Door Fred Decker
Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Creativeye99/iStock/GettyImages

Organische chemici vertrouwen op nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie om de structuur van organische moleculen te onderzoeken door waterstof- en koolstofkernen te onderzoeken. Het resulterende spectrum vertoont een reeks pieken, die elk overeenkomen met een afzonderlijke magnetische omgeving in het molecuul. Door de afstand tussen deze pieken te meten, extraheren scheikundigen de J-koppelingsconstante, een belangrijke parameter die laat zien hoe atomen met elkaar verbonden zijn.

Het NMR-spectrum

Het spectrum registreert de resonantiefrequentie van elke kern ten opzichte van het magnetische veld van de spectrometer. Pieken verschijnen bij specifieke chemische verschuivingen, uitgedrukt in delen per miljoen (ppm). Voor een molecuul dat één koolstofatoom en drie waterstofatomen bevat, zouden vier pieken worden waargenomen. Groepen pieken worden multipletten genoemd, en hun veelheid wordt traditioneel beschreven met eenvoudige termen:doubletten, tripletten, quadrupletten, enz. Complexe multipletten kunnen echter zijn samengesteld uit overlappende kleinere multipletten, dus zorgvuldige inspectie van de afstand is essentieel.

Ppm omzetten naar Hertz

Hoewel chemische verschuivingen worden gerapporteerd in ppm, worden J-constanten uitgedrukt in hertz (Hz). Om te converteren vermenigvuldigt u de ppm-waarde met de werkfrequentie van de spectrometer (in hertz) en deelt u deze door één miljoen. Op een 400MHz-instrument komt een verschuiving van 1,262 ppm bijvoorbeeld overeen met:

1.262 ppm × 400 000 000 Hz ÷ 1 000 000 = 504.84 Hz

Herhaal deze berekening voor elke piek in het multiplet.

J berekenen voor een doublet

In een doublet zijn de twee pieken gelijkmatig verdeeld. Trek de lagere frequentiewaarde af van de hogere om J te verkrijgen. Als de tweede piek bijvoorbeeld 502,68 Hz is, dan:

J = 504.84 Hz – 502.68 Hz = 2.16 Hz

Voor drielingen, vierlingen en grotere veelvouden geldt dezelfde afstand voor alle aangrenzende pieken, dus u hoeft J slechts één keer te berekenen.

Complexe veelvouden

Wanneer een multiplet feitelijk een superpositie is van kleinere multipletten, zoals een doublet van doubletten, moet u zowel de koppelingsconstanten binnen als tussen paren bepalen. Een eenvoudige methode is om de derde piek af te trekken van de eerste en de vierde piek van de tweede, en vervolgens de twee resultaten te middelen om de grotere J te verkrijgen. De typische nauwkeurigheid van de spectrometer is ±0,1 Hz, dus kleine variaties zijn acceptabel.

Voor een doublet van tripletten delen de binnenste tripletten dezelfde kleine J. Kies een willekeurige piek in het eerste triplet en trek de overeenkomstige piek in het tweede triplet af om de grotere J te vinden. Herhaal deze aanpak indien nodig voor multiplets van hogere orde.