Файл: Жунке, А. Ядерный магнитный резонанс в органической химии.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2024
Просмотров: 113
Скачиваний: 0
104 |
ГЛАВА 5 |
Таблица 25
Частоты переходов и интенсивности линий ЛХ-систем
Переход
з-и
4—>2
2 -t-l
4 СО
Обозначение |
Частота |
|
Относительная |
|
|
интенсивность |
|||
-^ 1 |
VA + — J |
1 |
||
|
'‘а — |
1 |
J |
1 |
|
2 |
|||
|
|
|||
Xi |
vx + |
~2 ~ J |
1 |
|
|
|
|
|
|
Х 2 |
vx — |
1 |
J |
1 |
2 |
||||
|
|
|
|
|
При |
обозначении |
переходов исходят |
||||||
|
из того, |
что |
при |
каждом |
переходе |
||||
|
только одно ядро изменяет свое спино |
||||||||
|
вое состояние (табл. 25 и рис. 51). |
||||||||
|
Переход |
3 |
1 |
означает, |
например, |
||||
|
что |
стационарное |
состояние |
с |
\])3= |
||||
|
= (З(Л)а(Х) = (За превращается в дру |
||||||||
|
гое |
стационарное |
состояние |
с |
% = |
||||
|
= а(А)а(Х) = аа, при этом |
спиновое |
|||||||
|
состояние |
ядра X |
остается |
неизмен |
|||||
|
ным. |
Следовательно, в данном случае |
|||||||
Рис. 51. Схема |
речь идет об Л-переходе. |
переносят |
|||||||
энергетических |
Этот |
способ |
обозначения |
||||||
уровней ЛХ-си- |
соответственно и на Л5-систему |
(см. |
|||||||
стемы. |
выше), хотя |
там он |
уже неточен |
из- |
|||||
*4/ |
-42 |
|
|
|
|
|
Xf |
Х2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
+у J |
' ~ •? |
|
|
|
|
+? j lx- i |
-j |
||
7 |
VA ЛtJ |
|
|
|
|
|
Рис. 52. ЛХ-Спектр.
\J I = А, — Aa= X, — Xs; - vx = А, — X, = Аг — Ха.
АНАЛИЗ ЯМР-СПЕКТРОВ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ |
105 |
за смешивания состояний. Несмотря на это, А- и S -пере ходы различают, так как в пределе они дают А- и Х-пе- реходы (рис. 52).
5.3. СПЕКТРЫ ПЕРВОГО ПОРЯДКА
5.3.1. Условия
Под спектром первого порядка подразумевают такой, который можно анализировать достаточно точно с помощью расчета по первому порядку. На практике это означает, что должно соблюдаться условие
Вблизи границы этого соотношения часто уже наблю даются отклонения от реального вида спектра. Однако параметры можно все-таки рассчитывать по первому по рядку.
Следующее условие гласит:
Каждое ядро из одной группы химически эквивалентных ядер одинаково взаимодействует с любым ядром из другой
группы химически |
эквивалентных ядер. Ядра, не удов |
||||
летворяющие |
этим |
условиям, называют |
магнитно-неэк |
||
вивалентными. |
Их |
спектры целесообразно |
не причислять |
||
к спектрам первого порядка. |
|
|
|||
Пример |
|
* |
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
Н'—С—F |
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
F' |
|
|
Оба |
протона |
являются химически эквивалентными, |
т. е. |
||
v н = |
vH,, а также |
магнитно-эквивалентными, т. е. |
/ hf= |
= / hf'-
Далее, поскольку химические сдвиги ЧЯ и 19F сильно различаются вследствие различных гиромагнитных от ношений, эта система называется А 2 Х 2-системой.
106 |
|
ГЛАВА 5 |
Пример |
|
|
В |
этом |
случае протоны химически эквивалентны, т. е. |
v h |
= VM', |
однако они магнитно-неэквивалентны, так как |
JuV Ф JHF'- |
||
|
Константа / hf отражает взаимодействие ядер, находя |
|
щихся в |
tfuc-положении, а константа / нр>— взаимодей |
ствие ядер в транс-положении. Магнитная неэквивалент ность отмечается с помощью штрихов при буквенном обо
значении |
системы ядер. |
В данном примере |
мы имеем |
ЛЛ'ХХ'-спектр, который |
нельзя причислить к |
спектрам |
|
первого |
порядка. |
|
|
5.3.2.Признаки
Вспектре первого порядка наблюдаются отдельные мультиплеты, причем линии каждого мультиплета нахо дятся друг от друга на одинаковом расстоянии (которое равно константе взаимодействия J). Соотношение интен сивностей линий мультиплета соответствует биноминаль ным коэффициентам:
Дублет |
|
1 |
: |
1 |
|
Триплет |
|
1 : 2 |
: |
1 |
|
Квартет |
|
I : 3 : 3 : 1 |
|
||
Квинтет |
1 |
1 : 4 : 6 |
: 4 :1 |
1 |
|
Секстет |
: 5 : 10: |
1 0: 5: |
|||
Септет |
1 : 6 |
: 15 : 20 : 15 : 6 |
: 1 |
Если разность химических сдвигов превышает констан ту взаимодействия лишь немногим больше чем в 6 раз, то эти соотношения интенсивностей уже не соблюдаются
Рис. 53. Изменение интенсивностей линий при переходе от АгХ- к ЛгВ-спектру.
АНАЛИЗ ЯМР-СПЕКТРОВ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ |
107 |
точно. При переходе от АХ- к Аб-спектру линии в каждом дублете, ближайшие к другому дублету, увеличиваются по интенсивности, а линии, наиболее удаленные от другого дублета, уменьшаются. Аналогичное явление наблю
дается и для других мультиплетов (рис. 53). |
Взаимосвя |
|
занные мультиплеты (разд. 5.3.3) |
изменяют |
соотношение |
интенсивностей таким образом, |
что линии, |
ближайшие |
к общему центру тяжести двух мультиплетов, возрастают, а соответствующие периферийные — уменьшаются. Этот так называемый «эффект крыши» может оказать существен ную помощь при анализе спектра, когда в нем присут ствует несколько спиновых систем.
5.3.3. Анализ спектров первого порядка
При анализе мультиплетов исходят из того, что каждый из них представляет одно ядро или группу эквивалентных ядер.
Сначала определяют константу взаимодействия — рас стояние между двумя соседними линиями мультиплета. Затем отыскивают в спектре другой мультиплет с тем же самым расстоянием между линиями.
Если имеется полный спектр одного вида ядер и в моле куле отсутствуют другие магнитные ядра (которые тоже могли бы участвовать во взаимодействии), то в спектре обязательно должен присутствовать как минимум еще один мультиплет. В гл. 3 уже отмечалось, что взаимодей ствие всегда бывает двусторонним. Следовательно, рас щепление во взаимосвязанных мультиплетах, т. е. расстоя ние между линиями, также должнЬ быть равновеликим. После идентификации взаимосвязанных мультиплетов оп ределяют химические сдвиги.
Расстояние от центра мультиплета до сигнала ТМС представляет собой химический сдвиг того ядра (или груп пы эквивалентных ядер), которым обусловлен этот мульти плет.
Расстояние между центрами мультиплетов (vt — vj) должно быть минимум в 6 раз больше расстояния между соседними линиями в мультиплете (Jц)- Если это условие удовлетворяется, то можно применять правило мультиплетности, выведенное в гл. 3.
108 |
ГЛАВА 5 |
Мультиплетностью называется число линий в мульти плете. Она связана с числом эквивалентных ядер N (ко торые вызывают расщепление и, следовательно, должны находиться в соседнем положении) с помощью уравнения
M = 2NI + 1,
где М — мультиплетность, I — спиновое квантовое число ядер, обусловливающих расщепление.
Если ограничиться ядрами с I — V2, то
M = N + 1 .
В результате можно определить, сколько эквивалентных 'ядер участвует во взаимодействии. Пример: ПМР-спектр Ш 2СН2СН3 (рис. 54).
N+1=4 |
— ---- N+1=3 |
два эквиваленлгг |
три эквивалент ных |
ядра |
ядр а |
Рис. 54. Анализ АгХз-спектра. |
Применив правило мультиплетности, устанавливаем, что в данном случае два эквивалентных ядра взаимодей ствуют с тремя другими эквивалентными ядрами. Сигнал двух эквивалентных ядер СН2-группы благодаря сосед ству трех эквивалентных ядер СН3-группы расщепляется в квартет. В свою очередь сигнал СН3-группы в резуль тате взаимодействия с СН2-группой расщепляется в три плет.
По мультиплетности одного сигнала всегда можно ус
тановить, сколько ядер относится |
к другому сигналу. |
|||
В данном |
примере мы |
имели |
дело с |
А2 Х 3-спектром. |
Обозначение |
«Л3Х 2 -спектр» |
равноценно |
(табл. 26). |
|
Не следует, однако, забывать, что в спектрах вышеука |
||||
занных типов |
(от двух различных видов |
ядер — Ап Х,п) |
||
мультиплеты |
также могут |
быть |
смешанными*. Спектры |
* За счет взаимодействия с другими ядрами.— Прим, перев.