5.5. Классификация спиновых систем

5.5.1. Гомоядерные и гетероядерные системы

Спиновая система, в которой все ядра характеризуются одним и тем же гиромагнитным отношением , называется гомоядерной, в противном случае - гетероядерной. Два ядра любой спиновой системы, дающие сигналы с разными значениями химических сдвигов, называют химически неэквивалентными; при одинаковых химических сдвигах ядра называют химически эквивалентными. Система является гомоядерной спиновой системой, если она образована только протонами, или гетероядерной, если она образована не только протонами.

Например, для ароматического соединения - 2,4-динитрохлорбензола в ЯМР-спектре (рис. 5.10) наблюдаем сигналы от трех неэквивалентных протонов, и система в этом случае является гомоядерной. Для другого ароматического соединения - 2,4-динитрофторбензола система сигналов в ЯМР-спектре представляет собой гетероядерную систему, т.к. в рассматриваемом случае наблюдается магнитный резонанс не только от протонов бензольного ядра, но и от взаимодействия со фтором, который также является магнитным. ЯМР-спектр значительно усложняется, т.к. присутствует уже четыре неэквивалентные группы, спин - спиновое взаимодействие между которыми и увеличивает число сигналов в спектре. Для гетероядерных спиновых систем, но даже и в случае гомоядерной спиновой системы химически неэквивалентные ядра или группы таких ядер принято обозначать различными буквами латинского алфавита: A, B, C, X, Y, Z.

5.5.1.1. Отличие системы ав от ах

Теоретическая трактовка спин-спинового взаимодействия между двумя неэквивалентными ядрами со спином ½ значительно проще в случае, если величина спин - спинового взаимодействия J много меньше произведения химического сдвига на напряженность однородного магнитного поля _АВН₀, чем в случае, когда величина J сравнима или больше _АВН₀. Будем называть первый случай системой АХ, а второй - системой АВ. Такой вид классификации применяется достаточно широко. Так, для системы А₂В₃Х. обозначение А₂В₃Х указывает на то, что группа из двух эквивалентных ядер А₂ и группа из трех эквивалентных ядер В₃ имеют константу взаимодействия J_АВ, а ядра групп А₂ и В₃ взаимодействуют с ядром X, причем значения химических сдвигов _АХН₀ и _ВХН₀ значительно превышают значения J_АХ и J_ВХ.

Примером такой системы может служить протонный спектр СН₃СН₂F при низких значениях напряженности H₀. К системе АВ₂Х относится, например, формальдегид СН₂О; к системе АВ₃Х относится, например, фтористый метил СН₃F.

5.5.1.2. Общая характеристика систем ав, ах, авс и др.

В случае, если разность химического сдвига δ сравнима с величиной расщепления сигналов взаимодействующих ядер, то ядра обозначают начальными буквами алфавита: AB, AB₂ , ABC и т.д. В случае, если разность химического сдвига δ много больше величины расщепления сигналов взаимодействующих ядер, то ядра обозначают буквами начальной части алфавита и конечной: AX, AX₂ , XAY и т.д.

Предположим, что система состоит из двух неэквивалентных магнитных ядер А и В, взаимодействующих между собой. Для них известны химические сдвиги _А и _В и резонансные частоты _А и _В. Взаимодействие между ядрами приводит к расщеплению сигналов ЯМР, при этом рассматриваемая система может относиться к типу АВ или к типу АХ.