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Spin-Spin-Kopplungen

Kopplungskonstante

Aus den aufgespalteten Signalen eines Multipletts kann eine für die Auswertung von NMR-Spektren wichtige Größe entnommen werden: die Kopplungskonstante J.

Die Kopplungskonstante J ist der Abstand zweier benachbarter Linien des Multipletts. Sie wird in Hz angegeben, ist aber, da es sich um eine Molekülkonstante handelt, von der Stärke des B0-Feldes unabhängig.

Abb.1

Hinweis:

Bei NMR-Spektren ist auf der x-Achse in den meisten Fällen die chemische Verschiebung in ppm angegeben. Um die Kopplungskonstante J aus einem experimentellen Spektrum in Hz zu erhalten, gibt es zwei Möglichkeiten:

  1. Direkt an der Auswerteeinheit des NMR-Spektrometers kann man die Achsenbezeichnung ppm und Hz wählen, so dass eine einfache Umschaltung genügt, um J in Hz zu bestimmen.
  2. Wenn nur ein Spektrum auf dem Papier vorliegt, muss ppm in Hz umgerechnet werden:I. Bestimmung des Abstandes benachbarter Linien des Multipletts in ppm II. Umrechnung ppm in Hz: ausgehend von Δδ( in ppm) = Δν ν 0 ist Δν =J =Δδ· ν 0
Beispiel

Tribromethan: Linienabstand 0,07 ppm, ν0=90 MHz

Lösung:

Δν =J =Δδ· ν 0 =0,07 ppm · 90 MHz = 6,3 Hz

Die Kopplungskonstante im oben dargestellten H-NMR-Spektrum beträgt 6,3 Hz.

Die Kopplungskonstante J kann von << 1Hz bis zu mehreren Hundert Hz groß sein.

J kann positiv oder negativ sein. Aus den experimentellen Spektren kann normalerweise nur der Betrag entnommen werden, was jedoch für eine normale Spektrenauswertung ausreicht.

Koppeln zwei Gruppen - wie in der obigen Abbildung zu sehen - miteinander, so ist der Abstand der einzelnen benachbarten Linien innerhalb beider Multipletts immer gleich. J kann demzufolge aus allen Abständen benachbarter Linien (im Beispiel 3 Möglichkeiten) bestimmt werden.

Es kann zwischen Kopplungen über eine Bindung (z.B. C-H), zwei Bindungen (geminale Kopplung), drei Bindungen (vicinale Kopplung) und weiterreichenden Kopplungen (über vier und mehr Bindungen, auch Fernkopplungen genannt) unterschieden werden.

Diese Anzahl, die zwischen den koppelnden Kernen liegt, wird hochgestellt auf die linke Seite der Kopplungskonstante geschrieben:

Beispiel

z.B. geminale Kopplungskonstante 2J, vicinale Kopplungskonstante 3J

Die Kopplungen über ein, zwei und drei Bindungen werden in den nachfolgenden Abschnitten gesondert behandelt, wobei die letzteren beiden für die H-NMR-Spektroskopie von besonderer Bedeutung sind.

Weiterreichende Kopplungen über vier und mehr Bindungen spielen im allgemeinen eine untergeordnete Rolle für die Strukturaufklärung, da sie meist nur sehr klein (< 1Hz) und oft nicht mehr nachweisbar sind. Ausnahmen bilden z.B. die CH-Fernkopplungen in konjugierten π-Systemen oder die Allylkopplung zwischen Protonen ( H-C-C=C-H).

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