By: Greg Brust

On peut observer un grand nombre de noyaux par spectroscopie RMN: 1H (proton), 13C (carbone 13), 15N (azote 15), 19F (fluor 19), et beaucoup d'autres. 1H, et 13C sont ceux qui sont utilisé le plus souvent. Je décrirais le 1H car c'est celui qui est le plus représentatif de la spectroscopie infrarouge.

Tout les noyaux ont une charge positive et sont constament en rotation tels des toupies. Nous savons de la physique qu'une charge en mouvement crée un champs magnétique. En RMN, quand on frappe le noyau avec un rayonnement radio fréquence (rf), cela fait basculer son champ magnétique (ou cela fait résonner les noyaux d'ou le nom RMN). Dans le spectromètre il y a une bobine qui entoure l'échantillon. Nous savons aussi de la physique qu'un aimant se déplaçant dans une bobine crée un courant dans cette bobine. Donc quand le champ magnétique du noyau s'incline, cela induit un courant dans la bobine que l'on pourra détecter. L'animation suivante vous montre ce processus.

Le signal recueilli ressemble à ceci. . .

La figure représente le signal de précession libre ou FID. Il a cette allure car quand les noyaux sont frappés, les spins sont regroupés et ensuite ils décroissent et se séparent. Ceci est visible dans le FID. Après transformée de fourrier il devient ceci...

Avant que vous puissiez déterminer quel pic correspond à quel noyau, vous devez calibrer l'échelle pour les déplacements chimique du spectre. Déplacement chimique est un terme scientifique pour donner la position d'un pic sur un spectre. Pour faire cette calibration il faut utiliser un standard. Ce standard est souvent du tétraméthylsilane, ou TMS. Vous pouvez voir sa structure sur la droite. Le TMS est utilisé parce que c'est la molécule la plus protégée et tous ses protons sont équivalents. Par conséquent, elle devrait présenter un seul pic qui peut être employé pour placer le 0 sur le spectre. C'est le pic que vous voyez au-dessus du 0.

La première chose que vous pourriez noter quand vous observez le spectre c'est qu'il n'y a pas simplement quelques pics sur le spectre, mais plutôt quelques pics simples, quelques pics doubles crêtes, et encore des plus grands groupes de pics. C'est groupes de pics sont dus chacun à un type de noyau, et pas à plusieurs comme on pourrait le croire. La raison de ces groupes de pics à la place de pics simple est que les hydrogènes d'un carbone sont couplés, ou influencé par les chanps magnétiques des hydrogènes du noyau adjacent. Ce couplage découpe le signal en de mutiples pics que l'on peut voir sur le spectre. Ce découpage vient de ce que l'on appele la "règle du N plus un", qui dit que le nombre de pics que l'on voit pour chaque hydrogène est égal au nombre d'hydrogènes sur le noyau adjacent (N) plus un. Par exemple, le spectre ci-dessus est celui de l'alcool éthylique, dont la structure est H3C-CH2-OH. Le pic entre 1 et 2 correspond aux hydrogènes du groupe CH3. Il est découpé en trois par les hydrogènes du groupe CH2 (2+1=3). Le pic entre 3 et 4 correspond aux hydrogènes du groupe CH2. Il est découpé en quatre par les hydrogènes du groupe CH3 (3+1=3).

This splitting follows what is know as the "N plus one rule," which states that the number of peaks seen for each type of hydrogen is equal to the number of hydrogens on adjacent nuclei (N) plus one. For example, the spectrum above is of ethyl alcohol, the structure of which is H3C-CH2-OH. The peak between 1 and 2 corresponds to the hydrogens on the CH3 group. It is split into three peaks by the hydrogens on the CH2 group (2+1=3). The peak between 3 and 4 is the peak for the hydrogens on the CH2 group. It is split into four peaks by the hydrogens on the CH3 group (3+1=4).

Ci-dessous vous trouverez une table de quelques décalages chimiques (donnés en ppm) possible en NMR 1H et les protons associés avec ces décalages, qui sont en rouge.

 
proton décalages chimiques (ppm)
ethane (H3C-CH3) 1.25
propane (H3C-CH2-CH3) 1.17
cyclopropane (C3H6) 0.22
cyclopentane (C5H10) 1.40
cyclohexane (C6H12) 1.35
toluene (H3C-C6H5) 2.87
styrene (H2C=CH-C6H5) 5.09
styrene (H2C=CH-C6H5) 6.68
Aromatics ortho meta para
benzene (C6H6) 7.54 7.54 7.54
toluene (H3C-C6H5) 7.16 7.16 7.16
styrene (H2C=CH-C6H5) 7.24 7.24 7.24
bromobenzene (Br-C6H5) 7.49 7.14 7.24
phenol (HO-C6H5) 6.77 7.13 6.87


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