Спектроскопия ядерного магнитного резонанса - Практическая работа

Химики-органики все чаще приходят к выводу, что в настоящее время метод ядерного магнитного резонанса при изучении строения органических соединений эффективнее ультрафиолетовой или инфракрасной спектроскопии.Спектроскопия ядерного магнитного резонанса - вид спектроскопии, которая регистрирует переходы между магнитными энергетическими уровнями атомных ядер, вызываемые радиочастотным излучением. Только ядра со спиновым квантовым числом I, отличным от «0», могут вызывать сигнал ЯМР, или быть активными в ЯМР. Спиновое квантовое число ядра определяется числом протонов и нейтронов в ядре. Существует эмпирическое правило: 1) I равно «0» для ядер с четным числом протонов и нейтронов; Количество энергии, на которое отличаются эти уровни (разность энергий уровней), возрастает с возрастанием Н0, однако при данном значении Н0 разность энергий между двумя соседними уровнями есть величина постоянная.Выбор растворителя определяется растворимостью анализируемого вещества и наиболее полным разделением сигналов резонанса вещества и растворителя, если последний содержит ядра, по которым проводится регистрация спектра ЯМР. Вследствие обмена энергией между системами ядер («спинов») и их окружением («решеткой») число ядер на нижнем энергетическом уровне достаточно быстро возрастает до величины, чуть большей 50%. Протоны, ориентированные вдоль поля, находятся в более низком энергетическом состоянии, чем протоны, ориентированные против магнитного поля. Мы помним, что в конечном итоге ?Е = h?; это означает, что должна существовать такая частота электромагнитного излучения, которая окажется равной разности энергий между более высоким энергетическим состоянием ядра (ориентация против Н0) и более низким его состоянием (ориентация вдоль Н0). Однако, поскольку на нижнем энергетическом уровне существует некоторый избыток ядер, в более высокое энергетическое состояние перейдет большее число ядер, и в результате взаимодействия ядер с излучением данной частоты произойдет поглощение электромагнитного излучения.Разность положения сигнала данного протона и положение сигнала стандарта называется химическим сдвигом данного протона. В практике ЯМР-анализа химический сдвиг выражают в миллионных долях (м.д.) и обозначают символом «?». Химические сдвиги не зависят от рабочей частоты спектрометра: ? = ??•106/ рабочая частота прибора, (Гц) Оказалось, что химические сдвиги протонов органических соединений различных классов лежат в разных областях и, таким образом, по положению сигнала ЯМР можно определить строение вещества. Отсюда можно сделать важный вывод: степень экранирования ядра атома водорода (протона) зависит от электронного эффекта других групп, присоединенных к тому же атому углерода.Сигналы протона (группы протонов) в спектре могут быть представлены в виде одиночной линии (такой сигнал называется «синглет») или в виде групп линий. Если сигнал представлен в виде двух линий определенной интенсивности (см. рис. 1.9) - сигнал называется «дублет»; в виде трех линий - «триплет», в виде четырех линий - «квадруплет», или «квартет». Сигнал может быть представлен группой из шести и более линий, в этом случае говорят о мультиплете.Выше было отмечено, что если сигнал представлен в виде мультиплета (дублет, триплет, квадруплет и т.д.), линия любого мультиплета будет отстоять от соседних линий того же мультиплета на одно и то же число герц. Численное значение этого расстояния называется константой спин-спинового взаимодействия и обозначается «J» (рис. Однако, для того чтобы два протона были идентичны (магнитно-эквивалентны) в эксперименте ЯМР, они должны иметь а) одинаковые химические сдвиги и б) одинаковые константы спин-спинового взаимодействия по отношению к третьему протону в структуре молекулы. В этой структуре орто-протоны (A’, A) находятся в одинаковом окружении, следовательно, имеют один и тот же химический сдвиг (эквивалентны по химическому сдвигу).Другими словами, методом ЯМР можно определить, сколько протонов «ответственны» за данный сигнал. Однако высота ступеньки не дает точного числа протонов, отвечающих сигналу, а только пропорциональна этому числу. Сравнивая высоты ступенек, соответствующих различным сигналам в спектре, определяют относительные числа протонов, отвечающих этим сигналам.Ядра в системе обозначаются заглавными буквами алфавита, а число эквивалентых протонов - цифрами внизу. Если разность химических сдвигов взаимодействующих протонов (?НА - ?НВ), выраженная в герцах, в шесть и более раз превышает константу их спин-спинового взаимодействия, то такие протоны обозначаются далеко отстоящими буквами алфавита (АХ, А2Х, АМХ и т.д.): При этом наиболее слабопольный протон обозначается буквой А, следующий за ним в порядке уменьшения химического сдвига - буквой В и т.д.Явление миграции какого-либо протона от атома к атому называют химическим обменом. Скорость химического обмена протонов при ОН группе, например, для чистого этанола сравнительно мала, однако она резко возрастает в присутствии кислот или оснований.

Содержание

Введение

1. Явление ядерного магнитного резонанса

2. Протонный магнитный резонанс (ПМР), или ЯМР 1Н

2.1 Химический сдвиг

2.2 Спин-спиновое взаимодействие

2.3 Константа спин-спинового взаимодействия

2.4 Интенсивность сигнала

2.6 Классификация спиновых систем

2.7 Химический обмен

3. Общие правила для интерпретации спектров 13С

Заключение

Список использованной литературы