

Na podstawie: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, www.sdbs.db.aist.go.jp, dostęp od 2022 roku.

Węglowodór ten poddano następnie monobromowaniu w obecności światła. W zarejestrowanym widmie ¹H NMR uzyskanego produktu zaobserwowano trzy sygnały pochodzące od atomów wodoru różniących się otoczeniem chemicznym.

Wykonaj niezbędne  obliczenia, a następnie stosując grupowe lub uproszczone  wzory związków organicznych, napisz równanie opisanej reakcji monobromowania. Uwzględnij warunki prowadzenia tego procesu.

Promieniowanie słoneczne obejmuje bardzo szeroki przedział długości fali promieniowania elektromagnetycznego, w jakim znajduje się między innymi promieniowanie UV. Wysokoenergetyczne promieniowanie UV dzieli się na trzy zakresy: UVA (315–400 nm), UVB (290–315 nm) oraz UVC (220–290 nm). Obecny w stratosferze ozon pochłania praktycznie całkowicie promieniowanie o długości fali poniżej 220 nm oraz znaczną część pasma UVC. Opaleniznę wywołuje głównie promieniowanie UVA, ułatwiające wytwarzanie melaniny. Z wieloletnich badań wynika, że najbardziej niebezpieczne dla komórek znajdujących się w organizmie człowieka jest docierające do powierzchni Ziemi promieniowanie UVB, które w przypadku długotrwałej ekspozycji na jego działanie powinno być blokowane, aby nie wnikało w struktury tkanek. Jednym ze sposobów jego blokowania jest stosowanie kremów do opalania, których składnikami są substancje chemiczne zdolne do absorpcji promieniowania z zakresu UVB oraz przekształcania go w praktycznie nieszkodliwe promieniowanie z zakresu widzialnego (o długości fali  380–750 nm) oraz energię cieplną.

Rysunek poniżej ilustruje widma absorpcji dwóch substancji chemicznych A oraz B. W zakresach długości fali, obejmujących możliwie największe wartości absorbancji, absorpcja promieniowania elektromagnetycznego jest największa.

Na podstawie: P. W. Atkins, L. Jones, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018 oraz www.bdbiosciences.com.

Napisz, która z substancji chemicznych (A czy B) mogłaby zostać użyta jako składnik kremu do opalania. Uzasadnij swoje stanowisko.

Fluorochromy to substancje, które w wyniku absorpcji energii świetlnej o określonej długości fali – powodującej ich wzbudzenie, emitują światło o większej długości fali. Zjawisko emisji promieniowania świetlnego nazywa się fluorescencją, a jej natężenie jest proporcjonalne do stężenia fluorochromu. Na podstawie wykresu obrazującego zależność natężenia fluorescencji od stężenia substancji fluoryzującej stanowiącej wzorzec, możliwe jest określenie stężenia tej substancji w próbce, gdy znane są zmierzone wartości natężenia fluorescencji oznaczanych próbek. Opisaną zależność wyznacza się indywidualnie dla danego układu pomiarowego. Przykładem fluorochromu jest SF (sól sodowa fluoresceiny, M = 376 g∙mol^–1), w przypadku której natężenie fluorescencji mierzone jest z zastosowaniem roztworów buforowanych – o stałej wartości pH = 9. Rysunek poniżej ilustruje zależność natężenia fluorescencji od stężenia SF na podstawie pomiarów wykonanych spektrofotometrem Synergy HT firmy Biotek:

Na podstawie: R. Szczypiński, Moduł mikroprzepływowy do pomiarów cytometrycznych, Warszawa 2014.

Z wykresu tego wynika, że dla stężeń SF niższych niż 0,01 ng∙cm^–3, praktycznie niemożliwe jest precyzyjne określenie jej zawartości w próbce z zastosowaniem opisanego układu pomiarowego. Przyczyną tego jest fakt, że wartość natężenia fluorescencji w takim zakresie stężeń soli sodowej fluoresceiny odpowiada również roztworowi buforującemu.

Z dokładnością do cyfry jedności określ wartość natężenia fluorescencji jaka odpowiada roztworowi buforującemu w przedstawionym układzie pomiarowym.

Fluorochromy to substancje, które w wyniku absorpcji energii świetlnej o określonej długości fali – powodującej ich wzbudzenie, emitują światło o większej długości fali. Zjawisko emisji promieniowania świetlnego nazywa się fluorescencją, a jej natężenie jest proporcjonalne do stężenia fluorochromu. Na podstawie wykresu obrazującego zależność natężenia fluorescencji od stężenia substancji fluoryzującej stanowiącej wzorzec, możliwe jest określenie stężenia tej substancji w próbce, gdy znane są zmierzone wartości natężenia fluorescencji oznaczanych próbek. Opisaną zależność wyznacza się indywidualnie dla danego układu pomiarowego. Przykładem fluorochromu jest SF (sól sodowa fluoresceiny, M = 376 g∙mol^–1), w przypadku której natężenie fluorescencji mierzone jest z zastosowaniem roztworów buforowanych – o stałej wartości pH = 9. Rysunek poniżej ilustruje zależność natężenia fluorescencji od stężenia SF na podstawie pomiarów wykonanych spektrofotometrem Synergy HT firmy Biotek:

Na podstawie: R. Szczypiński, Moduł mikroprzepływowy do pomiarów cytometrycznych, Warszawa 2014.

Z wykresu tego wynika, że dla stężeń SF niższych niż 0,01 ng∙cm^–3, praktycznie niemożliwe jest precyzyjne określenie jej zawartości w próbce z zastosowaniem opisanego układu pomiarowego. Przyczyną tego jest fakt, że wartość natężenia fluorescencji w takim zakresie stężeń soli sodowej fluoresceiny odpowiada również roztworowi buforującemu.

W wyniku pomiarów spektrofotometrycznych stwierdzono, że natężenie fluorescencji pewnej próbki roztworu SF wynosi 3.

Oblicz stężenie molowe zawartej w niej soli sodowej fluoresceiny wiedząc, że (poza rozpuszczalnikiem) była to jedyna substancja fluoryzująca. Wynik wyraź w nmol∙dm^–3 (nanomolach na decymetr sześcienny) z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku.

Fluorochromy to substancje, które w wyniku absorpcji energii świetlnej o określonej długości fali – powodującej ich wzbudzenie, emitują światło o większej długości fali. Zjawisko emisji promieniowania świetlnego nazywa się fluorescencją, a jej natężenie jest proporcjonalne do stężenia fluorochromu. Na podstawie wykresu obrazującego zależność natężenia fluorescencji od stężenia substancji fluoryzującej stanowiącej wzorzec, możliwe jest określenie stężenia tej substancji w próbce, gdy znane są zmierzone wartości natężenia fluorescencji oznaczanych próbek. Opisaną zależność wyznacza się indywidualnie dla danego układu pomiarowego. Przykładem fluorochromu jest SF (sól sodowa fluoresceiny, M = 376 g∙mol^–1), w przypadku której natężenie fluorescencji mierzone jest z zastosowaniem roztworów buforowanych – o stałej wartości pH = 9. Rysunek poniżej ilustruje zależność natężenia fluorescencji od stężenia SF na podstawie pomiarów wykonanych spektrofotometrem Synergy HT firmy Biotek:

Na podstawie: R. Szczypiński, Moduł mikroprzepływowy do pomiarów cytometrycznych, Warszawa 2014.

Z wykresu tego wynika, że dla stężeń SF niższych niż 0,01 ng∙cm^–3, praktycznie niemożliwe jest precyzyjne określenie jej zawartości w próbce z zastosowaniem opisanego układu pomiarowego. Przyczyną tego jest fakt, że wartość natężenia fluorescencji w takim zakresie stężeń soli sodowej fluoresceiny odpowiada również roztworowi buforującemu.

Oceń poprawność poniższych zdań dotyczących wyników pomiarów w opisanym układzie. Wpisz literę „P” (prawda) lub literę „F” (fałsz).

Zadania CKE związane ze spektroskopią NMR: