MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY WODORU

Podobne dokumenty
MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY WODORU

Podstawowe oddziaływania w cząsteczkach istotne dla spektroskopii MRJ

impulsowy NMR - podsumowanie

Spektroskopia Jader 13 C i efekt Overhausera

NUKLIDY O SPINIE 1/2. Duża zawartość naturalna (%): H (99.98), 19 F (100), 31 P (100) Średnia zawartość naturalna (%):

Zastosowanie spektroskopii NMR do badania związków pochodzenia naturalnego

ν 1 = γ B 0 Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego h S = I(I+1)

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY (MRJ) NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR)

ekranowanie lokx loky lokz

Impulsy selektywne selektywne wzbudzenie

Zastosowanie spektroskopii NMR do określania struktury związków organicznych

FIZYKOCHEMICZNE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz

SPEKTROSKOPIA NMR. No. 0

NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan

SPEKTROSKOPIA NMR PODEJŚCIE PRAKTYCZNE DR INŻ. TOMASZ LASKOWSKI CZĘŚĆ: II

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY (MRJ) NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR)

SPEKTROSKOPIA NMR PODEJŚCIE PRAKTYCZNE DR INŻ. TOMASZ LASKOWSKI CZĘŚĆ: III

Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR)

SPEKTROSKOPIA MAGNETYCZNEGO REZONANSU JĄDROWEGO IZOTOPÓW INNYCH NIś 1 H i 13 C

H MRJ, 13 C MRJ... NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR) 1 H NMR, 13 C NMR...

Magnetyczny rezonans jądrowy

NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR)

H MRJ, 13 C MRJ... NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR) 1 H NMR, 13 C NMR...

Ćwiczenie 2 Przejawy wiązań wodorowych w spektroskopii IR i NMR

Przesunięcie chemiczne, stałe sprzężenia

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego - wprowadzenie

SPEKTROSKOPIA NMR PODEJŚCIE PRAKTYCZNE DR INŻ. TOMASZ LASKOWSKI CZĘŚĆ: IV. mgr inż. Marcin Płosiński

ZAAWANSOWANE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH

Wykorzystanie zjawiska rezonansu magnetycznego w medycynie. Mariusz Grocki

Ćwiczenie 3 Pomiar równowagi keto-enolowej metodą spektroskopii IR i NMR

Badania trybologiczne materiałów inżynierskich Wyznaczanie przepuszczalności par wody przez materiały opakowań DWUMIESIĘCZNIK 3/ 2018

Wyznaczanie struktury długich łańcuchów RNA za pomocą Jądrowego Rezonansu Magnetycznego. Marta Szachniuk Politechnika Poznańska

POŁOŻENIA SYGNAŁÓW PROTONÓW POŁOŻENIA SYGNAŁÓW ATOMÓW WĘGLA

INADEQUATE-ID I DYNAMICZNY NMR MEZOJONOWYCH. 3-FENYLO-l-TIO-2,3,4-TRIAZOLO-5-METYUDÓW. Wojciech Bocian, Lech Stefaniak

STEREOCHEMIA ORGANICZNA

Spektroskopia. Spotkanie drugie UV-VIS, NMR

Interpretacja widm 1 H NMR podstawy i przykłady

ZASTOSOWANIE SPEKTROSKOPII NMR W MEDYCYNIE

Podczerwień bliska: cm -1 (0,7-2,5 µm) Podczerwień właściwa: cm -1 (2,5-14,3 µm) Podczerwień daleka: cm -1 (14,3-50 µm)

1. M.Levitt, Spin Dynamics Basics of Nuclear Magnetic Resonance (Wiley, 2005) 2. T.Claridge High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry

DWUWYMIAROWA SPEKTROSKOPIA NMR (2D NMR)

Rok Grupa Zespół Metody Rezonansowe WFiIS AGH Data wykonania Data oddania Zwrot do popr. Data oddania Data zaliczenia OCENA

IDENTYFIKACJA ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH METODAMI SPEKTROSKOPOWYMI SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI (IR)

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych

PRACOWNIA PODSTAW BIOFIZYKI

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR)

H MRJ, 13 C MRJ... NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR) 1 H NMR, 13 C NMR...

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

Spektroskopia molekularna. Spektroskopia w podczerwieni

METODY SPEKTROSKOPOWE

PRACOWNIA PODSTAW SPEKTROSKOPII MOLEKULARNEJ

IM - 6a MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY. I. Cel ćwiczenia

Kombinatoryczna analiza widm 2D-NOESY w spektroskopii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego cząsteczek RNA. Marta Szachniuk

ĆWICZENIE NR 5 ANALIZA NMR PRODUKTÓW FERMENTACJI ALKOHOLOWEJ

Podsumowanie W9. Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 12 1

WYBRANE TECHNIKI SPEKTROSKOPII LASEROWEJ ROZDZIELCZEJ W CZASIE prof. Halina Abramczyk Laboratory of Laser Molecular Spectroscopy

FID Free Induction Decay. Rejestracja widm NMR metodą fali ciągłej CW (Continuous Wave)

Spektroskopia NMR w badaniach struktury i aktywności biomolekuł

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

SPEKTROSKOPIA MAGNETYCZNEGO REZONANSU JĄDROWEGO IZOTOPÓW INNYCH NIŻ 1 H i 13 C

SN-8 Kwas acetylosalicylowy SE-3 2,4,6-Tribromofenol. SN-10 Bromek izopropylu SE-5 p-nitroacetanilid. SN-11 Bromek izobutylu* SE-7 Fenol

Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum Katedra Chemii Organicznej. Marek Żylewski

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych / Robert. Spis treści

Ćwiczenie 3 Pomiar równowagi keto-enolowej metodami spektroskopii IR i NMR

impulsowe gradienty B 0 Pulsed Field Gradients (PFG)

SpinWorks. Manual dla studentów III roku Chemii, licencjat - Spektrochemia

SPEKTROSKOPIA MAGNETYCZNEGO REZONANSU JĄDROWEGO IZOTOPÓW O SPINIE WIĘKSZYM NIŻ 1/2

Analiza Organiczna. Jan Kowalski grupa B dwójka 7(A) Własności fizykochemiczne badanego związku. Zmierzona temperatura topnienia (1)

Spektroskopia Magnetycznego Rezonansu Jądrowego (NMR) (NMR Spectroscopy)

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej


Zastosowanie spektroskopii UV/VIS do określania struktury związków organicznych

Β2 - DETEKTOR SCYNTYLACYJNY POZYCYJNIE CZUŁY

UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW

PL B1. Symetryczne czwartorzędowe sole imidazoliowe, pochodne achiralnego alkoholu monoterpenowego oraz sposób ich wytwarzania

ZAAWANSOWANE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz. Instytut Chemii Organicznej PAN ul. Kasprzaka 44/52, Warszawa

2. Metody, których podstawą są widma atomowe 32

Chiralność i spektroskopia MRJ Badanie procesów wymiany (Dynamic NMR, D NMR) Wyznaczanie stałej trwałości kompleksów Technika pomiarowa MRJ: impulsy

Optyczna spektroskopia oscylacyjna. w badaniach powierzchni

METODY SPEKTROSKOPOWE II. UV-VIS od teorii do praktyki Jakub Grynda Katedra Technologii Leków i Biochemii

spektroskopia IR i Ramana

Spektroskopia modulacyjna

dobry punkt wyjściowy do analizy nieznanego związku

PRODUKTY CHEMICZNE Ćwiczenie nr 3 Oznaczanie zawartości oksygenatów w paliwach metodą FTIR

UDA-POKL /09-00

SPEKTROSKOPIA MOLEKULARNA 2015/16 nazwa przedmiotu SYLABUS A. Informacje ogólne

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA POZIOM ROZSZERZONY

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA POZIOM ROZSZERZONY

Różnorodne zjawiska w rezonatorze Fala stojąca modu TEM m,n

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

analiza chemiczna jakościowa ilościowa

Ekscyton w morzu dziur

PL B1. Ciecze jonowe pochodne heksahydrotymolu oraz sposób wytwarzania cieczy jonowych pochodnych heksahydrotymolu

ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI

Jak analizować widmo IR?

Inne koncepcje wiązań chemicznych. 1. Jak przewidywac strukturę cząsteczki? 2. Co to jest wiązanie? 3. Jakie są rodzaje wiązań?

Sprawozdanie z badania potwierdzających tożsamość substancji Oliwa Ozonowana

ZAAWANSOWANE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz

Zad Sprawdzić, czy dana funkcja jest funkcją własną danego operatora. Jeśli tak, znaleźć wartość własną funkcji.

Widma w podczerwieni (IR)

Transkrypt:

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY WODORU 1 NMR, ( 2 NMR, 3 NMR) Trzy aktywne izotopy wodoru: 1 99.98% spin ½ 500.000 Mz (11.744 T) 2 0.02% spin 1 76.753 Mz (11.744 T) 3 0 spin ½ 533.317 Mz (11.744 T)

Przykładowe widmo 1 NMR wykonane w roztworze: Widmo protonowe, 1 NMR ( 1 MRJ): Położenie sygnałów (przesunięcie chemiczne, ppm) Wzorzec: tetrametylosilan, Si(C 3 ) 4 0 ppm Typowy zakres przesunięć chemicznych: 0 15 ppm Struktura sygnałów (krotność lub multipletowość, sprzężenie spin-spin) Intensywność sygnałów, intensywność integralna ( całka ) Skala δ ( przesunięć chemicznych ), skala τ = 10 - δ

Równocenność / nierównocenność chemiczna atomów Protony (grupy protonów) homotopowe = równocenne chemicznie Protony (grupy protonów) enancjotopowe = równocenne chemicznie (?) Protony (grupy protonów) diastereotopowe = nierównocenne chemicznie Cl Cl Br C F Br C R* równocenne chemicznie (homotopowe) nierównocenne chemicznie (diastereotopowe) równocenne chemicznie (enancjotopowe) nierównocenne chemicznie (!) Metody spektroskopowe i ich zastosowania do identyfikacji związków organicznych Praca zbiorowa pod redakcją W.Zielińskiego i A.Rajcy Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2000 Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych R.M.Silverstein, F.X.Webster, D.J.Kiemle Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007

Równocenność / nierównocenność chemiczna atomów Cl Br Cl Cl równocenne (układ A 2 ) Cl Br nierównocenne (układ AB lub AX) Cl Br Br Br??? układ A 2 B lub A 3 Atomy wodorów w grupach C 3 i C 2 w związkach łańcuchowych są chemicznie równocenne ( uśrednienie przesunięć chemicznych) Wyjątek: centrum chiralne obok grupy!!!

Równocenność / nierównocenność chemiczna atomów RC 2 C 3 R RC 2 C 2 R' R R' układ A 3 układ A 2 R R ' CRR'R'' C 2 R R '' R układ AB Spektroskopia MRJ w fazie ciekłej, w achiralnym środowisku, nie rozróżnia enancjomerów, a rozróżnia diastereoizomery. (R)(S) = (S)(R), (R)(R) = (S)(S), (R)(S) (S)(S),...

Równocenność / nierównocenność chemiczna atomów X X X X X Y X Y równocenne A 2 nierównocenne AB lub AX

Równocenność / nierównocenność chemiczna atomów ax ax eq Cl eq Cl CCl eq ax 1 2 3 3 2 5 5 4 4 7 6 Proces szybki / wolny w skali czasu NMR

Równocenność / nierównocenność chemiczna atomów Ukryte wiązanie podwójne O N C 3 C 3 N O N 3 C C 3 N OR 3 C C 3 O N R2 R1 O N R1 R2

Rozpuszczalniki stosowane w 1 NMR Aceton-d 6 2.2 ppm Acetonitryl-d 3 2.0 ppm Benzen-d 6 7.4 ppm Chlorek metylenu-d 2 5.3 ppm Chloroform-d 7.3 ppm Dimetyloformamid-d 6 (DMF) 2.9 ppm, 8.0 ppm Dimetylosulfotlenek-d 6 (DMSO) 2.6 ppm Metanol-d 4 3.5 ppm Woda (D 2 O) 4.8 ppm C3 C 3 3 C Si C 3 (Wg materiałów firmy BRUKER) Wzorzec: tetrametylosilan (TMS), (C 3 ) 4 Si DSS Wzorzec zewnętrzny (external reference) Wzorzec wewnętrzny (internal reference) Wzorzec wtórny (secondary reference) 0.00 ppm 0.015 ppm TMS C3 C 3 3 C Si C 2 C 2 C 2 SO 3 Na DSS

Kilka przesunięć chemicznych 1 NMR (ppm) Elektroujemność podstawnika: C 3-0.23 CF 3 -F 4.26 C 3 -Cl 3.05 C 3 -Br 2.68 C 3 -I 2.16 C 3 -OC 3 3.24 C 3 -N(C 3 ) 2 2.12 C 3 -SC 3 2.08 C 3 -Li -1.30 (C 3 ) 4 Si 0.00 Rząd wiązania: C 3 C 3 0.86 C 2 C 2 5.32 CC 1.49 C 6 6 7.40 Ilość grup metylowych: C 4 0.23 C 3 C 3 0.86 C 3 C 2 C 3 1.33 C 3 C 2 C(C 3 ) 2 1.47 Ilość heteroatomów: C 4 0.23 C 3 Cl 3.05 C 2 Cl 2 5.35 CCl 3 7.24 Atom wodoru przy heteroatomie: O (alif.) 1 5 O (Ar) 4 10 O (kwas) 9 12 S 3 4 N 2 3 5

Kilka przesunięć chemicznych 1 NMR (ppm) B o 7.3 7.6 7.3 X 6.5-8.2 N 8.6 7.0-7.5 6.8-7.6 1.9 4.8 O 3.8 O 6.2 O 6.3 7.4 C 2-0.5 9.3 11-14 7.3 7.0 N N N N 10-11 - 4 N ca. 8 6.1 6.6-3.0 4-7 18 elektronów π 20 elektronów π Chaitanya S.Wannere, Paul von Ragué Schleyer, Organic Letters, 5(5), 2003, 605-608

Zmiany przesunięcia chemicznego 1 NMR wywołane metalem przejściowym: do ± 600 ppm Cl N N Fe 3+ N N 1 NMR (CDCl 3 ) protony pirolowe: 78.5 81.1 ppm proton mezo: -72.4 ppm protony Ar: 5.1 13.5 ppm (J.Wojaczyński, Praca Doktorska, Wrocław, 1998)

D J n J( 1-1 ) Wielkość sprzężenia J( 1-1 ): od 0 do 42 z zazwyczaj nie przekracza kilkunastu z Oddziaływanie spin spin -sprzężenie skalarne J, sprzężenie pośrednie -sprzężenie dipol-dipol D, sprzężenie bezpośrednie Wielkość sprzężenia jest niezależna od natężenia pola magnetycznego Wielkość sprzężenia wyrażamy w hercach (z) Sprzężenia J i D są dodatnie lub ujemne! Uwaga na znak! od a do b od a do b!!! w tym drugim przypadku a może być równe 0!!

podczas pomiarów w roztworze sprzężenie D uśrednia się do zera i nie wpływa na strukturę widma B o α D ~ [3cos 2 (α) 1] (r -3 ) α = 54.74 o D = 0 Sprzężenia J i D są dodatnie lub ujemne! Uwaga na znak! od a do b od a do b!!! w tym drugim przypadku a może być równe 0!! Stałe sprzężenia J: od 0 do 9000000 z (!!) Sprzężenia J( 1-1 ): od 0 do 42 z; ale znane są sprzężenia rzędu 1000 z i większe!!

Sprzężenie pośrednie (skalarne) J sprzężenie geminalne 2 J gem sprzężenie wicynalne 3 J vic sprzężenie dalekiego zasięgu n J 2 J gem 2 J( 1-1 ) 1 J( 13 C- 1 ) 3 J(5-6)

Geminalna stała sprzężenia 2 J gem (atom sp 3 ) 2 J gem = (+ 6) (- 20) z (- 12) (- 14) C 4-12.4 (- 11) (- 18) C 3 C N N C C 2 C N -16.9-20.3 X (- 3) (- 9) (+ 6) (- 1.4) - 12.9-11.2 O O -6.1

Geminalna stała sprzężenia 2 J gem (atom sp 2 ) R X C C X = F - 3.2 N 2 0 + 2.5 Li + 7.1 3 C R O C C C C O N C C C 3 C +42 9.0 15.8 7 17 Wodorek dodać...

Wicynalna stała sprzężenia 3 J vic Zależność Karplusa 3 J = 8.5 cos 2 φ 0.3 (0 90 o ) 3 J = 9.5 cos 2 φ 0.3 (90 180 o ) φ 3 J [z] 10 5 0 0 50 100 150 kąt [ o ] O C C C C C C C C C C C 2 9 z 6 14 z 11 18 z 4 10 z 3 7 z

COO N 2 R COO N 2 R N 2 R COO R O N C N C R C N O C R O C N C R C N O C R O C N C R C N O C R O C N C R C N O C R O C N C R C N O C R O C N C R C N O C R O 3 J( 15 N- 15 N) 3 J( 13 C- 13 C) 3 J( 13 C- 1 ) 3 J( 1-1 ) 3 J( 13 C- 1 ) 3 J( 15 N- 1 ) 3 J = Acos 2 (φ + α) + Bcos(φ + α) + C

3 J = Acos 2 (φ + α) + Bcos(φ + α) + C 3 J [z] kąt φ [ o ] A.Ejchart, Scalar Couplings in Structure Determination of Proteins Bulletin of the Polish Academy of Sciences; Chemistry, 47(1) (1999) 1

C (- 3) (- 1) z 2 3 z 3 J orto = 10 13 z 4 J 5 meta = 2 3 z J para = 0.1 1 z C 2 C C 2 3 J( 1-1 ) 0 z 4 J( 1-1 ) 0 z 2 J ax-eq = (- 11) (- 13) z 3 J ax-ax = 11 13 z 3 J ax-eq = 2 5 z 3 J eq-eq = 2 5 z Sprzężenie W ok. 1 z

Konstrukcja multipletów Widma NMR dzielą się na widma pierwszego i drugiego rzędu. W widmach pierwszego rzędu: δ >> J brak atomów magnetycznie nierównocennych sprzężenia pomiędzy atomami chemicznie równocennymi nie wpływają na krotność (multipletowość) sygnałów; np. sygnał grupy C 3 jest singletem, znak stałej sprzężenia nie wpływa na strukturę multipletu, δ i J można odczytać wprost z widma W widmach drugiego rzędu: δ J, i / lub są atomy nierównocenne magnetycznie sprzężenia pomiędzy atomami chemicznie równocennymi i znak stałej sprzężenia wpływają na strukturę sygnałów Trudna analiza multipletów

C C 1 1 1 C C 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 C C 3 1 3 3 1 C C C 3 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1

C C 3 J = 10 z 10 z 10 z 10 z

C C C 2 J = 10 z J = 5 z J = 5 z 10 z 5 z 5 z

C C C C J = 10 z J = 5 z J = 2 z 5 z 2 z 10 z

C C C 2 J = 10 z J = 2 z J = 2 z 10 z 2 z 2 z

C 3 3 C C C 3 Praca domowa: jak wygląda sygnał czerwonego atomu wodoru

Przykłady widm protonowych (widma pierwszego rzędu)

Układ A 3 MNX A 3 M 2 X

Nierównocenność protonów w grupie C 2 (widmo w CDCl 3 ) Układ A 3 MNX C 2 3 C C C 3 N N(C 3 ) 2 C 2 3 C C C 3 N 2 ppm

Układ AA MM X A 2 M 2 X

Widma protonowe drugiego rzędu

J δ widmo drugiego rzędu AX AM AB

XC 2 -C 2 Y A 2 X 2 A 2 M 2 A 2 B 2

-C 2 C 3 A 2 X 3 A 2 B 3

J δ widmo drugiego rzędu J J AX δ x δ y AM b AB a J δ = a*b δ x = δ 0 δ/2 δ y = δ 0 + δ/2

X J = 7 z Układ spinowy AX 2 AB 2 A δ = 1 ppm (500 z) 5 δ = 0.1 ppm (50 z) 8 7 6 4 3 2 1 6 δ = 0.02 ppm (10 z) 5 4 δ A δ B = (δ 5 + δ 7 ) / 2! dla δ = 0 ppm pozostanie tylko jedna linia (układ A 3 ) 8 7 δ B 3 2 J AB = (ν 1 - ν 4 ) + (ν 6 ν 8 ) / 3 1

NIERÓWNOCENNOŚĆ MAGNETYCZNA Równocenność / nierównocenność magnetyczna: dotyczy atomów równocennych chemicznie Dwa atomy są równocenne magnetycznie, kiedy: są równocenne chemicznie stałe sprzężenia tych atomów z dowolnym innym atomem w cząsteczce są identyczne δ = δ δ = δ A 2 X 2?? X 3 J() 4 J() AA XX (AA BB )

Z Z Z Y Z Układ spinowy AA XX (AA BB )

A A' N = ν 1,2 ν 1,7 K = ν 3 ν 4 = ν 5 ν 6 M = ν 9 ν 10 = ν 11 ν 12 (2O) 2 = (ν 3 ν 5 ) 2 = (ν 4 ν 6 ) 2 (2P) 2 = (ν 9 ν 11 ) 2 = (ν 10 ν 12 ) 2 X X X' 1,2 7,8 L = [(2O) 2 K 2 ] 0.5 = [(2P) 2 M 2 ] 0.5 N = J AB J AB L = J AB J AB K = J AX J BB M = J AA J BB 10 11 4 5 3 9 12 6 E. W. Garbisch, Journal of Chemical Education, 45(5), 1968, 311 320 45(6), 1968, 402 416 45(7), 1968, 480 492

Układ AA MM X A 2 M 2 X

Programy do obróbki widm NMR: MestRe-C 2.3a SpinWorks

OPTYMALIZACJA POMIARU I BŁĘDY ( 1 NMR)

Przygotowanie próbki Próbka o odpowiednim stężeniu, rozpuszczona w odpowiedniej ilości deuterowanego rozpuszczalnika, bez osadu i stałych zanieczyszczeń. Czy można użyć rozpuszczalnika nie deuterowanego? Tak, ale... Brak sygnału deuteru; brak sygnału używanego do regulacji jednorodności pola i do stabilizacji pola. Można ewentualnie użyć sygnału FID-u. CCl 3, C 2 Cl 2... konieczność usuwania sygnału rozpuszczalnika. CCl 4, CS 2, freon... można użyć; ew. zastosować rozpuszczalnik deuterowany w kapilarze. Można użyć mieszanki, np. C 2 Cl 2 /CD 2 Cl 2 w celu minimalizacji kosztów, w specyficznych pomiarach ( 13 C, 15 N, 19 F, 31 P...) Wzorzec: zewnętrzny lub wewnętrzny. Można użyć sygnału resztkowego rozpuszczalnika.

Eksperyment impulsowy NMR... czas D1 PW AQ FT SW Parametry eksperymentu: (ozn. BRUKER, VARIAN) ilość powtórzeń (number of scans) NS, nt zwłoka relaksacyjna (relaxation delay) D1 długość impulsu (pulse width) P1, PW czas akwizycji (acquisition time) AQ, at zakres pomiaru (sweep width) SW ilość punktów TD/SI, np/nf

Czynniki wpływające na intensywność sygnału próbki stężenie próbki długość impulsu maksymalne wzbudzenie dla impulsu 90 o (w parametrach długość impulsu podana jest w µs! Trzeba sprawdzić parametr pw90!) stopień zrelaksowania próbki, zależny od sumy czasów D1 i AQ (d1 i at); D1 + AQ > 2 3 T 1 z z T1: dla 1 0.2 2 s lub dłużej (!) Typowe parametry: 1 : d1 = 0 s, at = 3 5 s, pw = 30 90 o B o M x y zaburzenie relaksacja α x y D1 PW AQ α = 0 ο 360 ο

Niepełna relaksacja próbki

Dobór czułości odbiornika: receiver gain gain gain = n lub 0 39 za mała wartość źle wykorzystana czułość aparatu za duża wartość obcięcie sygnału A t (sek) Jeśli gain = 0 za duży, należy zmniejszyć pw (np. o 50%)

Dobór czasu akwizycji (AQ, at) PW D1 AQ at, sw oraz np są zależne od siebie. Zmiana at powoduje zmianę np ( i odwrotnie). Zmiana sw powoduje zmianę at. A sygnał szum t (sek) A t (sek) 3.4 3.2 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 (ppm)

Rozdzielczość spektralna parametr wynikający z SW i ilości punktów wykorzystanych do konstrukcji widma 8 K (8 192 pkt) 32 K (32 768 pkt)

Dopełnianie FID-u zerami ( zero-filling ) A sygnał szum A t (sek) t (sek) np (TD) ilość komórek pamięci do rejestracji sygnału fn (SI) - ilość komórek pamięci do konstrukcji widma

SW, O1 Sygnał zawinięty SW O1 [z] SW Dobór sw i o1 dla nieznanych rozpuszczalników: 1. sw = 40 ppm; wykonać wstępne widmo (np. nt = 4) 2. Na ekranie wyświetlić zakres, gdzie są sygnały, zastosować polecenie movesw 3. Wykonać dobre widmo 4. Uwaga: nie zostawiać sygnałów poza zakresem sw NT, BS nt wielokrotność 4 lub 8 bs umożliwia kontrolę widma przed zakończeniem pomiaru (bs = 4, 8,...64)

Matematyczna obróbka widma (zmiana kształtu sygnału BRUKER) A FT Mnożenie przez funkcję wykładniczą (Expotential Multiplication, EM) y = exp(-at/t a ) t (sek) EM, FT LB = 1 y A t (sek) t (sek) FT Mnożenie przez funkcję Gaussa (Lorentzian-to-Gauss Transformation) y = exp(at/t a -bt 2 /t a 2 )) y A GM, EM, FT LB = -1.2 GB = 0.5 t (sek) t (sek) LB = 0.1 0.3 dla 1 LB = 1 2 dla 13 C EF lub EM i FT A t (sek) LB = -1.2; GB = 0.1 1; GF (Bruker)

Matematyczna obróbka widma (funkcje ważące wg VARIAN) A t (sek) Expotential function y = exp(-t. π. lb) lb > 0 y lb > 0 t lb<0 Gaussian function y = exp(-(t/gf) 2 ) gb > 0 exp(-t. π. lb). exp(-(t/gf) 2 ) gb > 0; lb < 0 sinebell y = sin(t. p/2. sb)

Jak zastosować funkcje ważące (Varian) ft transformacja Fouriera wft - transformacja Fouriera + funkcje ważące Wartości lb=n, gf=n i sb=n wyłączają funkcje, pomimo polecenia wft (Uwaga na polecenia złożone!) Dwie użyteczne procedury: Poszerzenie linii (zmniejsza szumy, traci się na rozdzielczości. Przydaje się w 13 C NMR) lb = 0.1 0.5 dla 1 NMR lb = 1 2 dla 13 C NMR Następnie transformacja poleceniem wft (gf=n, sb=n) Zwiększenie rozdzielczości najlepiej poleceniem resolv Procedura aktywuje dwie funkcje z parametrami: lb = - 0.318/(a. SW) oraz gf = b. SW, gdzie a=0.1 i b=0.3. Można grać procedurą zmieniając parametry a i b: resolv(a,b). Zwiększenie rozdzielczości zaburza linię podstawową i fałszuje całkę! Można stosować ręczny dobór parametrów: wstawić wartości lb i gf, i zastosować wft Interaktywne dobieranie funkcji: instrukcja obsługi aparatu.

BŁĘDY I IC PRZYCZYNY Przesunięcie chemiczne niedoskonałość wzorca ( wewnętrzny TMS) błąd do ± 0.5 ppm (!!). W precyzyjnych pomiarach należy stosować wzorzec zewnętrzny. efekty stężeniowe, temperatura próbki, asocjacja związku, itp. rozdzielczość spektralna (0.3 0.8 z) typowa dokładność δ( 1 ): nie więcej niż ± 0.01 ppm Wartość stałej sprzężenia J rozdzielczość spektralna (0.3 0.8 z) (!!!) nakładanie się sygnałów typowa dokładność J: nie więcej niż ± 0.3 z Intensywność integralna: niepełna relaksacja próbki rozdzielczość spektralna zaburzenia linii podstawowej widma, nieprawidłowa faza widma

Tematy związane nie tylko z 1 NMR wpływ temperatury na widmo efekt Overhausera presaturacja sygnału (usuwanie sygnału rozpuszczalnika) echo spinowe rezonans podwójny ( homodecoupling )

Wpływ temperatury na widmo Ph N N N + N- O C 2 C 3 N O Ph N C 2 C 3 N N + - C 2 C 3 318 K 303 K 253 K

C 3 N 1 C 2 + 4 1 3 2 4 2 CDCl 3 2 3 303 K C 2 1 1, 3 2 2 233 K 3

Badanie odległości między atomami: JĄDROWY EFEKT OVERAUSERA (Nuclear Overhauser Effect, NOE) Efekt Overhausera zmiana intensywności sygnału atomu położonego w pobliżu innego atomu naświetlanego jego częstością rezonansową J(,) = 0 z (duża odległość liczona po wiązaniach) D(,) 0 z (mała odległość liczona poprzez przestrzeń) υ 0

I o widmo odniesienia naśw. widmo zaburzone I naśw. I intensywność integralna sygnału niezaburzonego I o intensywność integralna sygnału zaburzonego widmo różnicowe I - I o η współczynnik wzmocnienia η = (I I o )/I o

Pomiar efektu Overhausera Widmo odniesienia Widmo naświetlone Widmo naświetlone - widmo odniesienia O (B.Furman et al.)

A AX AMX ββ αβ βα αα W widmie NMR obserwowane są bezpośrednio wyłącznie przejścia jednokwantowe

ββ αβ 3 4 1,4 2,3 βα 1 αα 2 ββ αβ 6 5 4 βα 1,4 2,3 1 αα 1 4 przejścia jednokwantowe 5 przejście dwukwantowe 6 przejście zerokwantowe

υ 0 180 o krótki czas naświetlania: truncated driven NOE (TOE) długi czas naświetlania: steady state NOE selektywny impuls 180 o : transient NOE dη/dt ~ 1/r 6 50% η maksymalna wartość η dla układu 1 1 : 50% duża odległość między atomami mała odległość między atomami czas naświetlania [s]

NOE współczynnik wzmocnienia sygnału 1 { 1 } η = (I - I o ) / I o I = I o (1+η) η 0.5 1 { 1 } -1 log ωτ c ω częstość rezonansowa 1 τ c czas korelacji cząsteczki

50 % 50 % 28 % 50 % -13 % 0 % 28 % -13 % η [%] 0.1 1 10 100 log ωτ c - 100 % 49 % 1 % -0.4 % 49 % 1 % -0.4 % 50 % 0 % α η [%] 0.1 1 10 100 log ωτ c - 100 %

NOE wykonanie eksperymentu Próbka: eliminacja zanieczyszczeń paramagnetycznych: kationów metali przejściowych (np. Cr 3+ z chromianki) tlenu atmosferycznego rozpuszczonego w roztworze Odgazowanie próbki: przepuszczanie gazu obojętnego mało skuteczne procedura zamrażanie próżnia rozmrażanie 3 5 razy zastosowanie specjalnej probówki NMR

PRESATURACJA SYGNAŁU

Uboczny skutek eksperymentu NOE: usunięcie sygnału z widma Widmo odniesienia υ 0 Widmo naświetlone Selektywne naświetlanie: wyrównanie obsadzeń poziomów energetycznych PRESATURACJA SYGNAŁU usuwanie sygnału rozpuszczalnika przez jego selektywne naświetlanie. ZASTOSOWANIE: usuwanie silnego sygnału rozpuszczalnika, np. w próbkach białek i DNA w środowisku 2 O (nie D 2 O!!)

PRESATURACJA SYGNAŁU (usuwanie sygnału rozpuszczalnika) 2 O

Szerokość sygnału zależy od czasu relaksacji T 2??? Szeroki sygnał = krótki T 2 Wąski sygnał = długi T 2 początek rejestracji sygnału

ECO SPINOWE

exp(-t / T 2 ) 90 o 180 o τ τ Dwie przyczyny zaniku sygnału: czynniki aparaturowe (niejednorodność pola) relaksacja spin-spin t = 0 τ 2τ Carr-Purcell-Meiboom-Gill D1 90 o (τ 180 o τ) n -FID y x f s s f f po impulsie 90 o po czasie τ s po impulsie 180 o po czasie τ

REZONANS PODWÓJNY (homodecoupling, odsprzęganie) ν o ββ βα αβ αα υ 0 υ 0