Nomenclature

Quand un proton i est couplé à un autre proton i', on obtient deux doublets d'égale intensité à condition que les déplacements chimiques \(\delta i\) et \(\delta i'\) soient suffisamment différenciés, c'est-à-dire que leur écart soit nettement supérieur à la valeur J : il faut donc que \(\delta i - \delta i'\) >> J.

Les spectroscopistes symbolisent l'éloignement entre les déplacements chimiques par l'éloignement des lettres de l'alphabet. Dans le cas présent où cet éloignement est important, \(\delta i - \delta i'\) >> J, on dira que l'on est en présence d'un système AX.

Lorsque \(\delta i\) et \(\delta i'\) se rapprochent, on évolue vers des systèmes AM puis AB pour atteindre finalement la situation A2 qui correspond à l'isochronie, quand les deux noyaux subissent le même environnement. On observe dans ce cas le pic unique que nous avons rencontré souvent pour les groupements méthylènes \(\textrm{CH}_2\).

Dans le cheminement d'un système AX vers un système A2, on observe parallèlement au rapprochement des valeurs de, une exaltation des raies internes des deux systèmes. On dit que les situations AX et A2 sont des situations au premier ordre, alors que les situations AM et AB, plus complexes, sont dites au deuxième ordre. Notez que le couplage associé à deux noyaux est indicé par les lettres caractérisant ces noyaux.

ExempleExemple de spectres présentant des couplages :

Dans ce composé, il n'y a que 3 types de protons isochrones, le méthyle \(\textrm{CH}_3\) et les deux protons éthyléniques qui subissent un couplage spin-spin. Il y a trois signaux sur le spectre. Il y a deux signaux présentant un couplage, c'est un système AM, et un singulet pour le méthyle \(\textrm{CH}_3\).

L'examen de la formule développée montre que l'on doit s'attendre à deux types de signaux pour les méthyles, l'un correspondant au \(\textrm{CH}_3\textrm{-CO}\) et l'autre pour les méthoxys \(\textrm{CH}_3\textrm{-O}\). Ces derniers subissant des environnements différents devraient être distincts. Quant aux deux protons aromatiques, ils doivent subir un couplage spin-spin et résonner sous forme de deux doublets. C'est en effet ce que l'on observe sur le spectre.

Les trois méthoxys sont distincts mais impossibles à attribuer... et on a un système AB pour les deux protons aromatiques.

Au vu de la formule développée, on peut s'attendre à observer trois singulets pour les trois groupes méthoxys \(\textrm{CH}_3\textrm{-O}\) qui subissent des environnements différents et deux signaux pour les deux protons aromatiques qui devraient subir un couplage spin-spin et donc apparaître sous forme de deux doublets. C'est ce que l'on observe sur le spectre. Les méthoxys \(\textrm{CH}_3\textrm{-O}\) résonnent à un déplacement chimique voisin mais leurs singulets sont nettement différenciés et on a un système AB pour les deux protons aromatiques.

Ces deux spectres illustrent l'interaction spin-spin qu'il peut y avoir entre deux protons éthyléniques ou deux protons aromatiques. On observe dans chacun des cas deux doublets puisque chaque proton subit l'interaction spin-spin d'un autre proton.

Comme les déplacements chimiques des deux signaux couplés ne sont pas suffisamment différenciés, on observe une exaltation des raies internes au détriment des raies externes. La distorsion qui en résulte est appelée "effet de toit".

Dans le cas de ce premier spectre, on parle d'un système AM alors que dans les deux autres cas ci-dessous, comme les signaux sont plus proches on dit que l'on a des systèmes AB.

Notez que cette distinction entre système AM et AB est tout à fait relative... Seule la distinction entre système AX et AM ou AB est nette dans la mesure où, pour un système AX, les raies des doublets sont de même intensité