Trin-for-trin guide til beregning af J-koblingskonstanter i NMR-spektroskopi

Af Fred Decker
Opdateret 30. august 2022

Creativeye99/iStock/GettyImages

Organiske kemikere er afhængige af nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopi til at undersøge strukturen af organiske molekyler ved at undersøge brint- og kulstofkerner. Det resulterende spektrum viser en række toppe - hver svarer til et særskilt magnetisk miljø i molekylet. Ved at måle afstanden mellem disse toppe udvinder kemikere J-koblingskonstanten, en nøgleparameter, der afslører, hvordan atomer er forbundet.

NMR-spektret

Spektret registrerer resonansfrekvensen af hver kerne i forhold til spektrometrets magnetfelt. Toppe vises ved specifikke kemiske skift, udtrykt i dele per million (ppm). For et molekyle indeholdende et kulstof og tre hydrogenatomer vil fire toppe blive observeret. Grupper af toppe kaldes multipletter, og deres mangfoldighed beskrives traditionelt med simple udtryk:dubletter, tripletter, firlinger osv. Imidlertid kan komplekse multipletter være sammensat af overlappende mindre multipletter, så omhyggelig inspektion af afstanden er afgørende.

Konvertering af ppm til Hertz

Selvom kemiske skift er rapporteret i ppm, er J-konstanter udtrykt i hertz (Hz). For at konvertere skal du gange ppm-værdien med spektrometrets driftsfrekvens (i hertz) og dividere med en million. For eksempel på et 400MHz instrument svarer et skift på 1,262 ppm til:

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

Gentag denne beregning for hver top i multipletten.

Beregning af J for en dublet

I en dublet er de to toppe jævnt fordelt. Træk den lavere frekvensværdi fra den højere for at opnå J. For eksempel, hvis den anden top er 502,68 Hz, så:

J = 504.84 Hz – 502.68 Hz = 2.16 Hz

For tripletter, firlinger og større multipletter gælder den samme afstand for alle tilstødende toppe, så du behøver kun at beregne J én gang.

Komplekse multipletter

Når en multiplet faktisk er en superposition af mindre multipletter - såsom en dublet af dubletter - skal du bestemme både intra-par og inter-par koblingskonstanter. En simpel metode er at trække den tredje top fra den første og den fjerde top fra den anden, og derefter gennemsnittet de to resultater for at opnå den større J. Typisk spektrometernøjagtighed er ±0,1 Hz, så mindre variationer er acceptable.

For en dublet af tripletter deler de indre tripletter den samme lille J. Vælg en hvilken som helst top i den første triplet og subtraher den tilsvarende top i den anden triplet for at finde den større J. Gentag denne fremgangsmåde for multipletter af højere orden efter behov.