Khi chúng ta đặt một chất có chứa nguyên tử 1H và 13C vào một từ trƣờng rất mạnh và đồng thời chiếu xạ nó với một năng lƣợng điện từ, những hạt nhân của các nguyên tử đó có thể hấp thu năng lƣợng qua một quá trình gọi là cộng hƣởng từ, sự hấp thụ này đƣợc lƣợng tử hóa và cho ra một phổ đặc trƣng của hợp chất. Trong phân tử, các hạt nhân hydro ở trong những vùng có mật độ điện tử khác nhau nên hấp thụ năng lƣợng ở từ trƣờng có cƣờng độ hơi khác nhau. Điều này dẫn đến các tín hiệu ứng với các proton đó
SV. Nguyễn Thị Tâm 20 K40C – Hóa học sẽ xuất hiện ở những vị trí khác nhau trên phổ NMR. Ngoài ra còn có sự
tƣơng tác của từ trƣờng của proton lân cận nhau gây ra sự chẻ tín hiệu, vì vậy khi quan sát tín hiệu có các trƣờng hợp chùm đôi 1:1 (doublet), chùm ba 1:2:1 (triplet), chùm bốn 1:3:3:1 (quartlet), ... Với phổ 13C-NMR, mỗi carbon trong một phân tử hữu cơ bình thƣờng chỉ cho một pic không có hiện tƣợng chẻ tín hiệu thành nhiều pic. Khi nghiên cứu các kết quả phân tích của phổ này, cùng với các kỹ thuật DEPT, COSY, HMBC, HSQC có thể xác định đƣợc số lƣợng proton và carbon và vị trí của chúng trong phântử.
1.5.2.1. Phổ 1H-NMR
Trong phổ 1H-NMR độ dịch chuyển hóa học của các proton đƣợc xác định trong thang ppm từ 0-14 ppm, tùy thuộc vào mức độ lai hóa của nguyên tử cũng nhƣ đặc trƣng riêng của từng phần. Ngƣời ta có thể xác định cấu trúc hóa học của hợp chất dựa vào những đặc trƣng của độ dịch chuyển hóa học và tƣơng tác spin.
1.5.2.2. Phổ13C-NMR
Phổ này cho tín hiệu vạch phổ cacbon. Mỗi nguyên tử cacbon sẽ cộng hƣởng ở một trƣờng khác nhau và cho tín hiệu phổ khác nhau. Thang đo của phổ 13C-NMR là ppm, với dải thang đo rộng 0-230 ppm.
1.5.2.3. Phổ DEPT (Distortionless Enhancement by Polarisation Tranfer):
Phổ này cho ta các tín hiệu phân loại các loại cacbon khác nhau. Trên phổ DEPT, tín hiệu của các cacbon bậc 4 biến mất. Tín hiệu của CH và CH3
nằm về một phía và của CH2 về một phía trên phổ DEPT135. Trên phổ DEPT90 chỉ xuất hiện tín hiệu phổ của CH.
1.5.2.4. Phổ 2D-NMR
Đây là các kỹ thuật phổ hai chiều, cho phép xác định các tƣơng tác của các hạt nhân từ của phân tử trong không gian hai chiều. Một số kỹ thuật chủ yếu thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ sau:
SV. Nguyễn Thị Tâm 21 K40C – Hóa học Phổ HSQC(Heteronuclear Single Quantum Coherence): các tƣơng tác
trực tiếp H-C đƣợc xác định nhờ vào các tƣơng tác trên phổ này. Trên phổ, một trục là phổ 1H-NMR, trục còn lại là 13C-NMR. Các tƣơng tác HSQC nằm trên đỉnh các ô vuông trên phổ.
Phổ 1H-1H COSY (1H-1H Corelation Spectroscopy): phổ này biểu diễn
tƣơng tác H-H, chủ yếu là các proton đính với cacbon liền kề nhau. Nhờ phổ này mà các phần tử của phân tử đƣợc nối ghép lại với nhau.
Phổ HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Connectivity): đây là phổ biểu diễn tƣơng tác xa của H và C trong phân tử. Nhừ vào các tƣơng tác trên phổ này mà từng phần của phân tử cũng nhƣ toàn phân tử đƣợc xác định về cấu trúc.
Phổ NOESY (Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy): phổ này biểu
diễn các tƣơng tác xa trong không gian của các proton không kể đến các liên kết mà chỉ tính đến khoảng cách nhất định trong không gian. Dựa vào kết quả phổ này có thể xác định cấu trúc không gian của phân tử.
Ngƣời ta còn sử dụng hiệu ứng NOE bằng kỹ thuật phổ NOE một chiều để xác định cấu trúc không gian của phân tử. Các proton có cùng phía cũng nhƣ gần nhau về không gian sẽ cộng hƣởng mạnh hơn và cho tín hiểu phổ với cƣờng độ mạnh hơn bằng vệc đƣa chúng vào một xung đúng bằng từ trƣờng cộng hƣởng của một proton xác định.
Ngoài ra ngƣời ta còn sử dụng phổ X-RAY (nhiễu xạ Ronghen) để xác định cấu trúc không gian của toàn bộ phân tử của hợp chất kết tinh ở dang đơn tinh thể. Vì yêu cầu tiên quyết là cần phải có đơn tinh thể nên phạm vi sử dụng của phổ này hạn chế. Đây là điều kiện không phổ biến đối với các hợp chất hữu cơ.
Ngoài việc sử dụng các loại phổ, ngƣời ta còn sử dụng các phƣơng pháp chuyển hóa hóa học cũng nhƣ các phƣơng pháp phân tích , so sánh, kết
SV. Nguyễn Thị Tâm 22 K40C – Hóa học hợp khác. Đặc biệt đối với các phân tử nhiều mạch nhánh dài, tín hiệu phổ
NMR bị chồng lấp nhiều, khó xác định chính xác đƣợc chiều dài các mạch, cũng nhƣ đối với các phân tử có các đơn vị đƣờng thì việc xác định chính xác loại đƣờng cũng nhƣ cấu hình đƣờng thông thƣờng phải sử dụng phƣơng pháp thủy phân rồi xác định bằng phƣơng pháp so sánh LC-MS hoặc GC-MS với các đƣờng chuẩn dựkiến.