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I chimici organici usano una tecnica chiamata spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, o NMR in breve, per analizzare molecole organiche basate su idrogeno e carbonio. I risultati del test in un grafico ingannevolmente semplice mostrano un picco per ciascun atomo nella molecola. Definire la relazione tra loro - la costante di accoppiamento J - consente ai ricercatori di determinare la composizione dei campioni.
Il grafico NMR
Il grafico NMR misura la posizione di ogni ione in base al modo in cui risuona all'interno del campo magnetico degli spettroscopi. 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 generalmente indicato come un multiplet, ma hanno anche nomi specifici determinati dal numero di picchi. Quelli con due picchi sono chiamati duplet, quelli con tre picchi sono tripletti e così via. Alcuni sono più complicati: quattro picchi potrebbero essere un quadruplet o potrebbero essere un duplet di duplet. La differenza è che tutti i picchi all'interno di un quadruplet hanno la stessa spaziatura, mentre un duplet di duplet mostrerebbe due coppie di picchi con una spaziatura diversa tra il secondo e il terzo picco. Lo stesso vale per quadruplet e altri multiplet: i picchi all'interno di un determinato multiplet hanno la stessa spaziatura relativa. Se la spaziatura varia tra di loro, hai un raggruppamento di multiplet più piccoli anziché uno grande.
Conversione di picchi in Hertz
I picchi sono misurati in parti per milione, il che - in questo - significa milionesimi della frequenza operativa degli spettrografi, ma le costanti J sono espresse in hertz, quindi dovrai convertire i picchi prima di determinare il valore di J. Per fare ciò, moltiplica il ppm per la frequenza degli spettrografi in hertz e quindi dividere per un milione. Se il tuo valore era 1.262 ppm, per esempio, e il tuo spettrografo funzionava a 400 MHz o 400 milioni di Hertz, questo dà un valore di 504,84 per il primo picco.
Arrivando a J in un duplet
Ripeti quel calcolo per ogni picco nel multiplet e annota i valori corrispondenti. Esistono 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, sottrarre semplicemente 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 all'interno di una tripletta o quadruplo hanno tutti la stessa spaziatura, quindi è necessario calcolare questo valore solo una volta.
J In Multiplet più complessi
In multiplet più complessi, come un duplet di duplet, 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 approssimativamente più o meno 0,1 Hz, quindi non preoccuparti se i numeri variano leggermente. Media dei due per arrivare alla costante più grande per questo esempio specifico.
In un duplex di terzine, si applica 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. Ripetere l'operazione se necessario per i multiplet più grandi, fino a quando non si è calcolato J per ciascun set di picchi.