18.1: Spettroscopia NMR dei derivati del benzene

Il benzene semplice non sostituito ha sei protoni aromatici, tutti chimicamente equivalenti. Pertanto, il benzene mostra solo un picco singoletto a δ 7,3 ppm nello spettro ^1H NMR. Lo spostamento osservato è molto più in basso perché la corrente dell'anello aromatico descherma fortemente i protoni. Qualsiasi sostituzione sull'anello benzenico rende i protoni aromatici non equivalenti e i protoni si dividono tra loro. Il picco, quindi, non è più un singoletto e il modello di scissione e le costanti di accoppiamento associate dipendono dal grado di sostituzione sull'anello. La natura dei sostituenti sull'anello benzenico aumenta o diminuisce i valori di spostamento chimico dell'anello protonico. Inoltre, un sostituente che attrae elettroni sposta lo spostamento chimico del protone più in basso, mentre un gruppo donatore di elettroni sposta il segnale verso l'alto. Il benzene monosostituito ha uno spettro ^1H NMR più complesso nella regione aromatica a causa delle numerose scissioni tra protoni su carboni adiacenti e dell'accoppiamento tra protoni che sono di più del singolo legame C–C nel sistema ad anello. Un anello disostituito mostra un tipico schema doppietto se i sostituenti dell'anello hanno una relazione para.

Nella spettroscopia NMR ^13C, i carboni aromatici mostrano segnali compresi tra δ 110-160. Il benzene sostituito presenta sei picchi corrispondenti a sei gruppi di protoni non equivalenti. L'entità dello spostamento del segnale dipende dal tipo di sostituenti dell'anello. Un carbonio dell'anello quaternario mostra gli spostamenti più elevati rispetto ad altri carboni dell'anello. I carboni benzilici e alchilici dei sostituenti si osservano nella regione più alta.

I protoni benzene producono un singoletto di circa 7,3 ppm. I sostituenti influenzano la scissione e spostano il segnale verso il basso o verso l'alto, a seconda della natura del sostituente.

Per illustrare, si consideri l'1-bromo-4-etilbenzene con quattro serie non equivalenti di protoni.

Il sostituente più elettronegativo, il bromo, descuda i due protoni ortodoni equivalenti, producendo un segnale molto in basso.

I protoni ortodontici al sostituente elettropositivo hanno spostamenti chimici leggermente inferiori. Entrambi i segnali appaiono come doppietti a causa dell'interazione con il protone adiacente.

Il modello di scissione osservato è tipico della parasostituzione.

Un segnale del quartetto di campo deriva dall'accoppiamento di protoni benzilici con tre protoni metilici.

Il picco della tripletta di campo superiore rappresenta i protoni metilici, divisi da due protoni benzilici adiacenti.

I sei insiemi non equivalenti di atomi di carbonio mostrano sei segnali caratteristici di ¹³C.

Il picco con il più grande spostamento chimico deriva dall'anello quaternario del carbonio legato al gruppo alchilico.

Il picco intorno a 120 ppm rappresenta l'anello quaternario del carbonio legato al bromo.

Altri segnali di campo verso il basso indicano i carboni ad anello non sostituiti, mentre i segnali di campo verso l'alto rappresentano i carboni benzilici e alchilici.