انتقال های شیمیایی NMR

طیف سنجی NMR می تواند هسته های مختلفی را مشاهده کند:  (پروتون)،  (کربن ۱۳)،  (نیتروژن ۱۵)،  (فلوئور ۱۹) و بسیاری دیگر. اغلب  و  استفاده می شوند. در اینجا  را توضیح خواهیم داد، زیرا به عنوان نماد طیف سنجی NMR شناخته می شود.

همه ی هسته ها دارای بار مثبت هستند و همواره در حال چرخشند. از فیزیک می دانیم که یک بارِ در حال حرکت، میدان مغناطیسی ایجاد می کند. در ، وقتی هسته در NMR معرض اصابت امواج رادیویی(RF) قرار می گیرد، هسته و میدان مغناطیسی آن، حرکت ناگهانی انجام می دهند (یا آهن ربای هسته ای تشدید (رزونانس) کند، همانطور که از نام NMR برمی آید).
در طیف سنج NMR، سیم پیچی وجود دارد که نمونه را احاطه می کند. همچنین از فیزیک می دانیم که حرکت یک آهن ربا درون یک سیم پیچ موجب ایجاد جریان الکتریکی در سیم هامی شود. بنابراین وقتی میدان مغناطیسی هسته حرکتی ناگهانی می کند، در سیم جریانی ایجاد می گردد که توسط کامپیوتر ردیابی می شود. می توانید فیلمی از این فرآیند را در زیر ببینید.

اطلاعاتی که از طیف سنج به دست می آید شبیه این است:

طرحی که اینجا دیده می شود، واپاشی القایی آزاد (Free Induction Decay)، یا FID نامیده می شود. وقتی هسته ها مورد اصابت قرار می گیرند، چرخش(اسپین) هسته های مشابه با یکدیگر جمع می شوند و پس از رفع پالس، چرخش ها به تدریج منحرف یا واپاشیده می شوند که این در FID قابل مشاهده است و علت ایجاد شکل بالا نیز همین است. بعد از تبدیل FID، نمودار به این شکل دیده می شود:

قبل از آنکه بتوانید تعیین کنید که چه قله‌ای با چه هسته ی مشخصی تطابق دارد، باید مقیاسی برای انتقال های شیمیایی طیف انتخاب کنیم. جابجایی شیمیایی نامی است که دانشمندان برای موقعیت قله روی طیف به کار می برند. به منظور انتخاب یک مقیاس برای طیف، به یک استاندارد نیاز داریم.
این استاندارد اغلب تترامتیل سیلان، یا TMS می باشد. می توانید ساختار آن را در سمت راست مشاهده کنید. از TMS به این  دلیل استفاده می شود که پوشیده ترین مولکول است و همه ی پروتون های آن برابر هستند. بنابراین قله‌ای خواهد داشت که به عنوان مبدأ صفر نمودار طیف انتخاب می شود. این قله ی صفری است که در شکل بالا هم مشاهده می کنید.

اولین چیزی که در مشاهده ی طیف ممکن است متوجه شده باشید، این است که در طیف تنها چند قله وجود ندارد، بلکه به جای چند قله ی تکی،  قله های دوتایی و حتی گروه های بزرگ تر قله ها موجود هستند. این گروه های قله ها، هر یک مربوط به یک نوع از هسته ها می باشند. دلیل اینکه به جای یک قله، گروهی از قله ها را داریم، این است که هیدروژن های یک اتم کربن مزدوج شده اند، یعنی تحت تأثیر میدان مغناطیسی مربوط به هیدروژن های هسته های مجاور قرار گرفته اند. این مزدوج شدن، سیگنال را به چندین قله می شکند، که در طیف دیده می شوند. این شکسته شدن منجر به قانون «۱+N» می شود، که می گوید تعداد پیک های مشاهده شده برای هر نوع هیدروژن، برابر تعداد هیدروژن های هسته های مجاور (N) به اضافه یک است.

برای مثال، طیف بالا مربوط به اتیل الکل با ساختار  است. قله ی بین ۱ و ۲ با هیدروژن های گروه مطابقت دارد که توسط هیدروژن های گروه  به ۳ قله شکافته شده است (۳=۱+۲). قله ی بین ۳ و ۴ مربوط به هیدروژن های گروه  است که توسط هیدروژن های گروه  به ۴ پیک تقسیم شده است (۴=۱+۳).

جدول زیر شامل تعدادی از انتقال های شیمیایی متفاوت بسیاری است که در   NMR ممکن هستند و پروتون های مربوط به این انتقال ها با رنگ قرمز مشخص شده اند.

proton chemical shift (ppm)
ethane (H3C-CH3) ۱.۲۵
propane (H3C-CH2-CH3) ۱.۱۷
cyclopropane (C3H6) ۰.۲۲
cyclopentane (C5H10) ۱.۴۰
cyclohexane (C6H12) ۱.۳۵
toluene (H3C-C6H5) ۲.۸۷
styrene (H2C=CH-C6H5) ۵.۰۹
styrene (H2C=CH-C6H5) ۶.۶۸
Aromatics ortho meta para
benzene (C6H6) ۷.۵۴ ۷.۵۴ ۷.۵۴
toluene (H3C-C6H5) ۷.۱۶ ۷.۱۶ ۷.۱۶
styrene (H2C=CH-C6H5) ۷.۲۴ ۷.۲۴ ۷.۲۴
bromobenzene (Br-C6H5) ۷.۴۹ ۷.۱۴ ۷.۲۴
phenol (HO-C6H5) ۶.۷۷ ۷.۱۳ ۶.۸۷

5 دیدگاه

  1. سلام من یه سوال داشتم
    چرا تو نمودار NMR شکافتگی برای هیدروژن محوری مشخصه و برای استوایی نا مشخص است؟