Chemiestudent.de - Chemie Forum

Hallo euch allen,

da ihr kein spez. Forum für analytische Chemie habt, poste ich einfach mal hier in den anorganischen Teil.

Ich befasse mich gerade mit der NMR-Spektroskopie, und habe doch stark an den ganzen physikalischen Grundlagen zu kauen. Wo ich mich aber schon äusserst lange mit beschäftige ist die Spin-Spin-Kopplung.

Ich habe nun mehrere Werke (Schwedt, Cammann...) etc. nachgeschlagen, aber ich verstehe das Prinzip einfach nicht. Vielleicht könnte einer von euch das auf verständliche weise erläutern?

So wie ich es verstanden habe handelt es sich dabei um Wechselwirkungen zwischen Bindungselektronen und dem unter dem Einfluss des Magnetfeldes stehendem Atomkern mit Kernspin. Dabei richten die Bindungselektronen ihren Spinn antiparallel (?) zum Spin des Kerns aus.

> In einer Bindung sind ja immer 2 mit im Spiel - wieso ordnen sich die Bindungselektronen nur in Abhängigkeit eines Kerns an? Als Bsp. brachte der Schwedt Fluormethan; die Kopplung führt zu einer Aufspaltung des Signals des F in 4 Signale mit Intensitätsverhältnis 1:3:3:1 - begründen tut er dies durch die H-Atome der -CH3-Gruppe. Wieso? Die stehen doch gar nicht mit F in Wechselwirkung... Und wieso wird das Signal von H in 2 Signale mit gleicher Intensität gespalten...?

> Wie wirkt sich die Spin-Kopplung ÜBERHAUPT auf die Resonanzenergie aus? Dass eine chemische Verschiebung zu Bereichen höherer Frequenzen stattfindet kann ich aus den Abbildung entnehmen, leider aber nicht nachvollziehen. Was haben die Spins überhaupt grossartig mit dem Magnetfeld dann noch zu tun?

Ich bedanke mich schonmal im vorraus an die Person, die sich hoffentlich die Mühe machen wird. (:

Werde nicht in einmal eine vollstaendige Erklaerung abgeben koennen, aber ich mache mal einen Anfang, hoffentlich ergaenzt jemand anderes oder du fragst nochmals nach:

Mein Ansatz geht so:

a) Spin-Spin Kopplungen haben, im Mittelwert, KEINEN Einfluss auf die chemische Verschiebung. D.h. sie agieren stets symmetrisch. Einen Teil der Intensitaet wird ein paar Hz hoerer, ein gleich grosser Teil ein paar Hz tiefer verschoben.

b) In etwa ist es ja so:
- NMR funktioniert nur mit Kernen, die einen Spin> 0 haben, weil die anderen Kerne nicht auf ein Magnetfeld ansprechen.
- Hat es kein Magnetfeld, ist die Ausrichtung der Spins egal, d.h. +1/2 und -1/2 (oder und ) entartet, sie haben die gleiche Energie.
- Legt man ein Magnetfeld an, so werden die beiden Energielevels aufgesplitttet, d.h. du hast nun zwei Energienivieaus (im Falle von Kernen mit I=0.5).
- Im NMR beobachtest du die Frequenz, die dem Energieunterschied zwischen den beiden Levels entspricht.

Soweit so gut, wir haben aber nur einen Kern betrachtet.
Hat es einen zweiten Kern in der Naehe, so reagiert ja dieser Kern auch auf die Anwesenheit des Magnetfelds, richtet sich also auch aus und erzeugt somit ebenfalls ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld beieinflusst nun aber auch das Magnetfeld am Orte des ersten Kerns und spaltet hiermit die beiden Energieniveaus nochmals auf, da das externe Magnetfeld entweder "parallel" oder "anti-parallel" zum Feld stehen kann, das durch den zweiten Kern erzeugt wird. - Entsprechend wird das Multiplett eben symmetrisch, wie oben schon erwaehnt.

Dass das ganzen gleich funktioniert in die umgekehrte Richtung, duerfte klar sein.

c) Was hat das nun mit den Bindungselektronen zu tun? - Nun, erstens muessen die beiden Kerne relativ nahe sein und dafuer sind kovalente Bindungen ein relativ gutes Mass (fuer 1,2,3 J's). Zeitens, sind sie in der Tat auch aktiv involviert: Sie "uebermitteln" das Magnetfeld des einen Kerns recht effizient zum anderen Kern, in dem sie sich entgegengesetzt (Elektronenpaare sind grundsaetzlich diamagnetisch) ausrichten, bzw. sich polarisieren (bin gerade nicht sicher, welcher der beiden Effekte der wichtigere ist).


Gruesse
alpha