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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

 

 

 

 

 

 

 

 

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.