ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.04.2021
Просмотров: 11553
Скачиваний: 30
Основные характеристики спектра ЯМР
Основными характеристиками спектров ЯМР являются химический
сдвиг, мультиплетность, константа спин - спинового взаимодействия
и площадь сигнала резонанса. Эти характеристики зависят от
химического окружения данного ядра или группы ядер, от числа
соседних ядер, обладающих магнитным моментом, от их относительного
расположения, а также от числа анализируемых ядер в различных
структурных фрагментах молекулы.
Химический сдвиг ("дельта") определяет положение сигнала
резонанса в спектре ЯМР и зависит от химического окружения данного
ядра или группы ядер. Химический сдвиг выражается в миллионных
долях (м.д.) и измеряется относительно сигнала резонанса
эталонного соединения (эталона измерения химического сдвига),
добавляемого к анализируемым растворам (менее 1%). Для растворов в
органических растворителях в качестве эталона используют
1 13
тетраметилсилан (ТМС), химические сдвиги сигналов ЯМР Н и С
1 13
которого приняты за начало отсчета, "дельта " ( Н, С) = 0,00
ТМС
("дельта" - шкала химических сдвигов). Для водных растворов в
1
качестве эталона измерения химических сдвигов ЯМР Н используют
2,2-диметил-2-силапентан-5-сульфонат натрия (ДСС) с химическим
1
сдвигом метильных протонов "дельта " ( Н) = 0,015, а для
ДСС
13 13
измерения сдвигов ЯМР С - диоксан (ДО), "дельта " ( С) = 67,4.
ДО
Химические сдвиги могут быть измерены относительно сигналов
Не является официальной версией, бесплатно предоставляется членам Ассоциации лесопользователей
резонанса других эталонов и пересчитаны в "дельта" - шкалу по
формуле:
"дельта" = "дельта " + "дельта ",
х ст
где "дельта" - химический сдвиг сигнала анализируемого
вещества в "дельта" - шкале; "дельта " - химический сдвиг сигнала
х
анализируемого вещества относительно сигнала используемого эталона
X; "дельта " - химический сдвиг сигнала эталона в "дельта" -
ст
шкале.
Для большинства органических веществ сигналы ПМР регистрируются в диапазоне от "дельта" =
0,0 до "дельта" = 14,0. Значения химических сдвигов отсчитывают по оси абсцисс спектра справа
налево.
Мультиплетность сигнала резонанса (М) определяется числом компонент сверхтонкой
структуры сигнала, на которые он расщепляется под влиянием соседних ядер, обладающих спиновым
квантовым числом 1, не равным нулю. Мультиплетность сигнала ПМР (для протона 1 = 1/2) в
спектрах первого порядка определяется по формуле:
M = n + 1,
где n - число протонов в соседней группе.
Спектрами первого порядка являются спектры, в которых разность химических сдвигов
мультиплетных сигналов резонанса взаимодействующих ядер, выраженная в герцах, значительно
превышает константу спин - спинового взаимодействия ("ДЕЛЬТАдельта" "ни" / J > 10, где
"ДЕЛЬТАдельта" - разность химических сдвигов, м.д.; "ни" - рабочая частота спектрометра, МГц; J -
константа спин - спинового взаимодействия в герцах) и каждая из групп ядер магнитно
эквивалентна.
В случае магнитной неэквивалентности ядер соседних групп
n
мультиплетность сигнала определяется по формуле М = 2 .
В спектрах высших порядков, для которых разность химических сдвигов сигналов
взаимодействующих ядер незначительно превышает константу спин - спинового взаимодействия,
определение мультиплетности в ряде случаев затруднено. Интенсивности компонент в мультиплетах
Не является официальной версией, бесплатно предоставляется членам Ассоциации лесопользователей
Приладожья, Поморья и Прионежья –
Постоянно действующий третейский суд.
спектров первого порядка пропорциональны биномиальным коэффициентам. Для дублетных
сигналов отношение интенсивностей компонент составляет 1:1, для триплетных - 1:2:1, для
квартетных 1:3:3:1 и т. д. В близко расположенных мультиплетах взаимодействующих ядер, когда
разность химических сдвигов незначительно превышает константу спин - спинового
взаимодействия, наблюдается отклонение от указанной пропорциональности. Это проявляется в
увеличении интенсивности компонент, ближайших к соседнему мультиплету, за счет уменьшения
интенсивности более удаленных компонент.
Константа спин - спинового взаимодействия (J) выражается в герцах и определяется
расстоянием между компонентами мультиплетов спектров первого порядка. В спектрах высших
порядков определение констант спин - спинового взаимодействия в ряде случаев затруднено и
требует привлечения специальных расчетов с использованием ЭВМ. Значения констант спин -
спинового взаимодействия зависят в основном от электроотрицательности заместителей и
взаимного пространственного расположения групп взаимодействующих ядер, в частности от числа
химических связей, отделяющих эти ядра, и от углов между химическими связями. Для большинства
органических веществ константы протон - протонного спин - спинового взаимодействия имеют
значения от 0 до 16 Гц.
Площадь сигнала резонанса (S) спектра ЯМР пропорциональна числу ядер, обусловливающих
данный сигнал. Площади сигналов спектров ПМР используют для определения числа протонов в
соответствующих группах молекул для измерения концентраций анализируемых соединений или
примесей.
Приборы и методы эксперимента
Спектры ЯМР высокого разрешения регистрируют для легкоподвижных жидкостей или
растворов твердых веществ в определенных растворителях. 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. Для уменьшения интенсивности сигналов растворителей в спектрах ПМР используют
дейтерированные, или апротонные, растворители. Химические сдвиги сигналов остаточных
протонов используемых дейтерированных растворителей: хлороформ - d1 ("дельта" = 7,26),
бензол -- d6 ("дельта" = 7,16), вода - d2 ("дельта" = 4,7 <*>), метанол - d4 ("дельта" = 3,35; 4,8 <*>),
диметилсульфоксид - d6 ("дельта" = 2,50; 3,7 <**>), уксусная кислота - d4 ("дельта" = 2,05; 8,5 <*>),
ацетон - d6 ("дельта" = 2,05).
--------------------------------
<*> Химический сдвиг зависит от рН и температуры раствора.
<**> Сигнал протонов примеси воды.
Для регистрации спектров ПМР используют спектрометры с рабочими частотами 60 МГц и
более. Спектрометр ЯМР состоит из следующих основных функциональных узлов: магнита с
системой стабилизации и коррекции магнитного поля, которые обеспечивают заданное значение
напряженности и высокой однородности постоянного магнитного поля в объеме анализируемого
образца, системы генерации радиочастотного электромагнитного облучения образца и системы
регистрации спектра.
Не является официальной версией, бесплатно предоставляется членам Ассоциации лесопользователей
Приладожья, Поморья и Прионежья –
Постоянно действующий третейский суд.