Korzystaj z naszej usługi NMR, która zapewnia 1H NMR i wiele innych technik NMR.
W spektroskopii NMR wykorzystywane są trzy izotopy wodoru: 1Hydrogen, 2Deuter i 3Tryt. Każdy izotop rezonuje na innej częstotliwości, np. jeśli 1H rezonuje przy 400 MHz, to 2H rezonuje przy 61,402 MHz. Tylko jeden izotop jest obserwowany w tym samym czasie, ponieważ spektrometr nadaje i odbiera w bardzo ograniczonym zakresie częstotliwości. Zakresy przesunięć chemicznych dla wszystkich trzech jąder są praktycznie identyczne i mogą być wykorzystane do wstępnej analizy, ale na tym podobieństwo się kończy. 3Tryt nie jest powszechnie mierzony przez NMR, ponieważ jest radioaktywny.
Każdy typ sygnału ma charakterystyczny zakres przesunięcia chemicznego (rys. 1), który może być użyty do wstępnego przyporządkowania.
Rys. 1. Zakresy przesunięcia chemicznego protonów w zależności od ich środowiska chemicznego
Wybierz strukturę, która najwierniej reprezentuje dany wodór. R = alkil lub H, Ar = aryl.
1Hydrogen (Proton) NMR
Doświadczenie 1D 1H (Proton) NMR jest najbardziej powszechnym eksperymentem NMR. Proton (jądro 1H) jest najczulszym jądrem (oprócz trytu) i zwykle daje ostre sygnały. Nawet jeśli jego zakres przesunięcia chemicznego jest wąski, jego ostre sygnały sprawiają, że proton NMR jest bardzo użyteczny. Nasz serwis NMR zapewnia protonowy NMR wraz z wieloma innymi technikami NMR.
Typowa analiza widma 1H NMR może przebiegać następująco:
Liczba protonów każdego typu w widmie czystej próbki może być uzyskana bezpośrednio z całek każdego multipletu. Jest to prawdą tylko wtedy, gdy multiplety są dobrze rozdzielone i nie nakładają się na sygnały rozpuszczalnika lub wody resztkowej i pod warunkiem, że cząsteczka nie podlega powolnej wymianie konformacyjnej. Rutynowe widmo NMR daje całki z dokładnością +/-10%. Dokładność +/-1% może być osiągnięta przez zwiększenie opóźnienia relaksacji do pięciokrotności czasu relaksacji wzdłużnej (T1) sygnałów zainteresowania. W przypadku nakładania się multipletów można zastosować całkowitą całkę z danego obszaru spektralnego.
Z tabeli przesunięć chemicznych protonów uzyskuje się informacje o każdym typie protonu i można dokonać wstępnego przyporządkowania.
Przykładem może być etanol (Rys. 2). Korzystając z przesunięć chemicznych, pik przy 1,2 ppm jest w oczekiwanym zakresie dla CH3 (metyl), a piki przy 3,7 i 3,9 ppm są zgodne z CH2 (metylen). Przesunięcie chemiczne OH jest bardzo zależne od rozpuszczalnika i innych warunków doświadczalnych, więc nie może być przypisane przez samo przesunięcie chemiczne.
Przy zastosowaniu całkowania oczekujemy, że CH3 będzie miał całkę równą trzy, CH2 będzie miał całkę równą dwa i OH będzie miał całkę równą jeden. Tak jest w tym przypadku i dlatego przyporządkowanie jest kompletne.
Rys. 2. Widmo 1H NMR etanolu w CDCl3
W przypadku innych cząsteczek to nie wystarcza i do zakończenia przyporządkowania potrzebna jest struktura multipletowa. Multiplety (rys. 3) powstają w wyniku sprzężeń spin-spin, które są przenoszone przez wiązania chemiczne i dostarczają informacji o bezpośrednim otoczeniu cząsteczki. W przypadku CH3 i OH, są one rozszczepiane przez dwa sąsiednie protony CH2, dając wzór trypletowy zwany AX2. (Kliknij tutaj, aby zobaczyć listę typowych homonuklearnych wzorów rozszczepienia i opis sprzężenia heteronuklearnego). CH2 jest dzielony przez pojedynczy proton OH i trzy protony CH3 tworząc wzór AX3Y. (Kliknij tutaj, aby zobaczyć dalsze przykłady przypisania widmowego, przypisanie 2D 12,14-ditbutylo-benzochryzenu i przypisanie 2D octanu cholesterylu.)
Rys. 3. Struktury multipletowe z widma 1H NMR etanolu w CDCl3
Po wyznaczeniu krotności można zmierzyć stałe sprzężenia. Są one mierzone w Hz (nie ppm), ponieważ są niezależne od pola. Jeśli okaże się, że dwa (i tylko dwa) multiplety zawierają tę samą stałą sprzężenia, to wiadomo, że pochodzą one od pobliskich protonów. Stała sprzężenia wskazuje na odległość pomiędzy protonami. Ogólnie rzecz biorąc 10 do 18 Hz oznacza dwu- lub trójwiązaniowy trans do podwójnego wiązania C=C. Stałe sprzężenia między 1 a 10 Hz wskazują na trzy wiązania lub więcej wiązań, jeśli są zdelokalizowane. Mniej niż 1 Hz zwykle oznacza cztery lub więcej wiązań.
Oprócz sprzężeń homonuklearnych, multiplety mogą być rozdzielone przez inne jądra, takie jak 19-fluor lub 31-fosfor. (Jeśli takie heterojądrowe sprzężenia są niepożądane, mogą być rozłączone. Najlepszą sekwencją impulsów w takim przypadku jest sekwencja dla odwrotnie bramkowanego odsprzęgania.)
Właściwości 1H
(Kliknij tutaj, aby uzyskać wyjaśnienie)
| Właściwość | Value |
|---|---|
| Spin | ½ |
| Naturalna obfitość | 99.9845% |
| Zakres przesunięcia chemicznego | 13 ppm, od -1 do 12 |
| Stosunek częstotliwości (Ξ) | 100.000000% |
| Związek odniesienia | TMS < 1% w CDCl3 = 0 ppm |
| Szerokość linii odniesienia | 0.08 Hz |
| T1 odniesienia | 14 s |
| Receptywność względem 1H przy naturalnej obfitości | 1.000 |
| Receptywność względna do 1H przy wzbogaceniu | 1.000 |
| Receptywność względna do 13C przy naturalnej obfitości | 1.000 |
| Receptywność względna do 13C przy naturalnej obfitości | 5870 |
| Receptivity rel. do 13C po wzbogaceniu | 5871 |
2Deuterium NMR
2Deuterium (ciężki wodór) NMR jest zwykle używany do blokowania częstotliwości pola. W naturalnej obfitości ma bardzo niską czułość, ale po wzbogaceniu ma średnią czułość. Deuter zwykle daje szerokie sygnały, których szerokość linii waha się od kilku herców do kilku kiloherców. Widmo ma taki sam wąski zakres przesunięcia chemicznego jak dla 1H, ale jego niska rozdzielczość i niższa czułość sprawiają, że jest to słaba alternatywa. Sprzężenia deuter-deuter są około 40 razy mniejsze niż sprzężenia proton-proton i dlatego nie są obserwowane. Jednak w cząsteczkach częściowo deuterowanych można zaobserwować niewielkie sprzężenia proton-deuter. Głównym zastosowaniem widm deuteru jest określenie efektywności deuteracji chemicznej (rys. 4).
Rys. 4. Widma 1H i 2H NMR siarczanu amfetaminy-d3 pokazujące udane specyficzne deuterowanie metylu
Właściwości 2H
(Kliknij tutaj, aby uzyskać wyjaśnienie)
| Właściwość | Value |
|---|---|
| Spin | 1 |
| Natural abundance | 0.0155% |
| Zakres przesunięcia chemicznego | 13 ppm, od -1 do 12 |
| Stosunek częstotliwości (Ξ) | 15.350609% |
| Związek odniesienia | TMS-d12 neat = 0 ppm |
| Szerokość linii odniesienia | 1.7 Hz |
| T1 odniesienia | 1 s |
| Receptywność względem 1H przy naturalnej obfitości | 1.50 × 10-6 |
| Receptywność względem 1H przy wzbogaceniu | 9.65 × 10-3 |
| Receptywność w stosunku do 13C w naturalnej obfitości | 8.78 × 10-3 |
| Receptywność w stosunku do 13C po wzbogaceniu | 56.7 |
| Linewidth parameter | 0.41 fm4 |
3Tritium NMR
3T jest jedynym jądrem bardziej czułym niż proton (1H). Będąc spin-½ izotopem wodoru, widma w pełni trytowanych związków wyglądają podobnie do 1H z efektywnie takimi samymi przesunięciami chemicznymi, ale z nieco wyższą czułością, dyspersją i stałymi sprzężenia. Jednakże, 3T jest bardzo radioaktywny, więc większość badań NMR jest przeprowadzana z częściowo i specyficznie znakowanymi związkami.
Nasze laboratorium nie posiada sprzętu do obróbki trytu lub pozyskiwania widm NMR trytu. Jednakże, jesteśmy gotowi przedyskutować logistykę, jeśli jest zapotrzebowanie na taką usługę.
Właściwości 3H
(Kliknij tutaj, aby uzyskać wyjaśnienie)
| Właściwość | Value |
|---|---|
| Spin | ½ |
| Naturalna obfitość | 0.0000000000000003% |
| Zakres przesunięcia chemicznego | 13 ppm, od -1 do 12 |
| Stosunek częstotliwości (Ξ) | 106.663974% |
| Związek odniesienia | TMS-t1 < 1% w CDCl3 = 0 ppm |
| Szerokość linii odniesienia | ~0.1 Hz |
| T1 odniesienia | ~20 s |
| Receptywność rel. do 1H przy naturalnej obfitości | 4 × 10-18 |
| Receptywność rel. do 1H przy wzbogaceniu | 1.21 |
| Receptywność względem 13C przy naturalnej liczebności | 2 × 10-14 |
| Receptywność względem do 13C po wzbogaceniu | 7103 |
Uwaga dotycząca bezpieczeństwa:
Niektóre z wymienionych tu materiałów są bardzo niebezpieczne. Przed przystąpieniem do pracy z nimi należy zasięgnąć porady wykwalifikowanego chemika. Wykwalifikowani chemicy powinni sprawdzić odpowiednią literaturę na temat bezpieczeństwa przed obsługą lub udzielaniem porad dotyczących nieznanych substancji. Rozpuszczalniki NMR są toksyczne, a większość z nich jest łatwopalna. W szczególności TMS jest toksyczny, lotny i łatwopalny: należy nosić rękawice ochronne i pracować w kapturze. Wszystkie związki deuterowane są toksyczne. Tryt jest radioaktywny: należy upewnić się, że posiada się odpowiednią wiedzę i sprzęt przed rozpoczęciem pracy z nim.