Distinction d'isomères de spins par spectroscopie RMN

Abstract

Depuis 1946, la communauté scientifique qui s'est intéressée à la distinction des isomères de spin par résonance magnétique nucléaire (RMN) en ce qui concerne l'analyse de l'hydrogène moléculaire tenait pour acquis que seul H[indice]2 -ortho était magnétique tandis que H[indice]2 -para se devait d'être transparent. L'utilisation d'une méthodologie de comptage de spin (spin-counting) pour la RMN[exposant]1 H a permis de démontrer que pour une paire d'atomes d'hydrogène identiques et indiscernables, la détection par RMN[exposant]1 H n'effectuait aucune différenciation en ce qui concerne les espèces ortho et para. Cette méthodologie fut appliquée à différents composés tels que l'hydrogène (H[indice]2 ), l'acétylène (C[indice]2 H[indice]2 ), l'eau (H[indice]2 O), le dichlorométhane (CH[indice]2 Cl[indice]2 ) et le dibromométhane (CH[indice]2 Br[indice]2 ). De plus, deux expériences RMN[exposant]1 H ont été mises au point pour permettre l'observation de ce phénomène avec des échantillons sous leurs états gazeux puis pour certains, sous leurs formes liquides. La quantification du signal RMN[indice]1 H correspondant à un échantillon gazeux fut réalisée à partir de l'équation des gaz parfaits tandis que pour la forme liquide, seule la densité à une température donnée est utilisée. Dans les deux cas, il a été possible de déterminer le nombre de molécules présentes dans un volume donné puis d'en effectuer la corrélation avec l'intensité du signal RMN[exposant]1 H observé. Pour obtenir une analyse quantitative du phénomène, l'utilisation d'un contrôle s'est avérée nécessaire pour être en mesure de vérifier la validité de la mesure et pour ce faire, le chloroforme fût employé. Ce composé agit à titre de contrôle, car il ne possède qu'un seul proton. Le chloroforme n'est donc pas soumis à la statistique de spin nucléaire. Les résultats obtenus en phase liquide tout comme en phase gazeuse ont permis de remettre en question plus de soixante ans d'histoire en ce qui concerne notre compréhension des isomères de spins. De plus, en raison de la symétrie du problème, on a constaté que par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire il était impossible de confirmer si l'analyse sondait une propriété atomistique ou moléculaire de la matière. L'explication de cette limitation proviendrait du fait qu'en RMN traditionnelle, on sonde des ensembles de molécules dans des états mixtes et non dans des états purs.