H, H-Kopplungskonstanten - Institut für Organische Chemie

Spektroskopie in der Organischen Chemie
1
H,1H-Kopplungskonstanten
Skalare Kopplung
Das im Skript NMR-03
gezeigte 1H-NMR-Spektrum von Diethylether
(links) demonstriert, dass
das Spektrum außer der
1
H-chemischen Verschiebung und der Integration
noch einen weiteren
Messparameter enthält,
nämlich die Multiplizität
der Signale.
Diese Signalaufspaltungen sind auf skalare Kopplungen benachbarter Kerne zurückzuführen. Es handelt sich um einen Informationsaustausch zwischen Kopplungspartnern über die
dazwischen liegenden Bindungselektronen (skalar).
1
H-NMR-Spektroskopie
1
Spektroskopie in der Organischen Chemie
Ein Kern A kann über diesen Mechanismus den Spinzustand seines Nachbarn X
erkennen und reagiert darauf mit seiner Linienposition.
J
Für jeden der beiden, praktisch gleich populierten Spin- (Energie-)zustände zeigt
A ein einzelnes Signal; es resultiert ein Dublett, dessen Abstand Kopplungskonstante J (in Hz), eine stoffspezifische Konstante, genannt wird. Eine gleich große
Kopplungsaufspaltung tritt auch am Signal des Kerns X auf.
1
H-NMR-Spektroskopie
2
Spektroskopie in der Organischen Chemie
Allgemein gilt: Die Multiplizität m eines Signals (Dublett, Triplett, Quartett usw.)
ergibt sich aus der Zahl der Kopplungspartner:
Bei n gleichartigen Kopplungspartnern gilt:
m = 2nI+1
I = Spinquantenzahl; hier I = ½ , also m = n + 1
Die Multiplizität sowie die relative Intensitätsverteilung innerhalb der Multipletts
lassen sich durch das PASCALsche Dreieck darstellen:
n=0
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
n=6
1
1
1
1
1
1
1
2
3
4
5
6
1
3
6
10
15
1
1
4
10
20
1
5
15
1
6
1
Singulett
Dublett
Triplett
Quartett
Quintett
Sextett
Heptett
Jede Zahl ist immer die Summe der beiden links und rechts darüber stehenden
Zahlen; keine Zahl (außerhalb des Dreiecks) bedeutet 0.
1
H-NMR-Spektroskopie
3
Spektroskopie in der Organischen Chemie
Man kann also aus der Multiplizität eines 1H-Signals der Zahl der jeweiligen
Nachbarkerne errechnen und auf diese Weise ein Netzwerk von 1H,1H-Konnektivitäten im Molekül ermitteln.
Im Falle des Diethylethers findet man für das
linke Signal (OCH2) Multiplizität: Quartett (q), 3 Kopplungspartner, und für das
rechte Signal (CH3) Multiplizität: Triplett (t) Æ 2 Kopplungspartner
Bei nicht gleichartigen Kopplungspartnern:
Hier kann es passieren, dass ein Kern A zwei oder mehr Kopplungspartner M, X
usw. mit unterschiedlichen Kopplungskonstanten J(A,M), J(A,X) usw. hat. Man
interpretiert die Signalaufspaltungen dann nacheinander für jeden Partner, z.B.:
A
J(AX)
J(AM)
1
H-NMR-Spektroskopie
4
Spektroskopie in der Organischen Chemie
Ein weiteres Beispiel: 1,1-Dichlorethan, Cl2CH-CH3
J
1
H-NMR-Spektroskopie
5