Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR - phân tích phổ H - NMR

Cơ sở lý thuyết • Hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương • Nó tự quay quanh trục sinh momen spin hạt nhân P • Khi quay sinh ra một dòng điện và một từ trường với... Cơ sở lý thuyết

GS.TSKH.Nguyễn Đình Triệu

Cơ sở lý thuyết

• Hạt nhân nguyên tử mang

điện tích dương

• Nó tự quay quanh trục sinh

momen spin hạt nhân P

• Khi quay sinh ra một dòng

điện và một từ trường với

Cơ sở lý thuyết

 Hạt nhân nguyên tử tích điện dương tự quay

quanh mình nó, sinh ra momen từ µ và momen spin hạt nhân P , liên quan với nhau như sau :

P

• Số lượng tử spin hạt nhân I

• Hạt nhân nguyên tử còn được đặc trưng

HẠT NHÂN TỪ TRONG TỪ TRƯỜNG NGOÀI

• Kim nam châm xoay theo hướng bắc nam

• Kéo lệch một góc a ,năng lượng E tăng

• E= -Bo.μ.cos a Bo- từ trường trái đất

μ – momen từ kim nam châm

a

• Đặt 1H,13C,19F (I=1/2) vào từ trường nam châm

Bo, chúng định hướng song song cùng chiều và ngược chiều với từ trường ngoài và chiếm hai mức năng lượng khác nhau E1 và E2 với :

 Hạt nhân từ có số lượng tử từ m= +1/2 quay

cùng chiều với Bo chiếm E1 , còn hạt nhân có m= -1/2 quay ngược chiều chiếm mức E2 như sơ đồ sau :

Hình 5 Khả năng định hướng của momen từ µ trong từ trường B

z

 B

E

0

B0m=-1/2

m=+1/2

Hình 6 Sơ đồ phân bố mức năng lợng của hạt nhân có I = 1/2

trong từ trờng ngoài

Sự cộng hưởng của hạt nhõn từ

 Để cung cấp năng lượng cho các hạt nhân,

ngời ta thực hiện bằng cách tác động một từ

tr-ờng biến đổi B1 có hớng vuông góc với từ trờng

B0 và quay với tốc độ quay của momen từ 

cùng tốc độ quay 0

● Chính từ trờng B1 sẽ gây ra sự cộng hởng của

các hạt nhân từ

• Hình 7 Tác dụng của từ trường B1

• Từ trường B1 gây ra sự cộng hưởng của hạt

nhân từ,momen từ  quay theo hướng ngược lại ban đầu sau đó lại trở về vị trí ban đầu :

• H×nh 8 T¸c dông cña tõ trêng B1 lªn h¹t nh©n

Phổ kế

• Hình 10 Phổ kế cộng

hưởng từ hạt nhân

chuÈn

Độ chuyển dịch ho ỏ học

Độ chuyển dịch hoỏ học

 Các hạt nhân nguyên tử đợc bao quanh bởi một lớp vỏ electron

, mà lớp vỏ này cũng sinh ra một từ trờng riêng B’ nên khi từ trờng B 0 tác động lên hạt nhân thờng bị các từ trờng riêng B’ triệt tiêu một phần, do đó từ trờng thực tác động lên hạt nhân

chỉ là Be< B0 Ngời ta gọi Be

là từ trờng hiệu dụng:

Be=B0(1-)

 đợc gọi là hằng số chắn, có giá trị khác nhau đối với mỗi hạt nhân nguyên tử

\

 được gọi là độ chuyển dịch ho á học

Hình 12.Hiệu ứng thuận từ

•  Hiệu ứng thuận từ do lớp

vỏ electron bao quanh

phân tử gây ra

• HiÖu øng thuận tõ ë a) benzen ;

Độ chuyển dịch hoá học

• Độ chuyển dịch hoá học của phổ CHTHN -1H

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -112

13 -COOH -OH (Phenol )

CH

CH2CH

CH2 CH

CH3

• CH 2 =CH-COO-CH 2 CH 3

• hình 13

Đường cong tích phân : chiều cao bậc thang tỷ lệ

với số proton mỗi nhóm C6H 5 , CH 2 ,CH 3

Phổ 1H-NMR của C14H15N

Hình 15 C6H5-CH2-CH(NH2)-C6H5

Tương tác spin spin

• Phổ CHTHN-1 H của etanol cho các tín hiệu bội của nhóm

OH , CH2 và CH3 như hình dưới :

• Hình16 Phổ 1 H-NMR của etanol : a/ không tương tác , b/ có tương tác spin spin

Tương tác spin spin

tương tác của các từ trường riêng của proton với

từ trường ngoài làm phân tách mức năng lượng của các hạt nhân bên cạnh, ví dụ phân tử 1,1,2-

Tương tác spin spin

• Tương tác giữa các proton

Tương tác spin spin

Tương tác spin spin

• T¬ng t¸c geminal

• T¬ng t¸c gi÷a c¸c proton ë trªn cïng mét nguyªn tö cacbon:

• |J|=0-20 Hz (phô thuéc vµo gãc  gi÷a hai nguyªn tö H)

Tương tác spin spin

• Hằng số tương tác spin spin Jgem

C C

C

H

H 10-14 Hz

C X

Y

H

H 0-20 Hz

H H 2-5 Hz

H H

0-4 Hz

Tương tác vicinal

• Hằng số tương tác vicinal Jvic

0 2 4 6 8

Tương tác vicinal

X Y

6-10 Hz

H H

H H

Độ bội

 Quy tắc tính độ bội đỉnh :

Số đỉnh tối đa của tín hiệu một nhóm bằng số

proton N của nhóm bên cạnh tương tác với nó

Phổ

Sè v¹ch trong nhãm cãt-¬ng t¸c

3 4 5

0 1 2

Đặc điểm của phổ bậc 1 :

Độ bội = N + 1 ( N- số hạt nhân nhóm bên cạnh)

 Cường độ tín hiệu : theo tam giác Pascal

Am Xn

Số đỉnh: n+1 m+1

Các dạng phổ phổ bậc 1

• H×nh 20 Phæ 1 H- NMR của

CH 3 CH 2 CH 2 NO 2

•

Phân tích phổ bậc cao hệ AB

• Hình 21 Phổ 1 H-NMR

Phổ bậc cao hệ A2B

• Hình 23 Phổ CHTHN-1H của tribrombut-1-in

Phổ 1H-NMR của vinylaxetat

Phổ 1H-NMR của metyleste propionat

• Hình 25 Metyleste propionat

d) CH3CH2C-OCH3

O

Phổ 1H-NMR của Cl2CHCH3

• Hình 26

Phổ 1H-NMR của CH3CH2CH2Br

• Hình 27

Phổ 1H-NMR của

p-CH3NH-C6H4-COOCH2CH3

Etyleste p-metylaminobenzoat

Hình 28

Phổ 1H-NMR của (CH3)2CH-Br

• Hình 29

Phổ 1H-NMR của o-Br-C6H4-COCH3

• Hình 30 O-Bromaxetophenon