- •Методические указания
- •1. Метод рентгеноструктурного анализа
- •2. Нейнография
- •Электронография
- •Электрические свойства молекул. Дипольный момент
- •3. Спектроскопические методы исследования органических веществ
- •4. Электронный парамагнитный резонанс (эпр)
- •5. Ядерный магнитный резонанс (ямр)
- •Библиографический список
- •Метод рентгеноструктурного анализа…………………..1
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
5. 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, Р19 и Р31 имеют ядерный спин, разный ±1/2, и вещества, в состав которых введены эти атомы, весьма удобно исследовать методом ЯМР.
Рис. 9. Спектр
ядерного магнитного резонанса этилового
спирта:
А–при малом
разрешении (числа в скобках–площади
пиков в относит. ед.); Б–при высоком
разрешении
Метод ЯМР, открытый в 1946 г., является одним из наиболее важных новых методов исследования органических соединений, так как он позволяет решить многие труднейшие вопросы, катающиеся деталей строения органических молекул, характера химических связен и кинетики реакций. Это возможно благодаря тому, что ядра атомов, в зависимости от того, какими другими ядрами они окружены и молекуле (различное магнитное окружение), дают сигнал ЯМР (резонансный эффект) при различных значениях напряженности постоянного магнитного поля. Так, например, в спектре ЯМР этилового спирта (рис. 9, 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.
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.
Рис. 10. Спектр ядерного магнитного резонанса N-этилэтиленимина
«Химические сдвиги», которые могут дать сведения о характере химических связей и являются основой анализа спектрограмм.
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.
На рис.10 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 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.