Магистрант
  1. Физическая химия  1.1. Термодинамика  1.1.1. Законы термодинамики  1.1.2. Энтальпия и теплоемкость  1.1.3. Энтропия и свободная энергия  1.1.4. Фазовое равновесие  1.1.5. Статистическая термодинамика  1.1.6. Термодинамический цикл  1.1.7. Фугитивность и активность  1.2. Квантовая химия  1.2.1. Принципы квантовой механики  1.2.2. Уравнение Шрёдингера  1.2.3. Частица в ящике  1.2.4. Операторы и собственные значения  1.2.5. Атомные орбитали  1.2.6. Теория молекулярных орбиталей  1.2.7. Теория возмущений  1.2.8. Теория валентных связей  1.2.9. Гибридизация и химическое связывание  1.3. Химическая кинетика  1.3.1. Законы скорости и механизмы реакций  1.3.2. Теория столкновений  1.3.3. Теория переходного состояния  1.3.4. Кинетика ферментов  1.3.5. Цепные реакции и полимеризация  1.3.6. Фотохимические реакции  1.4. Statistical mechanics  1.4.1. Функции разделения  1.4.2. Молекулярные функции распределения  1.4.3. Распределение Больцмана  1.4.4. Статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака  1.5. Спектроскопия  1.5.1. Ротационная спектроскопия  1.5.2. Вибрационная спектроскопия  1.5.3. Электронная спектроскопия  1.5.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  1.5.5. Масс-спектрометрия  1.5.6. Спектроскопия Рамана  1.5.7. Электронный парамагнитный резонанс  1.6. Поверхностная и коллоидная химия  1.6.1. Изотерма абсорбции  1.6.2. Поверхностное натяжение и смачиваемость  1.6.3. Коллоидная стабильность  1.6.4. Катализ  1.6.5. Эмульсии и мицеллы  1.7. Электрохимия  1.7.1. Уравнение Нернста  1.7.2. Электрохимические ячейки  1.7.3. Проводимость и подвижность  1.7.4. Война  1.7.5. Топливные элементы  1.7.6. Электролиз
  2. Organic chemistry  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Nucleophilic substitution reactions  2.1.2. Электофильные реакции присоединения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перестройки  2.1.5. Radical reactions  2.1.6. Перициклические реакции  2.2. Спектроскопия и определение структуры  2.2.1. УФ-Вид спектроскопия  2.2.2. ИК-спектроскопия  2.2.3. ЯМР-спектроскопия  2.2.4. Масс-спектрометрия  2.2.5. Рентгеновская кристаллография  2.3. Stereoscopic  2.3.1. Хиральность и оптическая активность  2.3.2. Структурный анализ  2.3.3. Геометрическая изомерия  2.3.4. Динамическая стереохимия  2.4. Органометаллическая химия  2.4.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.4.2. Реакции кросс-сочетания с использованием палладия в качестве катализатора  2.4.3. Комплексы переходных металлов  2.4.4. Металл–углеродная связь  2.5. Химия полимеров  2.5.1. Механизм полимеризации  2.5.2. Характеристики полимеров  2.5.3. Биодеградируемый полимер  2.5.4. Проводящий полимер  2.5.5. Супрамолекулярные полимеры  2.6. Медицинская химия  2.6.1. Дизайн и разработка лекарств  2.6.2. Фармакокинетика и фармакодинамика  2.6.3. Соотношения структура-активность  2.6.4. Молекулярный докинг и скрининг лекарств
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Теория кристаллического поля  3.1.2. Теория поля лигандов  3.1.3. Спектрохимический ряд  3.1.4. Хелатирование и стабильность  3.2. Органометаллическая химия  3.2.1. Металлокарбонилы  3.2.2. Катализ органометаллическими комплексами  3.2.3. Металоцены  3.3. Био-неорганическая химия  3.3.1. Металлопротеины и ферменты  3.3.2. Роль металлов в биологических системах  3.3.3. Транспорт и хранение ионов металлов  3.4. Химия твердого тела  3.4.1. Кристаллические структуры  3.4.2. Теория зон в твердых телах  3.4.3. Сверхпроводники  3.4.4. Дефекты в кристалле  3.5. Лантаноиды и актиноиды  3.5.1. Электронная конфигурация в лантанидах и актинидах  3.5.2. Координационная химия лантаноидов  3.5.3. Магнитные свойства лантаноидов
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Тонкослойная хроматография  4.2. Спектроскопические методы  4.2.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.2.2. Дифракция рентгеновских лучей  4.2.3. Спектроскопия с индуктивно связанной плазмой  4.3. Электроаналитические методы  4.3.1. Потенциометрия  4.3.2. Вольтамперометрия  4.3.3. Колометрия  4.4. Масс-спектрометрия  4.4.1. Техника ионизации  4.4.2. Фрагментационная картина  4.5. Хемометрия  4.5.1. Мультидисциплинарный анализ  4.5.2. Машинное обучение в химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярная динамика  5.1.1. Силовые поля и минимизация энергии  5.1.2. Метод Монте-Карло в симуляциях молекулярной динамики  5.2. Квантовохимические методы  5.2.1. Теория Хартри — Фока  5.2.2. Теория функционала плотности  5.2.3. Полуэмпирические методы  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.3.1. Молекулярный докинг  5.3.2. QSAR Моделирование  5.3.3. Виртуальный скрининг
  6. Биохимия  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Кинетика Михаэлиса-Ментен  6.1.2. Механизм ингибирования  6.2. Метаболизм и биоэнергетика  6.2.1. Гликолиз  6.2.2. Citric acid cycle  6.2.3. Цепь переноса электронов  6.3. Молекулярная биология  6.3.1. Репликация и восстановление ДНК  6.3.2. Синтез белка  6.3.3. Регуляция генов  6.4. Структурная биохимия  6.4.1. Свертывание белка  6.4.2. Мембранная биофизика
  7. Экологическая химия  7.1. Атмосферная химия  7.1.1. Greenhouse gases  7.1.2. Истощение озонового слоя  7.1.3. Загрязнители воздуха и дым  7.2. Химия воды  7.2.1. pH и жесткость воды  7.2.2. Очистка сточных вод  7.2.3. Аквальная Химия  7.3. Химия почвы  7.3.1. Загрязнение тяжелыми металлами  7.3.2. pH почвы и буферизация  7.3.3. Циркуляция питательных веществ  7.4. Токсикология и химическая безопасность  7.4.1. Токсикокинетика  7.4.2. Оценка риска в токсикологии и химической безопасности в экологической химии  7.4.3. Влияние загрязняющих веществ на окружающую среду

Магистрант → Organic chemistry → Спектроскопия и определение структуры ↓


ЯМР-спектроскопия


Ядерная магнитно-резонансная (ЯМР) спектроскопия — это одна из самых мощных и универсальных аналитических техник, используемых для определения структуры молекул в области органической химии. Эта техника использует магнитные свойства некоторых атомных ядер. Она предоставляет детальную информацию о структуре, динамике, состоянии реакции и химическом окружении молекул.

Основы ЯМР-спектроскопии

ЯМР-спектроскопия основана на взаимодействии между спином ядра и внешними магнитными полями. Атомные ядра с нечетным числом протонов или нейтронов имеют внутренний магнитный момент и спин, что делает их ЯМР-активными. ¹H (протоны) и ¹³C (углерод) являются наиболее распространенными ядрами, анализируемыми с помощью ЯМР. Когда эти ядра подвергаются воздействию сильного внешнего магнитного поля, они ориентируются по или против поля, создавая различные уровни энергии.

Энергетические уровни и эффект Зеемана

В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты ядра ориентированы случайным образом. Однако, когда прикладывается магнитное поле, магнитные моменты ориентируются по или против поля. Разность энергии между этими состояниями называется расщеплением Зеемана. Частота, на которой поглощается энергия и ядро переходит между этими энергетическими уровнями, называется частотой Лармора.

с магнитным полем энергия ΔE

Частота Лармора зависит от типа ядра и силы магнитного поля, что рассчитывается по следующему уравнению:

    ω₀ = γB₀

где ω₀ — это частота Лармора, γ — гиромагнитное отношение (особая постоянная для каждого типа ядра), а B₀ — сила магнитного поля.

Химический сдвиг

Химический сдвиг — это важный параметр в ЯМР-спектроскопии, предоставляющий информацию о химическом окружении ядра. Он определяется как разность между частотой резонанса ядра в образце и частотой в опорном соединении. Химические сдвиги измеряются в частях на миллион (ppm) и в значительной степени зависят от экранирования электронами и эффектов делокализации.

1 0 Химический сдвиг (ppm)

Экранирование происходит, когда циркулирующие электроны создают локальное магнитное поле, которое противодействует приложенному магнитному полю, уменьшая фактическое магнитное поле, испытываемое ядром. В отличие от этого, разэкранирование происходит, когда электроны увеличивают локальное магнитное поле, увеличивая тем самым магнитное поле на ядре.

Спиновое взаимодействие

Спиновое взаимодействие, или J-связывание, это взаимодействие между соседними ядрами. Оно предоставляет дополнительные детали о молекулярной структуре через картину расщепления ЯМР-сигналов. Когда ядра связаны, они расщепляют ЯМР-сигналы друг друга на множественные пики. Количество расщеплений связано с количеством связанных соседних ядер.

Например, протон будет расщепляться на дублет с соседним протоном. Протон с двумя соседними протонами будет выглядеть как триплет и так далее. Константа связывания, J, измеряется в герцах (Hz) и указывает на разницу энергии между пиками мультиплета.

    CH₃-CH₂-Br

В этом примере протоны в этильной группе показывают типичную картину расщепления:

  • CH₃ протоны расщепляются на триплеты (из-за двух CH₂ протонов)
  • CH₂ протоны расщепляются на квартеты (из-за трех CH₃ протонов)

Интерпретация спектров ЯМР

Спектр ЯМР предоставляет множество информации, которая может быть использована для установления структуры соединения. Основные аспекты включают:

  • Количество сигналов: Указывает на количество различных типов водородной или углеродной среды в молекуле.
  • Химический сдвиг: Предоставляет подсказки о электронном окружении и о типе функциональных групп вокруг ядра.
  • Интеграция: Площадь под каждым пиком пропорциональна количеству протонов, способствующих этому сигналу.
  • Мультиплетность: Картины расщепления отражают количество соседних протонов и их взаимодействия.

Пример анализа

Рассмотрим спектр ЯМР этанола (CH₃CH₂OH):

    1. Триплет (CH₃) на 1 ppm
    2. Квартет на 3.8 ppm (CH₂)
    3. Синглет (OH) на 5 ppm
CH₃ CH₂ OH

Этот спектр указывает на то, что этанол имеет три различных среды для атомов водорода:

  • CH₃ группа показывает триплет, потому что она находится рядом с CH₂ группой.
  • Поскольку CH₃ группа имеет три протоны, CH₂ группа выглядит как квартет.
  • OH группа представлена синглетом, так как она обычно не связана с другими протонами.

Типы ЯМР-спектроскопии

Существует несколько типов ЯМР-спектроскопии, которые ориентированы на различные ядра или специализируются на определенных аналитических техниках:

  • ¹H ЯМР: Исследует атомы водорода и является самым распространенным типом ЯМР.
  • ¹³C ЯМР: Сфокусирован на атомах углерода, предоставляя информацию о углеродном скелете органических соединений. Поскольку естественное содержание ¹³C составляет около 1.1%, это требует более чувствительного подхода.
  • ²D ЯМР: Использует двумерные техники, такие как COSY, NOESY и HSQC, чтобы предоставить детальные карты взаимодействий и информацию о связях в молекулах.

Применение ЯМР-спектроскопии

ЯМР-спектроскопия имеет широкое применение в исследованиях, фармацевтике, материаловедении и других областях:

  • Установление структуры: Определение полной структуры атомов в сложных органических молекулах.
  • Количественный анализ: Измерение концентраций компонентов в смесях.
  • Изучение молекулярной динамики: Исследование динамики конформаций молекул и катализов ферментов.
  • Анализ сложных смесей: Предоставление данных о метаболических путях и образцах природных продуктов.

Ограничения ЯМР-спектроскопии

Несмотря на свою универсальность, ЯМР-спектроскопия имеет некоторые ограничения:

  • Чувствительность: ЯМР по своей природе менее чувствителен, чем другие техники, и требует больших размеров образцов для анализа.
  • Стоимость: Высококачественные ЯМР-спектрометры и обслуживание дорогие.
  • Затраты времени: Детальный анализ и интерпретация сложных спектров может занимать много времени.

Заключение

ЯМР-спектроскопия остается незаменимым инструментом в органической химии, предоставляя детальный взгляд на структуры молекул и их поведение. С дальнейшими достижениями её сфера применения, вероятно, будет расширяться в различных научных областях.


Магистрант → 2.2.3


U
username
0%
завершено в Магистрант

← Предыдущий (2.2.2)
ИК-спектроскопия
Следующий (2.2.4) →
Масс-спектрометрия

Комментарии 



ЯМР-спектроскопия

https://www.chemistryelite.com/g/2.2.3?ceal=ru