Abschirm- und Entschirmungseffekte

Warum schwingen nicht alle Protonen mit der gleichen Frequenz? In einem ¹H-NMR-Spektrum repräsentiert jeder Peak eine andere Art von chemischer Umgebung, in der die Protonen unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben. In einem Molekül erfährt jeder Kern durch die umgebenden Elektronen der sonstigen Atome ein anderes Magnetfeld. Die Magnetfelder der umgebenden Atome können dem Magnetfeld, das während eines NMR-Experiments angelegt wird, entgegenwirken und die Protonen werden abgeschirmt - dadurch verringert sich ihre Resonanzfrequenz und damit ihre chemische Verschiebung.

Während Elemente wie Kohlenstoff Abschirmungseffekte haben, haben elektronegative Elemente wie Fluor, Chlor und Sauerstoff Abschirmungseffekte. Bei Protonen, die sich in der Nähe dieser Gruppen befinden, ist die Elektronenwolke stärker in Richtung der elektronegativen Elemente polarisiert, und das Proton wird weniger von dem angelegten Magnetfeld abgeschirmt, was zu einer größeren chemischen Verschiebung führt. Die chemische Verschiebung der Protonen ändert sich für verschiedene funktionelle Gruppen aufgrund dieser Abschirmungseffekte. Diese Effekte lassen sich auf das Ausmaß der Polarisierung der Elektronen durch die verschiedenen funktionellen Gruppen zurückführen.

Die Protonenumgebungen mit den größten chemischen Verschiebungswerten sind diejenigen, die stärker abgeschirmt sind. Dieser Effekt ist bei der Ableitung von NMR-Strukturen nützlich, da er verschiedene Protonenresonanzen in verschiedene Peaks über einen weiten Bereich aufteilt und so eine effektive Aufklärung ermöglicht.