I chimici organici usano una tecnica chiamata spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, o in breve NMR, per analizzare molecole organiche a base di idrogeno e carbonio. I risultati del test in un grafico apparentemente semplice mostrano un picco per ogni atomo nella molecola. Definire la relazione tra loro - la costante di accoppiamento J - consente ai ricercatori di determinare il trucco del campione.
Il grafico NMR
Il grafico NMR misura la posizione di ogni ione in base a come risuona all'interno dello spettroscopio campo magnetico. La risonanza si presenta come una serie di picchi. Ogni picco nel grafico corrisponde a un elemento nella molecola, quindi una molecola contenente un atomo di carbonio e tre atomi di idrogeno mostra quattro picchi. Ogni raggruppamento di picchi viene indicato generalmente come multiplet, ma hanno anche nomi specifici determinati dal numero di picchi. Quelli con due picchi sono chiamati duplette, quelli con tre picchi sono terzine e così via. Alcuni sono più complicati: quattro picchi potrebbero essere o una quadrupla, o potrebbe essere un dupletto di dupletti. La differenza è che tutti i picchi all'interno di un quadruplo hanno la stessa spaziatura, mentre un dupletto di dupletti mostrerebbe due coppie di picchi con una spaziatura diversa tra il secondo e il terzo picco. Lo stesso vale per i quadruplet e altri multiplet: i picchi all'interno di un determinato multiplet hanno la stessa spaziatura relativa. Se la spaziatura varia tra di loro, si ha un raggruppamento di multiplet più piccoli piuttosto che uno grande.
Conversione di picchi in Hertz
I picchi sono misurati in parti per milione, che - in questo contesto - significa milionesimi della frequenza operativa dello spettrografo, ma le costanti J sono espresse in hertz, quindi dovrai convertire i picchi prima di determinare il valore di J. Per fare ciò, moltiplicare il ppm per la frequenza dello spettrografo in hertz e quindi dividerlo per un milioni. Ad esempio, se il tuo valore era di 1.262 ppm e il tuo spettrografo funzionava a 400 MHz o 400 milioni di Hertz, questo valore ha un valore di 504,84 per il primo picco.
Arriva a J in un duplicatore
Ripetere il calcolo per ciascun picco nel multiplet e annotare i valori corrispondenti. Ci sono calcolatori online per accelerare tale processo, oppure puoi usare un foglio di calcolo o un calcolatore fisico se preferisci. Per calcolare J per un duplet, è sufficiente sottrarre il valore più basso dal più alto. Se il secondo picco risulta in un valore di 502,68, ad esempio, il valore per J sarebbe 2,02 Hz. I picchi di una terzina o di una quadrupla hanno tutti la stessa spaziatura, quindi dovrai calcolare questo valore solo una volta.
J In più complessi Multiplet
In più complessi multiplet, come un duplet of duplets, è necessario calcolare una piccola costante di accoppiamento all'interno di ciascuna coppia di picchi e una più grande tra le coppie di picchi. Ci sono un paio di modi per arrivare alla costante più grande, ma il più semplice è sottrarre il terzo picco dal primo e il quarto picco dal secondo. Lo spettrografo di solito ha un margine di errore che è all'incirca più o meno 0,1 Hz, quindi non preoccuparti se i numeri variano leggermente. Mediamente i due arrivano alla costante più grande per questo specifico esempio.
In un duplex di terzine, vale lo stesso ragionamento. La costante più piccola tra i tre picchi è identica, all'interno del margine di errore dello spettrografo, quindi è possibile calcolare J scegliendo qualsiasi picco nella prima tripletta e sottraendo il valore per il picco corrispondente nella seconda tripletta. In altre parole, è possibile sottrarre il valore del picco 4 dal valore del picco 1, o il valore del picco 5 dal valore del picco 2, per arrivare alla costante più grande. Ripeti secondo necessità per i multiplet più grandi, finché non hai calcolato J per ogni serie di picchi.
