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Tutorial MenueKernresonanzspektroskopie (NMR)Lerneinheit 4 von 13

Spin-Spin-Kopplungen

Aufspaltungsregeln

Die Multiplizität eines Signals, d.h. die Anzahl der Linien des Multipletts, errechnet sich so:

M = 2nI + 1 I ... Kernspinquantenzahl n ...Anzahl der äquivalenten Nachbaratome

Für Kerne mit einer Kernspinquantenzahl I = 1/2, die in der Routineanwendung der NMR-Spektroskopie (z.B. für die Strukturaufklärung organischer Stoffe) die größte Rolle spielen (z.B. 1H, 13C), vereinfacht sich die Gleichung zu:

M = n + 1

Erläuterung am Beispiel des Tribromethans

Abb.1
  • In Nachbarschaft der CH2-Gruppe befindet sich die CH-Gruppe, also ein Proton. Nach M = n + 1 = 1 + 1 = 2 , wird das 1H-Signal der CH2-Gruppe in ein Dublett aufgespalten.
  • In Nachbarschaft der CH-Gruppe befindet sich die CH2-Gruppe, also zwei Protonen. Nach M = n + 1 = 2 + 1 = 3 , wird das 1H-Signal der CH-Gruppe in ein Triplett aufgespalten.
Abb.2

Für den Fall, dass der betrachtete Kern mit zwei unterschiedlichen Nachbarn koppelt, errechnet sich die Multiplizität des Signals durch:

M = Π i ( 2 I i n i + 1 )

Für Spin-1/2-Kerne vereinfacht sich die Gleichung zu:

M =( n + 1) ( m + 1) n, m ...Anzahl der äquivalenten Nachbaratome

Erläuterung am Beispiel von Ethanol CH3CH2OH

  • Die Protonen der CH2-Gruppe koppeln mit den Protonen der CH3- und OH-Gruppe. Nach M =( 3 + 1) ( 1 + 1) = 8 , ist das Signal der CH2-Gruppe in 8 Linien aufgespalten. Bei geeigneten Aufnahmebedingungen sind diese im Spektrum zu sehen.
  • Die CH3- und OH-Gruppe besitzen jeweils nur einen Nachbarn.CH3-Gruppe: M =( 2 + 1) = 3 , das Signal ist ein TriplettOH-Gruppe: M =( 2 + 1) = 3 , das Signal ist ein Triplett
Abb.3

Weiterreichende Kopplungen, beispielsweise zwischen der OH- und der CH3-Gruppe sind bei aliphatischen Verbindungen meist so klein, dass sie im Spektrum nicht sichtbar sind.

Die Intensitäten der einzelnen Linien der Multipletts ergeben sich bei Spin-1/2-Kernen aus der Binomialverteilung und können dem Pascal'schen Dreieck entnommen werden.

Abb.4

Im folgenden sind typische Aufspaltungsbilder der H-NMR-Spektren dargestellt. Bei einiger Übung kann der Betrachter diese sofort mit einer Strukturgruppe verknüpfen, was zu einer Erleichterung der Spektrenauswertung führt.

Hinweis
Zu beachten ist, dass die chemische Verschiebung bei Multipletts stets in dessen Schwerpunkt abgelesen wird (Beispiel Tribromethan):
Abb.5
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