NMR 스펙트럼 예시 (화학적 이동, nmr 피크 적분값, 스핀-스핀 갈라짐)

지난 포스팅에서는 NMR 원리에 대해서 간단하게 설명드렸었는데요~ 이번에는 실제로 NMR 스펙트럼을 어떻게 분석하고 해석하는지에 대해서 쉽게 알려드리려고 해요!

 

 

NMR 스펙트럼에서 확인할 수 있는 3가지

 

 

 

1. 화학적 이동 (chemical shift)

작용기 별 화학적 이동 값

 

 

전자밀도에 의해 얼마나 가려졌는지, 또는 덜 가려졌는지를 확인하기 위해 알기 위해선 상대적인 기준이 필요하고 이를 화학적 이동(chemical shift)이라고 표현합니다.

 

 

그 기준으로 사용되는 것이 TMS (tetramethylsilane) 라는 물질이고 그 이유에 대해 간단히 말씀드리면,

 

옛날엔 어떤 물질보다도 전자밀도에 의해 더 가려져 있는 물질이라고 생각했기 때문에 이 물질의 화학적 이동 값을 0으로 두었고, 아직까지도 TMS를 기준으로 하는 상대적인 화학적 이동 정도를 사용합니다. 그렇기 때문에 스펙트럼 상에서 TMS에서 멀어질수록, 즉 왼쪽으로 갈수록 전자밀도에 의해 덜 가려진 것이고, 오른쪽으로 갈수록 전자밀도에 의해 더 가려진 화학종입니다.

 

 

NMR 스펙트럼 예시

 

 

위 그림에서 예시로 든 proton NMR 스펙트럼에서 가로축에 ppm 단위로 나타낸 것이 바로 화학적 이동(chemical shift) 값이고, 스펙트럼에서 ①, ②의 위치가 다른 것을 확인할 수 있습니다.

 

 

분자 구조 상에서 ②로 묶어진 proton들 바로 옆에는 ①과 달리 I라는 원자가 존재하기 때문에 ②가 느끼는 전자밀도가 감소하게 됩니다. I의 전기음성도는 C보다 크기 때문에 I가 전자를 끌어당기게 되고, ②의 proton들은 전자들에 의한 가리움이 ①보다 적어서 ①과 스펙트럼 상 위치가 다르게 나타나는 것입니다.

 

 

즉, ②의 proton이 I 원자의 영향으로 전자에 의해 덜 가려져 있기 때문에 스펙트럼 상에서 더 왼쪽에서 나타난 것이라고 해석할 수 있습니다.

 

 

 

 

2. 적분 (integral)

 

NMR 스펙트럼 예시

 

위 예시 스펙트럼에서 해석할 수 있는 것이 한 가지 더 있는데, integral이라고 적힌 부분을 보세요.

integral은 피크 아래 부분의 면적을 적분한 값으로 이 값은 각 proton의 개수에 비례합니다.

 

 

예를 들어, 화학적 이동 값이 3.2 부근에서 나타나는 피크는 ②에 해당하고 ②의 proton 개수는 2개입니다. 그러므로 integral이 2입니다. 화학적 이동 값이 1.8 부근에서 나타나는 peak는 ①에 해당하고 proton 개수는 3개인 것을 확인할 수 있습니다.

 

 

하지만 integral 값이 절대적인 proton 개수를 의미하는 것이 아니라 비율을 의미합니다. 예를 들어, CH3CH2I라는 분자의 구조를 분석할 때, 두 개의 peak의 integral 값이 1.5, 1 로 나온다면 이 분자의 전체 proton의 개수는 5개이기 때문에 각 값에 2를 곱해 각각 3개, 2개로 분석하면 됩니다.

 

 

 

3. 스핀-스핀 갈라짐 : (n+1) 규칙

 

NMR 스펙트럼을 보면 모든 peak 들이 하나의 뾰족한 봉우리만 가지고 있는 것이 아니라, 2개 또는 그 이상으로 갈라진 형태인 것을 발견할 수 있습니다. 각각의 proton은 자신이 결합되어 있는 탄소 원자 옆에 있는 동등한 proton의 개수(n)에 따라 자신의 peak는 (n+1)로 갈라지기 때문으로, 이를 (n+1) 규칙이라고 합니다.

 

 

 

위의 예시에서 proton(2)를 보면 자신에게 결합되어 있는 탄소 원자에 동등한 H가 3개 있기 때문에 (3+1)=4개로 갈라진 것을 확인할 수 있습니다. proton(1) 입장에서는 주변의 동등한 H가 2개이기 때문에 3개로 갈라진 것을 알 수 있습니다.

 

 

 

 

4. 짝지음 상수

 

짝지음 상수(J)는 간단하게 말해서 다중선 내에서 피크 간의 간격을 나타낸 값입니다.

서로 가까이에 있어 영향을 주고 받는(갈라지게 하는) proton끼리는 이 값이 같습니다.

 

 

예를 들어, 위와 같은 스펙트럼에서는, 짝지음 상수가 같은 A와 C, 그리고 B와 D가 각각 서로에게 영향을 주는 피크라고 할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2022.06.28 - [분광학의 종류] NMR 원리 (세차운동, 라모어 진동수, 공명)

[분광학의 종류] NMR 원리 (세차운동, 라모어 진동수, 공명)