Les chimistes ont souvent recours à la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) pour déterminer la structure des composés organiques. Les données de RMN proton sera une série de «pics» sur un graphique. Vous pouvez utiliser ces données pour en déduire une quantité surprenante d'informations sur la structure de la molécule. Parfois, il peut être utile de mesurer les constantes de couplage, la distance entre les pics individuels dans un groupe de pics. Si vous avez un groupe simple de pics comme un doublet, un triplet ou un quatuor, ce sera généralement assez simple. Il peut ne pas être possible, cependant, de trouver une constante de couplage pour plus multiplets complexes.
Instructions
1 Commencez par réfléchir à la façon RMN fonctionne. Tout comme les électrons, les neutrons et les protons ont une propriété appelée vrille. Un noyau d'hydrogène n'a qu'un seul proton solitaire, donc il a deux états de spin possibles, soit de spin = +1/2 ou de spin = -1/2. Ordinairement, ces deux Etats ont une énergie égale. Lorsque vous placez l'échantillon dans un champ magnétique, cependant, le noyau d'hydrogène se comporte un peu comme un petit aimant dans le sens où il peut soit aligné avec le domaine, auquel cas il aura un état de spin, ou aligner contre elle, dans ce cas, il aura d'autre part. Les deux états de spin ont maintenant l'énergie inégale. A tout temps donné, la majorité des noyaux d'hydrogène dans une population donnée sera dans l'état de spin bas-énergie, mais une petite fraction sera dans l'état supérieur. Lorsque l'échantillon est irradié par des ondes radio, les photons radio seront absorbés par des noyaux d'hydrogène si et seulement si leur énergie est égale à la différence d'énergie entre les deux états de spin.
2 Notez que le nuage d'électrons autour d'un atome d'hydrogène se déplace d'une manière qui crée un petit champ magnétique contrer le champ magnétique externe beaucoup plus grande. Par conséquent, le plus riche en électrons de l'atome d'hydrogène, moins la différence d'énergie entre les états de spin sera. En fonction de leur environnement dans la molécule, des atomes d'hydrogène seront plus riche en électrons que d'autres. Un atome d'hydrogène lié à un atome d'oxygène, par exemple, serait beaucoup plus pauvre en électrons d'un attaché à un groupe -CH3 de méthyle.
3 Rappelons que les données RMN sont sous la forme d'un graphique qui utilise le tétraméthylsilane comme référence. En d'autres termes, au lieu d'afficher la fréquence des ondes radio qui ont été absorbées, le graphique indique la différence entre la fréquence Hz absorbée par le tétraméthylsilane et la fréquence absorbée par échantillon divisée par la fréquence du spectromètre en MHz. Les unités obtenues sont ppm ou parties par million. Le nombre de ppm augmente à mesure que vous descendez le graphique vers la gauche, et diminue à mesure que vous allez vers la droite. Cela signifie que la fréquence des ondes radio absorbée par l'échantillon augmente à mesure que vous allez vers la gauche.
4 Notons que pour des atomes d'hydrogène situés de telle sorte que d'autres atomes d'hydrogène sont fixés aux atomes de carbone voisins, il existe plusieurs possibilités différentes. Les hydrogènes voisins pourraient être de spin +1/2 ou spin -1/2, et ces deux situations seront trouvés dans différentes molécules dans la solution à un moment donné. Si le voisin est aligné avec le champ magnétique, il renforcera le champ ressenti par le premier atome d'hydrogène, et ainsi augmenter la fréquence du rayonnement qu'elle absorbe. Si le voisin est aligné avec le champ magnétique, il va diminuer le champ ressenti par le premier atome d'hydrogène, et donc la fréquence du rayonnement qu'elle absorbe aussi bien. Cet effet est appelé couplage spin-spin, et la différence entre les pics Hz créés par le couplage spin-spin est appelée la constante de couplage. Il est important de noter que les noyaux équivalents ne se couplent pas les uns avec les autres.
5 Commencez par la situation la plus simple: une constante de couplage pour un doublet (deux pics). Convertir la valeur en ppm (le déplacement chimique) pour chaque pic en une valeur en hertz (Hz) en la multipliant par la fréquence du spectromètre en MHz. Si les deux sommets ont des déplacements chimiques de 0,89 ppm et 0,91 ppm, par exemple, et la fréquence du spectromètre est de 90 MHz, les déplacements chimiques exprimés en Hertz sont 80,1 et 81,9 et la constante de couplage est simplement la différence entre les deux: 81,9 - 80,1 = 1,8 Hz.
6 Tackle une situation un peu plus difficile - deux voisins chimiquement équivalents (ie voisins qui sont dans le même environnement chimique, comme deux hydrogènes sur un groupe -CH2). Ceux-ci vont tourner le premier hydrogène dans un triplet. Dans ce cas, la constante de couplage est égale à la différence entre Hz, soit des pics latéraux et le pic central. Tout comme avec le doublet, vous devez convertir de ppm en Hz avant de calculer la constante de couplage. Si le triplet présente des pics à 80 Hz, 88 Hz et 96 Hz, par exemple, la constante de couplage serait 8 Hz, parce que le pic de 80 Hz et le pic 96 Hz est de 8 Hz à partir du pic central.
7 Considérons une situation un peu plus intéressant, où un pic est divisé par trois voisins chimiquement équivalents. Nous pourrions avoir un atome d'hydrogène sur un atome de carbone, par exemple, qui est fixé à un groupe méthyle (-CH3); les trois hydrogènes du groupe méthyle se partageront le pic de notre premier hydrogène dans un quatuor de quatre pics. La distance entre deux pics voisins dans le quatuor sera la constante de couplage. Si les quatre pics sont 80 Hz, 88 Hz, 96 Hz et 104 Hz, par exemple, la constante de couplage serait de nouveau 8 Hz, étant donné que la différence entre deux pics voisins est de 8 Hz.
Conseils et avertissements
- Il est très difficile de calculer la constante de couplage pour multiplets complexes et des situations où les hydrogènes voisins ne sont pas chimiquement équivalent, auquel cas il peut y avoir des constantes de couplage pour chacun. En général, vous ne serez pas besoin de calculer la constante de couplage pour résoudre les problèmes de RMN de base, cependant, parce que le nombre de pics dans un groupe et son emplacement est en réalité beaucoup plus utile que les constantes de couplage en règle générale.