Welche Informationen eignen sich überhaupt zur Entscheidungsfindung?
Im Protonenspektrum und im protonenbreitbandentkoppelten Kohlenstoffspektrum erhält man je ein Signal. Integration fällt mangels Referenzsignals aus, die chemischen Verschiebungen unterscheiden sich nur geringfügig. Eine Tabelle könnte hilfreich sein, hier steht sie nicht zur Verfügung.
Das gekoppelte Kohlenstoffspektrum bietet auf den ersten Blick auch wenig hilfreiche Informationen. Die Triplettstruktur wird durch die beiden an jedes C-Atom direkt gebundenen Protonen hervorgerufen. Im rechten Spektrum lassen sich noch einige Fernkopplungen besser beobachten als im linken Spektrum, aber auch daraus läßt sich keine vernünftige Entscheidung ableiten.
Den Schlüssel zur Lösung liefert die Kopplungskonstante zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff über eine Bindung (1JC,H). Im linken Beispiel ist diese mit
| 1JC,H = 126.0 Hz |
leicht ablesbar.
Im rechten Beispiel berechnet man am besten zuerst jeweils den Mittelpunkt der etwas aufgespaltenen drei Hauptsignale. Anschließend erhält man
| 1JC,H = 130.8 Hz |
Die beiden heteroskalaren Kopplungskonstanten unterscheiden sich um fast 5 Hz.
Was kann man damit anfangen?
Cyclohexan liegt nahezu spannungsfrei vor. Alle Bindungen sind zueinander im fast idealen Tetraederwinkel angeordnet. Damit ergibt sich für die Bindungsorbitale eine nahezu ideale sp3-Hybridisierung.
Im Cyclopentan tritt eine Ringspannung auf. Der Bindungswinkel zwischen den C-Atomen untereinander wird kleiner als der ideale Tetraederwinkel. Damit steigt der p-Anteil am Bindungsorbital der C-C-Bindung (reine p-Orbitale sind zueinander im Winkel von 90° angeordnet). Im Gegenzug sinkt der p-Anteil der Bindungsorbitale der C-H-Bindung. Sinkender p-Anteil innerhalb der C-H-Bindung bedeutet andererseits steigenden s-Anteil. Die 1JC,H sind aber direkt proportional zum s-Anteil der Bindung.
Die größere Kopplungskonstante wird im Spektrum auf der rechten Seite des Blattes beobachtet. Hier noch einmal die logische Kette: