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Abschirmung und chemische Verschiebung

3. Kreis- oder Ringstromeffekte in Aromaten

Der Kreis- oder Ringstromeffekt hat insbesondere für die 1H -NMR-Spektroskopie eine große Bedeutung, da er in großem Maße für die niedrige Abschirmung der Protonen in aromatischen Systemen verantwortlich ist.

Die chemische Verschiebung der Protonen im Benzen liegt bei 7,3 ppm, ist also noch ca. 2 ppm höher als im Ethen.

Das bedeutet, dass die Protonen in aromatischen Systemen weniger abgschirmt sind als in aliphatischen Doppelbindungssystem.

Erklärung für Benzen

Abb.1

Das äußere Magnetfeld B0 induziert in der Ringebene einen Strom der π-Elektronen (Ringstrom), der wiederum ein Magnetfeld erzeugt.

Dieses Magnetfeld ist innerhalb des Ringes dem äußeren Feld B0 entgegengerichtet, am Ort der Protonen ist es aber in Richtung von B0 gerichtet und verstärkt dieses.

Aus diesem Grund ist die Abschirmung der Ringprotonen so gering und die chemische Verschiebung hoch.

Dies beweist außerdem, dass sich beim Benzen keine Protonen im Ringinneren befinden.

Erklärung für Annulen

Abb.2

Beim Annulen läßt sich der Ringstromeffekt besonders gut verdeutlichen:

Im Bereich der äußeren Ringprotonen wird das wirkende Feld verstärkt, die Abschirmung ist demzufolge gering und die chemische Verschiebung hoch (9,28 ppm).

Im Bereich der inneren Ringprotonen wird das wirkende Feld verringert, die Abschirmung ist hoch und die chemische Verschiebung gering (-2,99 ppm).

Für die 13C-NMR-Spektroskopie spielt der Ringstromeffekt nur eine untergeordnete Rolle.

Beim Benzen liegen die Kohlenstoff-Atome genau dort im Ring, wo das durch den Ringstrom verursachte Feld gleich null ist.

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