16.3 : الرنين المغناطيسي النووي للبروتونات المتقلبة: التدقيق الزمني

تظهر البروتونات المرتبطة بذرات غير متجانسة مثل النيتروجين والأكسجين مجموعة متنوعة من قيم التحول الكيميائي. ويرجع هذا إلى الدرجة المتفاوتة من الرابطة الهيدروجينية بين البروتون والذرة غير المتجانسة في الجزيئات الأخرى. ويؤثر مدى الرابطة الهيدروجينية على الكثافة الإلكترونية حول البروتون، وبالتالي إعطاء قيم تحول كيميائي مختلفة للبروتونات في طيف الرنين المغناطيسي النووي للبروتون.

يظهر بروتون -OH في الكحولات عادةً في نطاق δ 2 إلى 5 جزء في المليون ولكنه يمكن أن يختلف اعتمادًا على نوعية الكحول المحدد وظروف التجربة. يخضع بروتون -OH هذا لتبادل بروتوني سريع مع جزيئات أخرى ويشار إليه باسم بروتون متقلب. لذا، فإن القيمة الدقيقة لـ δ لبروتون -OH والاقتران الدوراني بين بروتون -OH والبروتونات الأخرى في الكحول تعتمد على معدل تبادل بروتون -OH. ويعتمد معدل تبادل البروتون بدوره على عوامل متعددة، بما في ذلك نقاء عينة الكحول ودرجة الحرارة والمذيب.

الشكل 1. تشكيل ثلاثي لبروتون -OH في طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون في الإيثانول النقي

على سبيل المثال، يكون تبادل بروتون -OH في عينة إيثانول نقي و جاف بطيئًا جدًا على مقياس زمن الرنين النووي المغناطيسي، مما يمنح وقتًا كافيًا للاقتران الدوراني. وبالتالي، وكما هو موضح في الشكل 1، يُظهر طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون في الإيثانول النقي الجاف اقتران ثلاثي لبروتون -OH بسبب الاقتران الدوراني مع بروتونات الميثيلين المجاورة. تُرى بروتونات الميثيلين على انها تشكيلات متعددة بسبب الاقتران مع بروتون -OH وبروتونات الميثيل.

يؤدي وجود كميات ضئيلة من الحمض أو القاعدة إلى زيادة معدل تبادل البروتونات. يصبح تبادل البروتونات سريعًا، ولا يسجل مطياف الرنين النووي المغناطيسي سوى قيم متوسطة ل​​جميع البيئات المحتملة لبروتون -OH.

الشكل 2. تشكيل مفرد ممتد لبروتون -OH في طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون في الإيثانول النقي

نتيجة لذلك، وكما هو مسجل في الشكل 2، فإن بروتون -OH يظهرتشكيلا مفردًا ممتدا. تظهر بروتونات مجموعة الميثيلين المجاورة كتشكيلات رباعية حيث يحدث الانقسام فقط بسبب مجموعة الميثيل المجاورة.