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noyau carbone 13C la fréquence sera de 100Mz En effet chaque noyau ayant un rapport gyromagnétique qui lui est propre (table 1) différentes fréquences
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Premier spectre RMN du 13C (Lauterbur) 1965 Premier spectre 13C découplé du 1H 1966 Premier spectre par Transformée de Fourier (Ernst)
Méthodologie générale [Spectroscopie 13CRMN]
totalement découplé (suppression des couplages proton / carbone 13) Ce type de spectre est non transposable en RMN du proton (sauf dans le cas des
I. Introduction
I.1. Intérêt
- Détermination de structures : produits naturels, synthèse organique - Etude de macromolécules : protéines, polysaccharides,... - Etude de processus dynamiques : cinétiques, équilibres - Médecine : drug design, IRMI.2. Un peu de théorie
Le noyau doit posséder un moment magnétique : µ = γ I G I (nombre de spin) ≠ 0Z : n° atomique
(nbre de protons)A : nbre de masse
(protons + neutrons)A et Z pairs G I = 0 :
12 C, 16 OA pair, Z impair G I = n :
14 N, 2H (I = 1)
A impair G I = n/2 :
1 H, 13 C, 15 N, 31P (I = 1/2)
X Z Aγ = cte gyromagnétique)
Les états de spin du noyau sont quantifiés, m (nombre quantique magnétique) peut prendre les valeurs m = + I, I - 1, ... - I + 1, - I, soit pour I = 1/2 : m = + 1/2, m = - 1/2 En lʼabsence de champ magnétique, les moments magnétiques des noyaux sont orientés de manière aléatoireLorsquʼon applique un champ magnétique B
0 , les moments sʼalignent avec B 0 // ou anti // G 2 niveaux énergétiques α et β (levée de dégénérescence) B 0 B o = 0 B o > 0ΔE = h ν
E = - µ B = - γ m h/2π B
0 G E = - 1/2 γ h/2π B 0 E = + 1/2 γ h/2π B 0ΔE = h ν = γ h/2π B
0 Différence de population sur les niveaux α et β donnée par la distribution de Boltzmann : N / N = eΔE / kT
B 0 = 9,5 T (400 MHz pour 1H) : ΔE = 2,68.10
-25 J et N / N = 1,000065ν = γ/2π B
0 fréquence de résonance : lʼirradiation à cette ν permet de modifier les populations (N = N ) puis retour à la distribution normale : G seule une très faible quantité de spins est responsable du signal RMN 13C = 6,728.10
7 s -1 T -1 1H = 26,752.10
7 s -1 T -1 B 0 = 9,5 T G 400 MHz pour 1H, 100 MHz pour
13 C constante gyromagnétique caractéristique dʼun noyau donné :ΔE, donc N
/ N , donc sensibilité H lq B 0H et lq γ H
Tous les noyaux
1 H devraient résonner à la même fréquence ν = γ/2π B 0 Mais les électrons autour des noyaux vont générer un faible champ opposé à B 0 (blindage) et les noyaux vont en réalité être soumis à un champ B eff = B 0 (1 - σ) et résonneront à ν = γ/2π B eff : constante dʼécran G Seuls les noyaux ayant un même environnement (équivalents) résonneront à la même fréquenceII. Le déplacement chimique
déplacement chimique est exprimé en parties par million (ppm)δ = 10
6 réf. 0 fréquence "théorique" dʼaprès B 0 fréquence de résonance du noyau réf. : fréquence dʼun noyau de référenceII.1. Référence = TMS
TMS : tétraméthylsilane
Si CH 3 CH 3 CH 3 H 3 CLes 12 noyaux
1H sont équivalents : δ = 0 ppm
La grande majorité des noyaux
1 H des molécules organiques sont moins blindés que les noyaux du TMS G δ > 0 (0 < δ < 10 ppm) TMS 010 ppm
champ faible déblindage champ fort blindageLa fréquence de résonance varie avec B
0 (selon le spectromètre) mais pas δEx :TMSCHCl
307,28 ppm
= 437 Hz à 60 MHz2184 Hz à 300 MHz
= x 10 6 = 7,28 ppm60 000 437 - 60 000 000
60 000 000
300 002 184 - 300 000 000
300 000 000
= x 10 6 = 7,28 ppm II.2. Principaux facteurs influençant le déplacement chimique - électronégativité des atomes voisins H (effet -I) : H de la densitéélectronique G déblindage
- effets dʼanisotropie (champs magnétiques générés par liaisons π)III. Le couplage spin-spin
Soient deux noyaux A et B de
spins ≠ 0 voisins :Lʼorientation des spins de A dans B
0 peut influencer le champ magnétique local autour de B par lʼintermédiaire desélectrons des liaisons, et vice-versa
G A et B sont couplés avec une
constante de couplage J (en Hz) Ex : C H A Cl Cl C Br H B Br A B J JIII.1. Multiplicité du signal
Si couplage avec plusieurs noyaux n, la
multiplicité du signal sera : (2nI + 1) raiesSoit n + 1 raies pour les noyaux
1 HEx: CH
3 CH 2 Br A B J J JJ JIntensité relative des raies :
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