Para cada uma das moléculas abaixo, assinale, com a mesma letra, prótons quimicamente equivalentes e, com letras diferentes, prótons que não são quimicamente equivalentes. Decida, também, quantos sinais haverá no espectro de RMN de H para cada uma dessas moléculas.
Ex:
3 tipos de prótons com diferentes
\mathrm{H}_{3} \mathrm{C}-\mathrm{CH}_{2} vizinhanças químicas
\mathrm{OH}_{\mathrm{C}} 3 sinais em diferentes valores
de deslocamento químico
Os prótons a são quimicamente equivalentes
Os prótons b são químicamente equivalentes
Os prótons a, b e c são distintos. Não são quimicamente equivalentes
1a)
O

Passo 1

O enunciado dá a molécula no formato SMILES: CCOC. As tarefas pedidas são:
  • Assinalar com a mesma letra os prótons quimicamente equivalentes e com letras diferentes os que não são equivalentes.
  • Decidir quantos sinais haverá no espectro de RMN de ^1\mathrm{H} dessa molécula.
Informações explícitas que temos do enunciado:
  • A molécula é dada por CCOC (vou usar essa cadeia para obter a estrutura).
  • Precisa-se identificar equivalências dos prótons e o número de sinais no ^1\mathrm{H} RMN.

Passo 2

O que significa “prótons quimicamente equivalentes”? Explicando devagar e com calma:
  • Dois (ou mais) prótons são quimicamente equivalentes quando estão num ambiente químico idêntico: mesma conectividade, mesma vizinhança eletrônica e simetrias que os tornam indistinguíveis para o campo magnético.
  • Consequência prática: prótons equivalentes dão o mesmo deslocamento químico e aparecem no mesmo sinal no espectro de ^1\mathrm{H} RMN (ignorando acoplamentos finos que não quebram a equivalência magnética).
  • Para verificar equivalência, costuma-se desenhar a estrutura e ver se existe uma operação de simetria (rotação, reflexão) ou simplesmente comparar a vizinhança imediata (átomos ligados e seus tipos).

Passo 3

Converter o SMILES em fórmula/estrutura e identificar os grupos:
  • O SMILES CCOC corresponde à estrutura \mathrm{CH_3-CH_2-O-CH_3}. Em palavras: é um éter metil-etílico (metóxi-etano, também chamado metil-etil éter).
  • Vamos numerar/identificar os grupos de prótons:
    • Grupo 1 (terminal etil): o \mathrm{CH_3} ligado ao \mathrm{CH_2} da cadeia etílica (vou chamar de grupo a).
    • Grupo 2 (meio): o \mathrm{CH_2} ligado ao \mathrm{CH_3} e ao oxigênio (vou chamar de grupo b).
    • Grupo 3 (metoxi): o \mathrm{O-CH_3}, o metil ligado ao oxigênio (vou chamar de grupo c).
Escrevendo em notação clara:
  • grupo a: \mathrm{CH_3} (o da extremidade etil)
  • grupo b: \mathrm{CH_2} (o do etil ligado ao oxigênio)
  • grupo c: \mathrm{OCH_3} (o metóxi)

Passo 4

Determinar a equivalência dos prótons em cada grupo e justificar:
  • Grupo a — as três prótons do \mathrm{CH_3} terminal etílico são quimicamente equivalentes entre si porque estão ligadas ao mesmo carbono, esse carbono tem a mesma conectividade para cada hidrogênio e a rotação livre em torno da ligação \mathrm{C-C} torna as posições indistinguíveis. Então todos os prótons do grupo a são equivalentes. Há \,3\,$ prótons em \(a.
  • Grupo b — as duas prótons do \mathrm{CH_2} são equivalentes entre si pelo mesmo motivo: estão no mesmo carbono e têm a mesma vizinhança (um lado \mathrm{CH_3}, outro lado \mathrm{O}). Assim, há \,2\,$ prótons equivalentes em \(b.
  • Grupo c — as três prótons do \mathrm{OCH_3} são equivalentes entre si: o metil ligado ao oxigênio tem os três hidrogênios em ambiente idêntico. Há \,3\,$ prótons em \(c.
Por que a, b e c são diferentes entre si?
  • Eles têm vizinhanças químicas distintas: a está ligado a um carbono que por sua vez está ligado ao b; b está ligado a um carbono e a um oxigênio; c está diretamente ligado a oxigênio. O oxigênio muda fortemente o ambiente eletrônico e, portanto, o deslocamento químico; logo \mathrm{OCH_3} (c) não é equivalente a \mathrm{CH_3} etílico (a). Também o \mathrm{CH_2} (b) é um grupo diferente em número de prótons e posição, logo distinto dos metis.)

Passo 5

Contagem final de sinais no espectro de ^1\mathrm{H} RMN e comentários úteis para prova:
  • Concluímos que existem três conjuntos de prótons não equivalentes: a, b e c. Portanto haverá \,3\,$ sinais no espectro de \(^1\mathrm{H}.
  • Observação prática (útil na prova): padrões de acoplamento esperados (não pedidos explicitamente, mas bom saber):
    • a ( \mathrm{CH_3} etílico) será um triplete por acoplamento vicinal com os \,2\,$ prótons do grupo \(b (regra n+1 com n=2 dá triplete).
    • b ( \mathrm{CH_2}) será um quarteto por acoplamento com os \,3\,$ prótons do \(a (regra n+1 com n=3 dá quarteto). Não se acopla ao metóxi c porque o oxigênio interrompe o acoplamento vicinal eficiente (prótons separados por O geralmente não se acoplam fortemente).
    • c ( \mathrm{OCH_3}) tipicamente aparece como singulete porque não há acoplamento significativo através do oxigênio com o \mathrm{CH_2}.)

Resposta

a: prótons do \mathrm{CH_3} etílico (3 H, equivalentes)
b: prótons do \mathrm{CH_2} (2 H, equivalentes)
c: prótons do \mathrm{OCH_3} (3 H, equivalentes)
Número de sinais no espectro de ^1\mathrm{H} RMN: 3

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