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Tutorial MenueKernresonanzspektroskopie (NMR)Lerneinheit 9 von 13

Auswertung von C-NMR-Spektren

Kern-Overhauser-Effekt

Durch den Kern-Overhauser-Effekt (Nuclear Overhauser Enhancement, NOE) verändern sich die Intensitäten der Signale. Dieser Effekt wirkt immer dann, wenn zusätzlich zur Resonanzfrequenz des gemessenen Kerns (z.B. 13C, 31P) eine zweite Resonanzfrequenz zur Entkopplung eingestrahlt wird (z.B. 1H). Der NOE spielt also nicht nur in der 13C-NMR-Spektroskopie eine Rolle, wird im folgenden aber an diesem Beispiel erklärt.

Was passiert nun genau?

Die Intensität eines NMR-Signals ist proportional dem Besetzungsunterschied zwischen den Kernspinniveaus, zwischen denen im NMR-Experiment die Übergänge stattfinden (siehe Kapitel "Grundlagen - Kerne im Magnetfeld, Resonanzbedingung").

Besetzung der Kernspinniveaus (Boltzmann-Verteilung):

Abb.1

Durch die Einstrahlung der Protonen-Resonanzfrequenz für die Entkopplung der 13C-NMR-Spektren werden die Übergänge der Protonen gesättigt (d.h. N1=N0 bei 1H).

Dabei verändert sich aber auch das Besetzungsverhältnis N1: N0 der 13C-Kerne zugunsten des energieärmeren Grundzustandes N0.

Somit können die Kerne mehr Energie aufnehmen, was letztendlich zu intensiveren Signalen führt.

Die Verstärkung der Signale durch den NOE ist abhängig von der Kernart und der Stärke des Magnetfeldes.

Bei 1H-entkoppelten 13C-Spektren kann die Intensitätszunahme der Signale bis zu 200% betragen (siehe Vertiefendes).

Der Kern-Overhauser-Effekt wirkt über den Raum zwischen stereochemisch sehr naheliegenden Kernen, spielt also bei direkt gebundenen Protonen eine große Rolle.

Demzufolge werden nur die Signale von 13C-Atomen, die an 1H-Atome gebunden sind, verstärkt.

Was muss nun bei der Auswertung von entkoppelten 13C-NMR-Spektren beachtet werden?

Es ist keine quantitative Auswertung der integralen Intensitäten wie beispielsweise bei 1H-NMR-Spektren möglich.

Die Intensitäten der Signale erlauben allerdings häufig Aussagen darüber, ob es sich um ein quartäres Kohlenstoffatom oder um C-Atome, die direkt gebundene Protonen besitzen, handelt. Die Signale sind intensiver, wenn H-Atome an den Kohlenstoff gebunden sind.

Beispiel Acetylsalicylsäure

Im Bild ist das 1H-entkoppelte 13C-NMR-Spektrum von Acetylsalicylsäure zu sehen. Die Signale 2,3,4,5,9 sind intensiver als Signale 1,6,7,8.

Abb.2

Vertiefung zum Kern-Overhauser-Effekt

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