核磁気共鳴デカップリング

核磁気共鳴デカップリング（略してNMRデカップリング）は、核磁気共鳴（NMR）分光法で使用される特殊な方法で、分析対象のサンプルに特定の周波数または周波数範囲で照射し、特定の原子核間のカップリングの影響を排除または部分的に除去します。NMRカップリングとは、分子内で互いに数個の結合距離にある原子核同士が及ぼす影響を指します。この影響により、スペクトル中のNMR信号が複数のピークに分裂します。デカップリングは、照射された原子核と、特定のスペクトルで分析されている原子核などの他の原子核との間の信号の分裂を完全にまたは部分的に除去します。NMR分光法、そして場合によってはデカップリングは、化学化合物の構造を決定するのに役立ちます。

試料のNMR分光法ではNMRスペクトルが得られます。これは基本的に、縦軸に信号強度、横軸に特定の同位体の化学シフトをとったグラフです。信号強度は、その化学シフトにおける試料中の完全に等価な原子核の数に依存します。NMRスペクトルは、一度に1つの同位体の原子核を分析するために取得されます。特定の元素の特定の種類の同位体のみがNMRスペクトルに現れます。これらの同位体のみがNMRカップリングを引き起こします。分子内で同じ等価な位置にある原子核も互いにカップリングしません。1H （プロトン）NMR分光法と^13C NMR分光法は、それぞれ^1H原子核と^13C原子核を分析し、最も一般的なタイプ^のNMR分光法（信号を示す最も一般的な分析対象同位体）です。

同核分離とは、無線周波数（RF）照射される原子核が、スペクトルで観測（分析）される原子核と同じ同位体である場合を指します。 異核分離とは、 RF照射される原子核が、スペクトルで観測される原子核とは異なる同位体である場合を指します。 ^{[ 1 ]}特定の同位体の場合、広帯域分離 ではその同位体のすべての原子核の全範囲を照射できますが、^{[ 2 ]} その同位体の特定の原子核の特定の範囲のみを照射することもできます。

天然に存在する水素（H）原子はほぼすべて^{1H原子核を持ち、これは1H} NMRスペクトルに現れます。これらの^1H原子核は、同じ分子内の近くにある非等価な1H原子核と結合していることがよくあります^。H原子は、有機化合物では炭素（C）原子に最も一般的に結合しています。天然に存在するC原子の約99%は^12C原子核を持ち、これはNMR分光法には現れず、信号を示す他の原子核とも結合しません。天然に存在する炭素原子の約 1% は 13C 原子核を持ち^、13C NMR 分光法で信号を示し、 ^{1Hなどの他の活性原子核と結合します。}天然の同位体存在比のサンプルでは^13Cの割合が非常に低いため、他の炭素や^1Hに対する^13Cの結合効果は通常無視でき、実際には天然の同位体存在比の炭素との結合による 1H 信号の分裂は^{1H NMR}スペクトルには現れません。しかし、実際には、^{13Cの結合効果は、他の磁性原子核の13C}デカップリングされていないスペクトルに現れ、サテライト信号を引き起こします。

同様に、実際的な目的においては、¹³ C NMR スペクトルにおいて、近傍の天然同位体存在比の炭素とのカップリングによる 13 C シグナルの分裂は無視できる程度です^。しかし、天然同位体存在比のサンプルでは、​​炭素原子に結合している水素はほぼすべて^{1 H であり、H 原子に結合している13} C 原子核も含まれます。デカップリングを全く行わない 13 C スペクトルでは、各¹³ C シグナルは、その C 原子の隣にある H 原子の数に応じて分裂します。スペクトルを単純化するために、¹³ C NMR 分光法は、多くの場合、完全にプロトンデカップリングされた状態で実行されます。これは、サンプル中の^{1 H 原子核を広範囲に照射して、分析対象の13} C 原子核から完全にデカップリングすることを意味します。この完全なプロトンデカップリングにより、H 原子とのすべてのカップリングが排除され、天然同位体存在比の化合物中の H 原子による分裂がなくなります。天然同位体存在比の試料では他の炭素原子間のカップリングが無視できるほど小さいため、炭化水素の完全プロトンデカップリング^13Cスペクトルにおけるシグナル、およびその他の有機化合物のほとんどのシグナルは単一ピークとなります。このようにして、化学構造中の等価な炭素原子セットの数は、13Cスペクトルでは非常に狭い（薄い）一重線ピークを数えることで数えることができます^。炭素原子に関するその他の情報は、通常、化学シフトから、その原子がカルボニル基や芳香環の一部であるかどうかなどを判断することができます。このような完全プロトンデカップリングは、 ^13Cシグナルの強度を高めるのにも役立ちます。

^{13 C NMR分光法では、 1} Hと¹³ C核の非共鳴デカップリングも起こり得ます。これは、弱いRF照射によって部分的なデカップリングとみなせる結果となります。このような非共鳴デカップリングスペクトルでは、炭素原子に結合している^{1 H原子のみが13} C信号を分裂させます。分裂した信号ピーク間の周波数差が小さいことを示すカップリング定数は、非デカップリングスペクトルよりも小さくなります。 ^{[ 1 ]} 化合物の非共鳴プロトンデカップリング¹³ Cスペクトルを調べると、炭素原子に結合している水素の数を示すことができ、化学構造の解明に役立ちます。ほとんどの有機化合物では、3つの水素に結合した炭素（メチル基）は四重線（4つのピーク信号）として現れ、2つの等価な水素に結合した炭素は三重線（3つのピーク信号）として現れ、1つの水素に結合した炭素は二重線（2つのピーク信号）として現れ、どの水素にも直接結合していない炭素は一重線（1つのピーク信号）として現れる。^{[ 2 ]}

もう一つのデカップリング法は、特定のプロトンデカップリング（バンド選択的または狭帯域とも呼ばれる）です。この方法では、（ソフト）デカップリングRFパルスの選択された「狭い」^{1H周波数帯域が、スペクトル中に存在するすべての1H}信号のうち特定の部分のみをカバーします。これは、次の2つの目的に役立ちます。（1）RFパルス形状をさらに調整したり、複合パルスを使用したりすることで、投入エネルギーを低減する、（2）NMR核の結合関係を明らかにする（異核デカップリングと同核デカップリングの両方に適用可能）。2番目の目的は、例えば単一の^{1H信号をデカップリングすることで達成できます。これにより、照射された1H}信号とJ結合している、観測された異核または非デカップリング^1H信号のみのJ結合パターンが崩壊します。スペクトルの他の部分は影響を受けません。言い換えれば、この特定のデカップリング法は、例えば分子構造の解明を目的としたさらなる分析において重要なステップである信号帰属に役立ちます。例えば、試料中のデカップリングされた¹ H 核が、NMR の時間スケールで交換プロセスが行われる非デカップリング^{1 H 核と交換される場合、より複雑な現象が観察される可能性があることに注意してください。これは、例えば、}生体内磁気共鳴分光法における化学交換飽和移動 (CEST) 造影剤で利用されています。^{[ 3 ]}