Come calcolare le costanti di accoppiamento J

I chimici organici usano una tecnica chiamata spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, o NMR in breve, per analizzare le molecole organiche basate su 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 la composizione del campione.

Il grafico NMR misura la posizione di ogni ione in base a come risuona all'interno del campo magnetico dello spettroscopio. La risonanza si mostra 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 multipletto, ma ha anche nomi specifici determinati dal numero di picchi. Quelle con due picchi sono chiamate duplet, quelle con tre picchi sono triplette e così via. Alcuni sono più complicati: quattro picchi potrebbero essere un quadruplo, o potrebbe essere un duo di due gemelli. La differenza è che tutti i picchi all'interno di una quadrupla hanno la stessa spaziatura, mentre una doppietta di doppiette mostrerebbe due coppie di picchi con una spaziatura diversa tra il secondo e il terzo picco. Lo stesso vale per quartine e altri multipletti: i picchi all'interno di un dato multipletto hanno la stessa spaziatura relativa. Se la spaziatura varia tra di loro, hai un raggruppamento di multipletti più piccoli anziché uno grande.

I picchi sono misurati in parti per milione, che – in questo contesto – significa milionesimi del funzionamento dello spettrografo frequenza, 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 dello spettrografo in hertz e poi dividi per un milione. Se il tuo valore era 1.262 ppm, ad 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.

Ripeti il ​​calcolo per ogni picco nel multipletto e annota i valori corrispondenti. Esistono calcolatori online per accelerare questo processo, oppure puoi utilizzare un foglio di calcolo o un calcolatore fisico se preferisci. Per calcolare J per un duplicato, è sufficiente sottrarre il valore più basso da quello più alto. Se il secondo picco risulta in un valore di 502,68, ad esempio, il valore per J sarebbe 2,02 Hz. le cime all'interno di una terzina o di una quartina hanno tutte la stessa spaziatura, quindi dovrai solo calcolare questo valore una volta.

In multipletti più complessi, come un duplicato di duplicati, è necessario calcolare una piccola costante di accoppiamento all'interno di ciascuna coppia di picchi e una maggiore 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 i due per arrivare alla costante più grande per questo esempio specifico.

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 puoi calcola J scegliendo un picco qualsiasi nella prima tripletta e sottraendo il valore per il picco corrispondente nella seconda tripletta. In altre parole, puoi 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 maggiore. Ripeti se necessario per multipletti più grandi, finché non hai calcolato J per ogni serie di picchi.