I principi dell’NMR 13C sono identici a quelli dell’NMR protonico, quindi esaminiamo solo le differenze.
La sensibilità è molto minore rispetto a NMR protonico a causa di:
Chemical shift
Costanti di accoppiamento
quindi:
In uno spettro 13C NMR i segnali sono tutti singoletti (a meno di accoppiamenti con 19F, 31P, ecc, ecc,)
Gli esperimenti 13C vengono normalmente effettuati in presenza di disaccoppiamento protonico.
Questo è come un disaccoppiamento di spin, ma deve funzionare su tutti i protoni e non solo su quelli che risuonano a una certa frequenza. Per questo viene detto disaccoppiamento a larga banda (broad band decoupling – BB).
Si effettua con un irradiazione ad alta potenza, e di intensità variabile nel tempo. Una irradiazione del genere influenza tutti i i protoni, poiché è come se fosse realizzata attraverso una serie continua di impulsi di radiofrequenza; in alcuni casi si fa proprio così.
Nell’esperimento disaccoppiato la sensibilità aumenta perché:
La presenza di NOE però significa che l’intensità dei segnali non è più proporzionale al numero di 13C (non si può usare l’integrazione). Un’altra causa sono i lunghi tempi di rilassamento di alcuni carboni (particolarmente quelli non protonati).
L’intervallo più ampio di chemical shift e il fatto che i segnali sono tutti singoletti fa sì che:
Il disaccoppiamento a larga banda è molto utile, ma elimina una importante informazione: il numero dei protoni legati ad ogni carbonio.
In sua assenza, infatti, e considerando solo le costanti grandi 1JCH, i CH3 sarebbero quartetti, i CH2 sarebbero tripletti, i CH sarebbero doppietti, ed i C non protonati singoletti.
Esiste un esperimento multiimpulso, detto DEPT, che permette di recuperare queste informazioni.
In questi esperimenti i nuclei 13C sono eccitati da una serie di impulsi sia a frequenza 13C che 1H, ed il risultato è che i CH3, i CH2, i CH ed i C non protonati sono eccitati in maniera diversa l’uno dall’altro.
In particolare esistono due versioni di questo esperimento, che differiscono per la durata di uno degli impulsi e sono dette:
nello spettro appaiono esclusivamente i CH
Nello spettro appaiono i CH3, ed i CH normalmente, mentre i CH2 compaiono dalla parte opposta dello spettro (come se fossero segnali negativi; si dice che hanno fase opposta).
Dalla combinazione dei dati forniti da spettro 13C disaccoppiato, DEPT90 e DEPT135 è possibile determinare con sicurezza se un carbonio è un CH3, un CH2, un CH o un C non protonato.
Inoltre l’esperimento DEPT è addirittura più sensibile del normale spettro 13C disaccoppiato.
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