Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР), как и рассмотренный ранее метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), основан на регистрации резонансного поглощения энергии радиочастотного излучения веществом, помещенным в магнитное поле. Однако в этом случае кванты энергии радиочастотного излучения поглощаются не электронами, а ядрами элементов, имеющими магнитный момент — так называемый «ядерный спин», в первую очередь — протонами.

Надо отметить, что у ядер атомов, чаще всего входящих в состав органических соединений (таких, как С12, О16 и др.), массовое число А и заряд z четные, а потому их «ядерный спин» равен нулю. Такие ядра не дают сигналов ядерного резонанса. В то же время ядра атомов Н1, С13, F19 и Р31 имеют ядерный спин, равный ±1/2, и вещества, в состав которых введены эти атомы, весьма удобно исследовать методом ЯМР.

Существуют также элементы, ядра которых имеют спин, равный единице или большей величине, кратной 1/2. Изучение ЯМР соединений, в которые входят такие элементы, труднее осуществить экспериментально.

Отсутствие спина у важнейшего органогена С12 является большим достоинством метода, так как если бы С12 имел магнитный момент, спектры ЯМР были бы гораздо сложнее. Если требуется наблюдать сигнал ЯМР от углеродного атома, можно вводить в испытуемые объекты его изотоп С13.

Метод ЯМР, открытый в 1946 г., является одним из наиболее важных новых методов исследования органических соединений, так как он позволяет решать многие труднейшие вопросы, касающиеся деталей строения органических молекул, характера химических связей и кинетики реакций. Это возможно благодаря тому, что ядра атомов, в зависимости от того, какими другими ядрами они окружены в молекуле (различное магнитное

окружение), дают сигнал ЯМР (резонансный эффект) при различных значениях напряженности постоянного магнитного поля. Так, например, в спектре ЯМР этилового спирта (рис. 57, А) видны три пика, соответствующие атомам водорода в трех разных магнитных окружениях (СН3, СН2 и ОН). Площади пиков находятся в отношении 3:2:1 соответственно числу атомов водорода в этих группах.

Надо подчеркнуть, что спектр на рис. 57, А получен на приборе с малым разрешением. На более совершенном приборе в каждом пике проявилась бы тонкая и сверхтонкая структура (рис. 57, Б). Она возникает, как и в методе ЭПР, в результате взаимодействия спинов достаточно близко расположенных друг к другу ядер. Число расщепленных линий тонкой структуры для каждой группы атомов изучаемой молекулы легко вычислить заранее.

Расстояния между линиями на рис. 57, А определяются двумя параметрами: разрешающей способностью прибора и так называемым химическим сдвигом, характеризующим природу самой изучаемой молекулы.

Для химиков наиболее интересны следующие характеристики, которые могут быть получены при рассмотрении спектров ЯМР:

1. Ширина и площадь линии (пика), а также время релаксации, т. е. время, необходимое для возвращения ядра с верхнего энергетического уровня на нижний. Эти характеристики могут дать сведения о движении и, в частности, о вращении групп внутри твердого тела, а в некоторых случаях — о расстоянии между соседними ядрами.

2.  «Химические сдвиги», которые могут дать сведения о характере химических связей и являются основой анализа спектрограмм.

3.  Число и относительная площадь линий тонкой структуры. Эти характеристики также дают сведения о химических связях.

Ядерный магнитный резонанс выгодно применять для установления структуры сложных органических соединений и изучения сложных реакционных смесей. Этот метод дает огромную экономию труда и времени при изучении различных молекулярных перегруппировок: при работе с соединениями, мечеными изотопом С13, можно установить положение С13 в молекуле непосредственно, не проводя многостадийных деструкции.

На рис. 58 приведена для примера спектрограмма ЯМР для N-этилэтиленимина. Эта спектрограмма привела к интересным выводам, что в молекуле N-этилэтиленимина атом азота и непосредственно с ним связанные три атома углерода не лежат в одной плоскости и взаимные превращения (инверсии) типа

происходят не чаще чем 80 раз в секунду.

Пользуясь методом ЯМР, можно легко получать сведения о строении молекул, недоступные или трудно получаемые иными путями. Поэтому, несмотря на сложность и дороговизну аппаратуры, метод ЯМР приобретает все большее значение в органической химии.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн