Hvordan beregne J koblingskonstanter

Organiske kjemikere bruker en teknikk som kalles kjernemagnetisk resonansspektroskopi, eller kort sagt NMR, for å analysere organiske molekyler basert på hydrogen og karbon. Testresultatene i en villedende enkel graf viser en topp for hvert atom i molekylet. Å definere forholdet mellom dem - J-koblingskonstanten - gjør det mulig for forskere å bestemme prøvenes sminke.

NMR-grafen måler plasseringen av hvert ion etter hvordan det resonerer innenfor spektroskopets magnetfelt. Resonansen viser som en rekke topper. Hver topp i grafen tilsvarer et element i molekylet, så et molekyl som inneholder ett karbonatom og tre hydrogenatomer viser fire topper. Hver gruppering av topper blir generelt referert til som en multiplett, men de har også spesifikke navn bestemt av antall topper. De med to topper kalles dupletter, de med tre topper er trillinger og så videre. Noen er vanskeligere: Fire topper kan enten være en firedel, eller det kan være en duplikat av duplikater. Forskjellen er at alle topper i en firdobbel har samme avstand, mens en duplikat av duplikater vil vise to par topper med forskjellig avstand mellom andre og tredje topp. Det samme gjelder for firdobler og andre multipletter: Toppene i en gitt multiplett har samme relative avstand. Hvis avstanden varierer mellom dem, har du en gruppering av mindre multipletter i stedet for en stor.

Topper måles i deler per million, som - i denne sammenheng - betyr milliondeler av spektrografens drift frekvens, men J-konstanter uttrykkes i hertz, så du må konvertere toppene før du bestemmer verdien av J. For å gjøre dette må du multiplisere ppm med spektrografens frekvens i hertz og deretter dele med en million. Hvis verdien din for eksempel var 1,262 ppm og spektrografen din opererte ved 400 MHz eller 400 millioner hertz, gir dette en verdi på 504,84 for den første toppen.

Gjenta beregningen for hver topp i multipletten, og skriv ned de tilsvarende verdiene. Det er online kalkulatorer for å øke hastigheten på prosessen, eller du kan bruke et regneark eller fysisk kalkulator hvis du foretrekker det. For å beregne J for en duplikat, trekker du bare den lavere verdien fra den høyere. Hvis den andre toppen for eksempel resulterer i en verdi på 502,68, vil verdien for J være 2,02 Hz. Toppene innenfor en triplett eller firedel har alle samme avstand, så du trenger bare å beregne denne verdien en gang.

I mer komplekse multipletter, for eksempel en duplikat av duplikater, må du beregne en liten koblingskonstant i hvert par av toppene og en større mellom toppene. Det er et par måter å komme til den større konstanten, men den enkleste er å trekke den tredje toppen fra den første, og den fjerde toppen fra den andre. Spektrografen har vanligvis en feilmargin som er omtrent pluss minus 0,1 Hz, så ikke bekymre deg hvis tallene varierer litt. Gjennomsnitt de to for å komme til den større konstanten for dette spesifikke eksemplet.

I en dupleks av trillinger gjelder samme resonnement. Den mindre konstanten mellom de tre toppene er identisk, innenfor spektrografens feilmargin, slik at du kan beregne J ved å velge en hvilken som helst topp i første triplett og trekke verdien for den tilsvarende toppen i den andre triplett. Med andre ord kan du trekke verdien av topp 4 fra verdien av topp 1, eller verdien av topp 5 fra verdien av topp 2, for å komme til den større konstanten. Gjenta etter behov for større multipletter, til du har beregnet J for hvert sett med topper.