Microsoft PowerPoint - NMRuvod [Compatibility Mode]

Транскрипт

1 Nuklearna Magnetna Rezonancija NMR

2 Dvodimenzijske metode i tehnike (2D NMR) POVIJESNI RAZVOJ NMR-a W. Pauli - teorijski temelji NMR Rabi i sur. - dokaz o postojanju nuklearnog spina ( molekulski snop LiCl) Nobelova nagrada iz fizike Rabiju Bloch (Stanford) i Purcell (Harvard)- prvi uspješni eksperimenti efekta NMR Nobelova nagrada iz fizike za NMR Blochu i Purccelu Prvi komercijalni NMR spektrometar (Varian 30 MHz) Spektrometri od 100 MHz Pulsni spektrometri s Fourierovom transformacijom Spektrometri od 400 MHz

3 1970. Oslikavanje magnetnom rezonancijom (magnetic resonance imaging, MRI) Nobelova nagrada iz kemije za NMR, R. R. Ernst Magnet od T (750) MHz Magnet od T (900 MHz) Prvi komercijalni i 900 MHz spektrometar t Nobelova nagrada iz kemije za NMR, K. Wütrich Nobelova nagrada iz medicine za MRI, P. Lauterbur i P. Mansfield (fizičari) Magnet od T (950 MHz) 2009 Magnet od 1000 MHz (1GHz) Magnet od 1000 MHz (1GHz) Magnet od 1,2 GHz u tijeku

4 Spektar elektromagnetnoga t zračenja zrake E(kJ/mol) X zrake UV prijelazi elektrona IR vibracije mikrovalovi rotacije,cm NMR radiovalovi prijelazi spinova ultraljubičasto vidljivo blisko srednje daleko 200 nm 400 nm 800 plavo crveno cm

5 NMR spektrometar 1GHz 23,5 T

6 ICE NMR Integrirani NMR sustav- INCA BEST NMR 900 MHz 950 MHz 950 MHz

7 LC-SPE-krio/NMR sustav

8 NMR visoke rezolucije Prvi publicirani NMR spektar visoke rezolucije, 30 MHz 1 H NMR spektar, 300 MHz 3D HMQC-TOCSY NMR spektar azitromicina 500 MHz 2D TPPI-NOESY spektar azitromicina, 500 MHz

9 Sprega tekućinske kromatografije i NMR-a Sprega tekućinske kromatografije i NMR a LC-NMR

10 Sprega tekućinske kromatografije i NMR-a NMR s SGI ili PC (windows) HPLC s PC

11 LC-SPE-NMR-MS MS sustav

12 MRI/MRS sustav

13 Spin jezgre i rezonancija P = I h/2 = P I = (0, 1/2, 1, 3/2,...7)

14 Jezgra s kvantnim brojem I može imati 2I n + 1orijentaciju B 0 =0-1/ /2 1 I = 1/2 I = 1 I = 3/2-3/2-1/2 1/2 3/2 en nergija Svojstva nekih jezgri sa spinom ½ izotop Prorodna NMR frekvencija Relativna zastupljenost (MHz) osjetljivost (%) B 0 =11.7 T 1 H H a 13 C x N x F Si x P x 10-2 a ako ima 100% 3 H

15 Dogovorom je prihvaćeno da je smjer primjenjenog magnetnog polja smjer osi z u Cartesijevom koordinatnom sustavu z Frekvencija precesije ili Larmorova frekvencija x y = P

16 Rezonancija B 0 0 B 0 =0 E = P P = Ih/2 E = - 0 B 0 = - hib 0 /2 E = hb 0 /2 E = h = B 0 /2 Osnovni uvjet rezonancije 1 = 0

17 Boltzmanova raspodijela N / N = e E/kT N- broj jezgri k-boltzmanova konstanta ( JK -1 ) T-temperatura Samo 1 jezgra na milijun više u Samo 1 jezgra na milijun više u osnovnom energijskom stanju!!

18 nekad danas

19 vremenska domena frekvencijska domena + e i t = cos t + isin t F ( ) = f(t) e i t dt - realno imaginarno Apsorpcijski sigal Disperzijski sigal

20 Vektorski ki model z M 0 x y S obzirom da ima više istovrsnih spinova u stanju vektor ukupne magnetizacije ima smjer + z

21 Radiofrekventni puls Pulsni ikut = 360 B 1 t p /2

22 Pozitivna Pozitivna negativna Negativna apsorpcija disperzija apsorpcija disperzija

23 Pulsni slijed Radiofrekventni pulsevi x 180 y t 2 Jezgra A ( 1 H) x x t 1 rasprezanje Jezgra X ( 13 C, 15 N) G 1 G 2 G 3 Gradijentni pulsevi

24 NMR parametri a) Vremena a) Vremena opuštanja opuštanja ili ili relaksacije j ) vrijeme opuštanja spin-rešetka (longitudinalno),t 1 dm z /dt = (M 0 -M z )/T 1 Blochova jednadžba Intenzitet NMR signala

25 )) vrijeme opuštanja spin-spin p (transverzalno), T 2 dm x /dt = (M x )/T 2 dm y /dt = (M y y) )/T 2 Širina NMR linija 1/2 = 1/T 2 vrijeme

26 Mehanizmi i opuštanja spin-rešetka 1/T 1 uk = 1/T 1 DD + 1/T 1 CSA +1/T 1 SR +1/T 1 SC DD- dipol-dipol (najučinkovitiji) CSA- anizotropija kemijskog pomaka SR- spinska rotacija (rotori npr. CH 3 3) SC- skalarna sprega (bliska Larmorova frekvencija 13 C- 37 Br)

27 b) Kemijski pomak, nuklearno zasjenjenje j j Levitt A Za izotropni medij A = dia + para + A X x elektroni Elektroni koji okružuju jezgru A stvaraju magnetno polje (zasjenjenje) koje utječe na ukupno magnetno polje koje osjećaju jezgre

28 B ef = B 0 - B ind B ind = ef B 0 B ef = B 0 -(1- ef ) = B 0 /2 Uvjet rezonancije = (1- ef ) B 0 / 2 Referentna Skala uzorak = uzorak - referentno / referentno = (Hz) / referentno (MHz) Skala u ppm!

29 Skala za različite jezgre Za protone kiseline aldehidi aromati amidi Alkoholi, protoni u - položaju ketona olefini alifati Za ugljike C=O ketona aromati konj. alkeni olefini Alifatski CH 3, CH 2, CH C=O kiselina Aldehida, estera Ugljici i u susjedstvu alkohola, ketona

30 NMR spektroskopija pj u čvrstom stanju 13 C NMR spektar u otopini 13 C NMR spektar u čvrstom stanju

31 Interakcije ovisne o položaju u prostoru

32 Levitt Anizotropija kemijskog pomaka (CSA) U NMR-u tekućina gibanje (tumbanje) molekula uzrok je simetričnosti vremenski uprosječenog elektronskog zasjenjenja. U NMR-u čvrstog stanja, molekule se ne gibaju izotropno pa kemijski pomak ne ovisi samo o kemijskom identitetu atoma nego i o prostornom odnosu između molekule i vanjskog magnetnog polja. Vjerojatnost orijentacije H cs cos Spektar krutine Pojedinačni signali

33 Anizotropija kemijskog pomaka i prstenaste struje

34 c) Konstanta sprege spin-spin Konstanta sprege spin-spin Spinsko stanje susjedne jezgre može utjecati na energetske razine promatrane jezgre. Za takve jezgre kažemo da su međusobno spregnute preko jedne ili više kemijskih veza Energetski dijagram. Svaki spin sada ima dvije podrazine ovisno o stanju spina s kojim je u sprezi Razlika između dvije linije dubleta se zove konstanta sprege J i ima jedinicu Hz Način sprezanja bitan je za identifikaciju spinskog sustava u molekuli i za određivanje njene strukture

35 Homonuklearna sprega J : 2 spina 4 razina Spinsko stanje energija J J J J prijelaz energija J J 2 12 Levitt J J

36 Heteronuklearna sprega J : 2 spina Levitt Heteronuklearna sprega J : 3 spina Levitt

37 Heteronuklearna sprega J : 4 spina Spektri se mogu pojednostavniti rasprezanjem Levitt

38 Multipletnost Relativni intenzitet Izgled signala Primjer Singlet (s) Dublet (d) J J J X HC H a C Y H a C Y Z Z Triplet (t) J J J H 2C H a C Y Z K vartet (q) J J J J H 3 C H a C Y Z H 2 C H a C CH 2 K vintet Y

39 Spin-spin sprege kroz tri veze Martin Karplus je pokazao da vicinalna sprega između 1 Hatoma ovisi o diedarskom kutu između njih. Ova relacija se može iskazati pomoću Karplusove jednadžbe: džb J( ) J ( ) 2 Acos ( ) B cos( ) C A, B, i C su empirijski određeni parametri. Sprega J omogućuje procjenu molekulske konformacije!

40 Spinski sustavi Pople-ova notacija: slova u abecedi označavaju kemijske pomake Prvi red: /J 10 oznake A i X Viši red: /J 10 oznake A, B, C

41

42 Više spinskih sustava unutar jedne molekule

43 CH2F2 H F H F Cl H H H H Cl Cl Cl H H H H

44

45 Odredite spinski sustav za slijedeće molekule H H H H A3MX H NO 2 H H H H H H H H AMX + A 2 B 2 C (AA BB C)

46 C 8 H 7 OBr KN = 5 O O O CH 3 CH 3 CH 3 Br Br Br

47 Odredite položaj supstitucije metilnih skupina u dimetilpiridinu H 3 C H 3 C N CH 3 N CH 3 CH 3 H 3 C 3 CH 3 N N CH 3