13.6 : NMR und Massenspektroskopie von Carbonsäuren

Bei der ¹H-NMR-Spektroskopie sind die sauren Protonen (-COOH) der Carbonsäuren stark abgeschirmt und absorbieren weit unten im Feld, bei etwa 9-12 ppm. Der Wert der chemischen Verschiebung hängt von der Konzentration und dem verwendeten Lösungsmittel ab.

Während α-Protonen von Carbonsäuren bei 2-2,5 ppm absorbieren, absorbieren β-Protonen weiter oben im Feld.

Carbonsäuren können leicht identifiziert werden, indem man sie in Deuteriumoxid auflöst, was zu einem schnellen Austausch der sauren Protonen mit Deuterium führt. Dies führt zum Verschwinden des sauren Protonensignals im Spektrum.

Bei der ^13C-NMR-Spektroskopie von Carbonsäuren absorbieren die Carbonylkohlensubstanzen bei 160-180 ppm. Sie absorbieren jedoch mit einer niedrigeren chemischen Verschiebung (oder in einem höheren Feld) als die Carbonylkohlensubstanzen der Aldehyde und Ketone. Dies ist auf die hohe Abschirmwirkung des nicht geteilten Elektronenpaars des Carboxylatsauerstoffs zurückzuführen. α-Kohlensubstanzen von Carbonsäuren absorbieren bei 20-40 ppm.

In der Massenspektroskopie zeigen Carbonsäuren einen kleinen Molekülionenpeak. Die McLafferty-Fragmentierung von Carbonsäuren ergibt geradzahlige Massenfragment-Ionen (Basispeak) mit dem Verlust eines Alkens. Eine weitere auffällige Fragmentierung tritt beim Verlust eines Alkylradikals auf und führt zu einem resonanzstabilisierten Kation (mit ungerader Masse). Bei aromatischen Carbonsäuren treten neben den Molekül-Ionen-Peaks auch Fragment-Ionen-Peaks mit dem Verlust von -OH und -C=O auf.