Spin-Spin-Kopplungen
Aufspaltungsregeln
Die Multiplizität eines Signals, d.h. die Anzahl der Linien des Multipletts, errechnet sich so:
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:
- In Nachbarschaft der CH2-Gruppe befindet sich die CH-Gruppe, also ein Proton. Nach , 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 , wird das 1H-Signal der CH-Gruppe in ein Triplett aufgespalten.
Für den Fall, dass der betrachtete Kern mit zwei unterschiedlichen Nachbarn koppelt, errechnet sich die Multiplizität des Signals durch:
Für Spin-1/2-Kerne vereinfacht sich die Gleichung zu:
Erläuterung am Beispiel von Ethanol CH3CH2OH
- Die Protonen der CH2-Gruppe koppeln mit den Protonen der CH3- und OH-Gruppe. Nach , 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: , das Signal ist ein TriplettOH-Gruppe: , das Signal ist ein Triplett
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.
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):