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
1b)

Passo 1

O enunciado pede para identificar prótons quimicamente equivalentes na molécula dada (SMILES:
) e dizer quantos sinais aparecerão no espectro de RMN de ^1\mathrm{H}. A molécula é o n‑butano, cuja conectividade é
\mathrm{CH}_3-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_3.

Passo 2

Vou numerar os carbonos para visualizar a simetria: C_1\!-\!C_2\!-\!C_3\!-\!C_4 com grupos
\mathrm{CH}_3( C_1 )-\mathrm{CH}_2( C_2 )-\mathrm{CH}_2( C_3 )-\mathrm{CH}_3( C_4 ).
Perceba que a molécula tem um plano de simetria (ou centro de simetria na conformação média) que troca C_1 com C_4 e C_2 com C_3. Isso é a chave para identificar equivalências.

Passo 3

O que significa “prótons quimicamente equivalentes”? Significa que dois prótons estão em ambientes químicos indistinguíveis: qualquer operação de simetria que leva a molécula sobre si mesma também leva um próton para o outro; na prática, dão o mesmo deslocamento químico no RMN. Além disso, rotações simples da molécula (rápidas na escala do RMN) tornam prótons dentro de um mesmo grupo \mathrm{CH}_3 equivalentes entre si.

Passo 4

Aplique a ideia ao n‑butano:
  • Os dois grupos \mathrm{CH}_3 terminais ( C_1 e C_4) são equivalentes entre si por simetria: trocar C_1 com C_4 deixa a molécula indistinguível. Dentro de cada \mathrm{CH}_3, as três hidrogênios são equivalentes entre si (rotação rápida em torno da ligação C–C). Logo todos os hidrogênios dos dois \mathrm{CH}_3 são do mesmo tipo químico.
  • Os dois grupos \mathrm{CH}_2 centrais ( C_2 e C_3) são equivalentes entre si por simetria: trocar C_2 com C_3 deixa a molécula indistinguível. Dentro de cada \mathrm{CH}_2, os dois hidrogênios são equivalentes na média conformacional (não há ambiente assimétrico que os torne diastereotópicos ao longo do tempo de RMN).

Passo 5

Agora marco com letras as classes de prótons conforme pedido. A convenção natural é:
\mathrm{CH}_3^{\,a}-\mathrm{CH}_2^{\,b}-\mathrm{CH}_2^{\,b}-\mathrm{CH}_3^{\,a}.
Contagem dos prótons em cada tipo:
  • Tipo a: todos os hidrogênios dos dois \mathrm{CH}_3 terminais, total 6 prótons (duas vezes 3).
  • Tipo b: todos os hidrogênios dos dois \mathrm{CH}_2 centrais, total 4 prótons (duas vezes 2).

Passo 6

Portanto, no espectro de RMN de ^1\mathrm{H} do n‑butano espera‑se observar 2 sinais distintos: um correspondendo aos prótons do tipo a (metilos) e outro aos prótons do tipo b (metilenos). (Aqui não foi pedido o acoplamento ou o deslocamento exato, apenas o número de sinais.)

Resposta

Prótons a: os hidrogênios dos dois \mathrm{CH}_3 terminais (todos equivalentes); Prótons b: os hidrogênios dos dois \mathrm{CH}_2 centrais (todos equivalentes).
Número de sinais no espectro de RMN ^1\mathrm{H}: 2.

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