Химики-органики используют метод, называемый спектроскопией ядерного магнитного резонанса, или сокращенно ЯМР, для анализа органических молекул на основе водорода и углерода. Результаты теста на обманчиво простом графике показывают пик для каждого атома в молекуле. Определение отношения между ними - константы связи J - позволяет исследователям определить состав образца.
График ЯМР
График ЯМР измеряет местоположение каждого иона по тому, как он резонирует в магнитном поле спектроскопа. Резонанс отображается в виде серии пиков. Каждый пик на графике соответствует элементу в молекуле, поэтому молекула, содержащая один атом углерода и три атома водорода, показывает четыре пика. Каждую группу пиков обычно называют мультиплетом, но они также имеют определенные имена, определяемые количеством пиков. Те, у которых есть два пика, называются дуплетами, с тремя пиками - тройками и так далее. Некоторые из них сложнее: четыре пика могут быть либо четверкой, либо дуплетом дуплетов. Разница в том, что все пики в квадруплете имеют одинаковый интервал, в то время как дуплет дуплетов будет показывать две пары пиков с разным интервалом между вторым и третьим пиками. То же самое верно и для квадруплетов и других мультиплетов: пики внутри данного мультиплета имеют одинаковый относительный интервал. Если интервалы между ними различаются, значит, у вас есть группа меньших мультиплетов, а не один большой.
Преобразование пиков в герцы
Пики измеряются в миллионных долях, что в данном контексте означает миллионные доли рабочего времени спектрографа. частоты, но константы J выражаются в герцах, поэтому вам нужно преобразовать пики, прежде чем определять значение Дж. Для этого умножьте ppm на частоту спектрографа в герцах, а затем разделите на миллион. Например, если ваше значение было 1,262 ppm, а ваш спектрограф работал на частоте 400 МГц или 400 миллионов герц, это дает значение 504,84 для первого пика.
Прибытие в J в дуплете
Повторите это вычисление для каждого пика в мультиплете и запишите соответствующие значения. Есть онлайн-калькуляторы, чтобы ускорить этот процесс, или вы можете использовать электронную таблицу или физический калькулятор, если хотите. Чтобы рассчитать J для дуплета, просто вычтите меньшее значение из большего. Если второй пик дает значение, например, 502,68, значение J будет 2,02 Гц. Вершины внутри триплета или четверки все имеют одинаковый интервал, поэтому вам нужно только рассчитать это значение однажды.
J в более сложных мультиплетах
В более сложных мультиплетах, таких как дуплет дуплетов, необходимо вычислить небольшую константу связи внутри каждой пары пиков и большую константу между парами пиков. Есть несколько способов получить большую константу, но самый простой - вычесть третий пик из первого и четвертый пик из второго. Спектрограф обычно имеет погрешность примерно плюс-минус 0,1 Гц, поэтому не беспокойтесь, если числа немного отличаются. Усредните эти два значения, чтобы получить большую константу для этого конкретного примера.
В дуплексе из троек применимы те же рассуждения. Меньшая константа среди трех пиков идентична в пределах погрешности спектрографа, поэтому вы можете вычислить J, выбрав любой пик в первом триплете и вычтя значение соответствующего пика во втором триплет. Другими словами, вы можете вычесть значение пика 4 из значения пика 1 или значение пика 5 из значения пика 2, чтобы получить большую константу. При необходимости повторите для больших мультиплетов, пока не вычислите J для каждого набора пиков.