3.4: Separación Spin-Spin en el Grupo Etil

El patrón típico de resonancia de tres y cuatro líneas del grupo etilo surge debido al acoplamiento espín-espín entre los protones metilo y metileno. Resulta que la constante de acoplamiento J, que representa los espaciamientos de las líneas, es casi constante en un amplio rango de derivados etílicos y asciende a aproximadamente 1.6 milligauss o 7 cps.

La referencia a las figuras 3-5 muestra que los dos protones de metileno pueden tener cualquiera de cuatro combinaciones posibles de sus números cuánticos magnéticos. Así, ambos números cuánticos magnéticos pueden ser los mismos con un signo + o - para el total o pueden ser diferentes de dos formas posibles) y cancelar el efecto magnético del otro. Los grupos etilo de molécula a molécula pueden entonces clasificarse en aquellos en los que el espín total de los protones metileno se suma a +1, aquellos en los que se cancelan entre sí, y aquellos en los que se suman a -1. Los protones metilo en grupos etilo cuyos protones metileno tienen un espín total de +1 entrarán en resonancia cuando el campo magnético aumente antes que los demás. Cuando los protones de metileno tienen un giro neto de cero, no tendrán ningún efecto sobre la posición de la línea de resonancia del metilo, mientras que si el giro neto es -1, la línea llegará tarde en la misma cantidad que la combinación +1 llegó temprano. En consecuencia, debe haber un total de tres líneas de resonancia para el grupo metilo debido a los protones metileno adyacentes. Dado que hay un total de cuatro combinaciones igualmente probables de los números cuánticos magnéticos de metileno, una forma de dar +1, dos formas de dar cero y una forma de dar -1, se esperará que las tres líneas de resonancia tengan relaciones señal-intensidad de 1:2:1. Razonamiento similar aplicado a la absorción por resonancia de los protones metileno en presencia de los protones metilo conduce a la predicción de un espectro de cuatro líneas con las intensidades de señal en la relación 1:3:3:1. En el análisis anterior, los espines de un grupo de protones equivalentes se tomaron como independientes (cada uno con dos posibles orientaciones en el campo externo) y se distribuyeron estadísticamente entre los posibles estados como se muestra en la Fig. 3-5. Este procedimiento da predicciones satisfactorias para muchos problemas simples de división spin-spin pero falla en otros. Los protones químicamente equivalentes en un grupo como un metilo se acoplan entre sí para dar, en efecto, un imán más grande que a su vez se acopla al campo externo. En consecuencia, no es de esperar que tales protones se comporten independientemente unos de otros en todas las situaciones. Este punto se discutirá más a fondo en la Sec. 3-7.