Die J-Kopplung

Kerne, die zu anderen NMR-aktiven Atomen (I <> 0) benachbart sind, "spüren" durch Transport über die Bindungselektronen deren Kernspin-Einstellmöglichkeiten.

Das führt zu einer Signalaufspaltung, deren Multiplizität durch Anzahl N und Kernspin I der Nachbaratome bestimmt wird:

N Anzahl der Nachbaratome I Kernspinzahl

Für Protonen mit I = ½ vereinfacht sich die Beziehung zu:

N müssen magnetisch gleichwertige Nachbarn sein. Wird das betrachtete Atom von verschiedenen, nicht gleichwertigen Atomen oder Atomgruppen umgeben, so gilt - wiederum allgemein - folgende Produktfunktion:

N, M... Anzahl der jeweils magnetisch gleichwertigen Atome/Atomgruppen IK, IL... Kernspinquantenzahlen der jeweiligen Atome/Atomgruppen

Diese Art von Kopplung, die über die chemische Bindung transportiert wird, bezeichnet man als Spin-Spin-Kopplung, skalare Kopplung oder J-Kopplung. Der Wert der Kopplungskonstanten J wird in Hertz angegeben, die allgemeine Nomenklatur lautet:

nJAX (z.B. 3JHH) mit n .... Anzahl der Bindungen zwischen den Isotopen bzw. Kopplungspartnern A und X

Es gilt:

• J wird mit der Anzahl der Bindungen, die die Kopplungspartner trennt, kleiner.
• J wird durch elektronische Einflüsse funktioneller Gruppen (I-, M-Effekte) und durch den Bindungstyp (σ, π) beeinflusst.
• J wird durch den Diederwinkel/Bindungswinkel der Kopplungspartner zueinander beeinflusst. (Karplus Beziehung). Sehen Sie dazu auch ein interaktives Beispiel .
• J wird nicht durch H₀ beeinflusst (Kopplungskonstante!).
• miteinander in Kopplung stehende Kerne können über die gleich große Kopplungskonstante, die die gegenseitige Signalaufspaltung verursacht, leicht identifiziert werden.
• aus der Multiplizität der Signale kann auf die Anzahl der benachbarten Kopplungspartner geschlossen werden (wie aus den Gleichungen oben ersichtlich ist).

Kopplungen zwischen gleichen Kernspins werden als homonukleare Kopplungen, solche zwischen verschiedenen NMR-aktiven Isotopen als heteronukleare Kopplungen bezeichnet.

Bei Spektren erster Ordnung gehorchen die Intensitäten der Multiplettlinien dem Pascal’schen Zahlendreieck:

• Singulett (1),
• Dublett (1 : 1),
• Triplett (1 : 2 : 1),
• Quartett (1 : 3 : 3 : 1).