Б.Н. Тарасевич - Первоначальные сведения о методах ЯМР, масс-спектрометрии и ИК спектроскопии (1161698)
Текст из файла
Первоначальные сведения о методах ЯМР, массспектрометрии и ИК спектроскопии..МГУ имени М.В.Ломоносова,Химический факультет, кафедра органической химии.доц. Тарасевич Б.Н.Вводные замечания.Настоящая презентация используется в рамках лекций по общемукурсу органической химии для студентов 3-го курса химическогофакультета МГУ имени М.В.Ломоносова. Результаты физикохимических экспериментов (спектроскопических в том числе), лежат воснове теоретических представлений современной органическойхимии. Физические методы анализа являются повседневныминструментом в руках химиков - синтетиков. Функциональный анализи установление строения (подтверждение структурной формулы)полученного соединения – необходимые этапы для логическогозавершения процесса синтеза.
Для осмысленного изучения курсаорганической химии представляется совершенно необходимымознакомление студентов с начальными сведениями о физическихосновах в первую очередь ЯМР, масс-спектрометрии, ИКспектроскопии. Полученные на лекциях начальные представления вдальнейшем закрепляются на семинарских занятиях при решениизадач и в процессе практического применения ЯМР и ИК впрактикуме.Материал данной презентации рассчитан на 2 лекции.Предполагается, что комментарии к слайдам студенты получают вовремя лекций или при изучении соответствующих разделовучебников.Тарасевич Б.Н.
20142Презентация находится на сайтехимического факультетаhttp://www.chem.msu.su/Кафедра органической химии – учебные материалыhttp://www.chem.msu.ru/rus/teaching/tarasevich/Tarasevich_NMR_3.pdfТарасевич Б.Н. 20143Литература•1. Р. Сильверстейн, Г. Басслер, Т. Моррил, Спектрометрическая идентификацияорганических соединений, М., "Мир", 1977;•2. Р. Сильверстейн, Р. Вебстер, Д.
Кимл, Спектрометрическая идентификацияорганических соединений, М., «БИНОМ. Лаборатория знаний", 2011;•3. Л.А. Казицына, Н.Б. Куплетская, Применение УФ, ИК, ЯМР и МАССспектроскопии в органической химии, изд. МГУ, 1979.•4. Д. Браун, А. Флойд, М. Сейнзбери, Спектроскопия органических веществ, М,«Мир», 1992;•5. Преч Э., Бюльманн Ф., Аффольтер К., Определение строения органическихсоединений, М., «Бином. Лаборатория знаний», 2006. (табличные данные,используемые при решении задач.)=====================================================•Тарасевич Б.Н.
20144Задачи, для решения которых используют данныефизических методов:••••••Идентификация соединения по ИК, ЯМР и (или) МС-спектру сиспользованием баз данных, таблиц, атласов спектров;Функциональный анализ – доказательство наличия вмолекуле определённых функциональных групп;Определение строения молекул (длины связей, валентныеуглы,стереохимия)–сложнаязадача,требующаяиспользования комплекса методов и расчётного аппарата.
Внашем случае речь идёт о подтверждении структурнойформулы (или её установлении);Задачи количественного анализа.Дляэффективногоиспользованияуказанныхметодовнеобходимо использовать, по возможности, индивидуальныевещества, достаточно очищенные.Решение задач более высокого уровня здесь не рассматривается.Тарасевич Б.Н. 20145Наиболее употребительные физические методыисследования структуры и реакционнойспособности химических соединенийСпектроскопия ЯМР. Масс-спектрометрия .
ИК-спектроскопия.Газо-жидкостная хроматография (ГЖХ) и высокоэффективная жидкостная хроматографияВЭЖХ – выделение и очистка соединенийРентгеноструктурный анализ – определение геометрических параметров молекул икристаллов.Газовая электронография - определение геометрических параметров молекул .Нейтронография - определение геометрических параметров.Оптическая спектроскопия в УФ и видимой области спектра – изучение равновесий, кинетикии энергетических состояний молекул.Спектроскопия комбинационного рассеяния – используется совместно с ИК.Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) – изучение радикалов.Фотоэлектронная (ФЭС) и рентгеноэлектронная спектроскопия (РЭС) – исследованиеэнергетических состояний молекул.Спектрополяриметрия и другие хироптические методы – изучение оптически активныхсоединений.Магнетохимические измерения.Спектроскопия ядерного гамма резонанса (ЯГР).Электрохимические методы.Физические методы ворганической химии.ИК, УФ, ЯМР и МАСС,спектроскопияЭлектронные спектры в УФ ивидимой областях.Почему их не используют для идентификацииТарасевич Б.Н.
20147Электронные спектры поглощения в УФ области окисимезитила (II, 2-метилпентен-2-он-4) и холестаен-4-она-3(I) в спиртовом растворе.Тарасевич Б.Н. 20148Электронный спектр поглощения в УФ области окиси мезитила (II) ихолестаен-4-она-3 (I). Спектр поглощения обусловлен электроннымипереходами в системе сопряжённых связей С=С-С=О.Хромофорные группыТарасевич Б.Н. 20149Спектроскопия ЯМРТарасевич Б.Н. 201410Основные этапы развития метода ЯМР.•1945 г.
две группы физиков - Парселла и Блоха, работавших независимо,наблюдали явление ЯМР в жидкостях и твердых телах.1943 Е.К.Завойский (1907 -1976), первооткрыватель ЭПР вконденсированной фазе (1943 г.).•Начало 1950-х г. конструирование спектрометров ПМР и применениеЯМР для решения химических задач.•1966 г. Р. Эрнст разработал принципы Фурье-спектроскопии. Применениесверхпроводящих магнитов.•1960-1970-е гг. производство приборов высокого разрешения для другихядер, кроме 1Н и 13С.•1970-е гг.
усовершенствование вычислительной техники и разработкапрограммного обеспечения для ЯМР.Развитие Д. Джинером двумерной ЯМР-спектроскопии (2D-ЯМР).Тарасевич Б.Н. 201411Применение спектроскопии ядерного магнитногорезонанса в органической химии.Физические основы методаи техника эксперимента.Магнитные свойства некоторых ядерЯдра с четным числом протонов и нейтронов (четный заряд Z и четнаямасса M не имеют магнитных моментов ( спиновое квантовое число I = 0)12 С,16 О,32 S,28 Si … ЯМР нет161468Все другие ядра имеют магнитные моменты и их можно изучать методом ЯМР (на конец2000 года были измерены магнитные моменты 118 стабильных изотопов 104химических элементов)Спиновое квантовое число ядра I может принимать полуцелыеи целые значения от 1/2 до 9/2.Спин определяет число возможных (разрешенных) ориентациймагнитного момента во внешнем магнитном поле: N = 2I +1При исследовании строения молекул удобнее всего использовать ядра с I = ½1H, 15N, 31P , 13C, 29Si, 19F, 119Sn, 195Pt, 199Hg…Ядра со спином I > 1/2 имеют электрические квадрупольные моменты, и их можно изучатьметодом ЯКР.Тарасевич Б.Н.
201413Основы спектроскопии ЯМРМагнитные свойства некоторых ядер.• Распространённость природных изотопов(ат.%) – важная характеристика элементов:H – 99,985%;2H – 0,015%;13C -1,108%;15N – 0,365%;19F – 100%.1Тарасевич Б.Н. 201414Основы спектроскопии ЯМР.Поведение ядер со спином ½ во внешнем магнитном поле Н0.При отсутствии внешнего магнитного поля ориентация спинов хаотична (а), при наложениимагнитного поля возникает система спиновых энергетических уровней (b,c).Тарасевич Б.Н. 201415Основы спектроскопии ЯМР.Поведение ядер со спином ½ во внешнем магнитном поле Н0.hH 0E E2 E1 h2 [c-1], h = 6,6*10-34 [Дж*с]H 02Электронные переходы (УФ и ВИД)1014 - 1016 с-1, Энергия 7*10-19 Дж==============================Переходы между спиновыми уровнями(ЯМР)107 - 108 с-1, Энергия 7*10-26 Дж – гиромагнитное отношение, постоянная величинадля данногоизотопа.Тарасевич Б.Н.
201416Основы спектроскопии ЯМР.Резонансные частоты для протонов 1Н в разных магнитныхполях Н0 (Тесла)Н0 (Тс)ν0(1Н)Магнитное поле Землина полюсе 6,5*10-5на экваторе 3,5*10-52,7 КГц1,5 КГцна поверхностиЮпитера 130*10-554 КГцСпектрометры ЯМР2,34100 МГц7,02300 МГц14,04600 МГц17,55750 МГц21,06900 МГцТарасевич Б.Н. 201417Основы спектроскопии ЯМРСхема простейшего стационарного спектрометра снепрерывной разверткой.В настоящее время такие спектрометры не производят.Тарасевич Б.Н. 201418Основы спектроскопии ЯМРСхема простейшего спектрометра с непрерывной разверткойнаглядна и иллюстрирует общие принципы.•Можно записать спектр, медленно меняянапряженность поля магнита Н0 припостояннойчастотегенератора(развертка поля) , или изменяя частотупри постоянной напряженности поля(частотная развертка). На первыхэтапах развития ЯМР чаще пользовалисьразверткой поля.
При этом в стандартныхэкспериментах напряженность поляувеличивалась при движении кареткисамописца вправо. Поэтому в обиходвошли выражения «сдвиг сигнала всторону сильного поля» - т.е. вправо постандартному спектру. Для полученияспектра высокого качества разверткуосуществляли с малой скоростью,поэтому запись обычно занималадесятки минут.H 0 2Тарасевич Б.Н. 201419Упрощённая схема импульсного ЯМР с преобразованиемФурье.
(Демонстрация принципа).free inductiondecay FIDТарасевич Б.Н. 201420Пример из нобелевской лекции Р.Эрнста (1991 г.). Спектры ЯМРразбавленного раствора 7-этокси-4-метилкумарина, зарегистрированные са) непрерывной развёрткой и б) в импульсном режиме. (предоставленоЮ.А.Устынюком)••Спектры 1Н-ЯМР оченьразбавленного раствора 7-этокси-4метилкумарина. а) Верхний спектр записанна приборе с рабочей частотой 60 МГц, врежиме непрерывной развертки. Егорегистрация заняла 500 секунд.•б) Нижний спектр того же образца записанв импульсном режиме.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
