Risonanza magnetica nucleare (NMR) è uno degli strumenti più potenti disponibili per moderni chimici organici. Con dati NMR, determinazione della struttura di piccole molecole diventa un relativamente veloce (se non totalmente indolore) processo. Uno dei concetti che è necessario interpretare i dati NMR è lo spostamento chimico, che ti dà alcune importanti informazioni sugli atomi di idrogeno o carbonio in una molecola.
Spin
I nuclei degli atomi hanno una proprietà chiamata spin. Il valore di spin di un nucleo dipende dal numero di protoni e neutroni che contiene. Alcuni nuclei hanno uno spin nucleare pari a 0, gli altri di 1/2, altri ancora di 1 e così via. Se un nucleo ha un valore di rotazione diverso da zero, si chiama NMR-attivo, e si comporta un po' come un minuscolo magnete, creando un proprio campo magnetico. E proprio come un magnete, è necessario quando un campo magnetico esterno viene applicato, esso può allinearsi con il campo o contro di esso.
Assorbimento
Se un nucleo è orientato così suo campo magnetico va contro il campo magnetico esterno, sarà più alto in energia. Di conseguenza, in un dato momento, la maggior parte dei nuclei NMR-attivo in un campione sarà allineata con il campo magnetico esterno perché si tratta di uno stato di energia più basso. È possibile modificare questo, tuttavia, bombardando il campione con le onde radio a frequenze diverse. Se le onde radio hanno un'energia esattamente pari alla differenza tra i due orientamenti possibili per un nucleo di NMR-attivo, esso sarà assorbito; in caso contrario, passa proprio attraverso.
Elettroni
Il campo magnetico esterno non riguarda soltanto i nuclei atomici, ma provoca anche gli elettroni intorno al nucleo per spostare. Questa corrente crea un campo magnetico che si oppone al campo esterno, così che "protegge" il nucleo dal campo esterno, e il campo che il nucleo si sente effettivamente è ridotto. Maggiore sarà la densità dell'elettrone intorno a un nucleo, più "schermato" esso. Un spettroscopio NMR blasti il campione con le onde radio a frequenze diverse per vedere quali frequenze sono assorbite. Le frequenze più alte hanno più energia, quindi maggiore è la frequenza che viene assorbita, meno schermato i nuclei che assorbito.
Grafico
Dati NMR sono solitamente stampati su un grafico che assomiglia ad una serie di linee verticali o "picchi". Lo spostamento chimico è la posizione orizzontale di ciascuna di queste vette. Gli spostamenti chimici sono misurati rispetto a uno standard chiamato tetrametilsilano; Questa farmacia di modo può compensare le differenze nelle macchine utilizzate da diversi laboratori. Più grande chimico sposta significa che i nuclei sono "deshielded," mentre più piccolo chimico sposta significa che i nuclei sono altamente schermati. Un chimico può prendere queste informazioni e utilizzarlo per capire dove i diversi atomi sono collocati all'interno di una molecola.