PřF:C6800 Multinukl. NMR spektroskopie - Informace o předmětu

C6800 Multinukleární NMR spektroskopie

Rozsah

2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.

Vyučující

prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D. (přednášející)

Garance

prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D.

Rozvrh

St 12:00–13:50 C12/311

Předpoklady

Základní znalosti obecné chemie s důrazem na chemickou vazbu, strukturu a symetrii molekul a protonovou a 13C NMR spektroskopii.

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Analytická chemie (angl.) (program PřF, D-CH)
• Analytická chemie (angl.) (program PřF, N-CH)
• Analytická chemie (program PřF, D-CH) (2)
• Analytická chemie (program PřF, M-CH)
• Analytická chemie (program PřF, N-CH)
• Anorganická chemie (angl.) (program PřF, D-CH)
• Anorganická chemie (angl.) (program PřF, N-CH)
• Anorganická chemie (program PřF, D-CH) (2)
• Anorganická chemie (program PřF, M-CH)
• Anorganická chemie (program PřF, N-CH)
• Biochemie (program PřF, M-CH)
• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, D-CH)
• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, N-CH)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH) (2)
• Fyzikální chemie (program PřF, M-CH)
• Fyzikální chemie (program PřF, N-CH)
• Chemie makromolekulárních látek (angl.) (program PřF, D-CH)
• Chemie makromolekulárních látek (program PřF, D-CH) (2)
• Chemie odborná (program PřF, M-CH)
• Chemie životního prostředí (angl.) (program PřF, D-CH)
• Chemie životního prostředí (program PřF, D-CH) (2)
• Chemie životního prostředí (program PřF, M-CH)
• Makromolekulární chemie (program PřF, M-CH)
• Makromolekulární chemie (program PřF, N-CH)
• Materiálová chemie (angl.) (program PřF, N-CH)
• Materiálová chemie (program PřF, N-CH)
• Organická chemie (angl.) (program PřF, D-CH)
• Organická chemie (angl.) (program PřF, N-CH)
• Organická chemie (program PřF, D-CH) (2)
• Organická chemie (program PřF, M-CH)
• Organická chemie (program PřF, N-CH)
• Učitelství chemie pro střední školy (program PřF, N-CH)

Cíle předmětu

V přednášce jsou diskutovány základní měřitelné veličiny NMR spekter, jako stínící konstanty a chemické posuny, skalární interakční konstanty a relaxační časy. Dále jsou zdůrazněny vlivy chemických a fyzikálních faktorů, strukturních parametrů a vliv chemické výměny na hodnoty těchto veličin. Praktické příklady a problémy jsou uvedeny z oblasti multinukleární NMR spektroskopie anorganických látek.

Studenti se v tomto kurzu naučí:
Určit prvky symetrie v molekule a předpovědět počet očekávaných signálů ve spektrech přítomných NMR aktivních jader.
Odhadnout přibližnou hodnotu chemického posunu ve spektru sledovaného jádra v závislosti na struktuře molekuly a elektronickém okolí jádra.
Určit očekávanou multiplicitu signálu sledovaného jádra v závislosti na interakci s okolními jádry.
Odhadovat přibližnou velikost interakčních konstant v závislosti na vazebných a strukturních poměrech v molekule.
Posoudit jaderné, elektronické a strukturní vlivy na relaxační rychlosti jader.
Posoudit vliv chemických a fyzikálních faktorů a strukturních parametrů na možnost chemické výměny a ovlivnění počtu a tvaru signálů ve spektrech.

Osnova

• 1. Historický úvod. Základní pojmy: jaderný spin, magnetický moment, magnetogyrický poměr, isotopické zastoupení, magnetizace, populace, Larmorova frekvence.
  2. Stínící konstanta, diamagnetické a paramagnetické stínění, Ramseyův vzorec. Lokální a nelokální vlivy. Chemický posun, referenční standardy. Rozsah chemických posunů.
  3. Parametry ovlivňující stínící konstantu: oxidační číslo, koordinační číslo, náboj, symetrie, HOMO-LUMO rozštěpení, elektronegativita, normální a inverzní halogenová závislost, nefelauxetická a spektrochemická řada.
  4. Korelace chemických posunů s vazebnými délkami, úhly, UV maximy, IR silovými konstantami, Hammetovými sigma konstantami.
  5. Vlivy na chemický posun: isotopové efekty, SIIS, magnetická anisotropie chemických skupin, teplota, rozpouštědlo, ASIS.
  6. Satelitní signály, isotopomery, výpočet isotopického zastoupení.
  7. Chemická ekvivalence a symetrie molekul. Prochirální a C2 skupiny. Homotopická, enantiotopická, diastereotopická a heterotopická jádra. Chirální rozpouštědla, posuvová činidla.
  8. Dipolární interakce. NMR spektroskopie v pevné fázi.
  9. Skalární interakce. Interakční konstanta, Diracův model, Pople-Santryho vzorec, redukovaná interakční konstanta. Vlivy na interakční konstantu: s-charakter, hybridizace, elektronegativita, koordinační číslo, vazebné úhly, dihedrální úhly, Karplusova rovnice.
  10. Konstrukce multipletů. Notace spinových systémů. Jednoduché spinové systémy: AB, ABX, AA'X, AA'XX'. Simulace spekter.
  11. Relaxace. Relaxační časy T1 a T2. Korelační čas. Extreme narrowing limit. Inversion Recovery a Spin Echo metody.
  12. Relaxační mechanizmy: dipolární, anisotropie chemického posunu, spinová rotace, skalární relaxace, kvadrupolová, paramagnetická. NOE.
  13. Dynamická NMR spektroskopie. Chemická výměna. Ekvivalentní a neekvivalentní systémy. Simulace dynamických NMR spekter.

Literatura

• NMR and the periodic table. Edited by Robin Kingsley Harris - Brian E. Mann. London: Academic Press, 1978, 459 s. ISBN 0123276500. info
• MACOMBER, Roger. A complete introduction to modern NMR spectroscopy. New York, USA: John Wiley and Sons, 1998, 382 s. ISBN 0471157368. info
• FRIEBOLIN, Horst. Basic one- and two-dimensional NMR spectroscopy. 3. vyd. Weinheim: Wiley-VCH, 1998, 385 s. ISBN 3527295135. info
• BRAUN, Siegmar, Hans - Otto KALINOWSKI a Stefan BERGER. 150 and more basic NMR experiments :a practical course. 2nd exp. ed. Weinheim: Wiley-VCH, 1998, 595 s. ISBN 3-527-29512-7. info
• Two-dimensional NMR spectroscopy :applications for chemists and biochemists. Edited by William R. Croasmun - Robert M. K. Carlson. 2nd ed. New York: VCH Publishers, 1994, xxii, 958. ISBN 1-56081-664-3. info
• SANDERS, Jeremy K. M. Modern NMR spectroscopy : a workbook of chemical problems. 2nd ed. Oxford: Oxford University Press, 1993, 127 s. ISBN 0198558120. info
• BREITMAIER, Eberhard. Structure elucidation by NMR in organic chemistry : a practical guide. Translated by Julia Wade. Chichester: John Wiley & Sons, 1993, 265 s. ISBN 0471933813. info
• HÁJEK, Milan. Kvantitativní FT NMR spektroskopie v chemické praxi. 1. vyd. Praha: Academia, 1989, 164 s. ISBN 8020000968. URL info
• SCHRAML, Jan. Dvourozměrná NMR spektroskopie. 1. vyd. Praha: Academia, 1987, 130 s. info
• DEROME, Andrew E. Modern NMR techniques for chemistry research. Oxford: Pergamon, 1987, xvii, 280. ISBN 0-08-032513-0. info
• GOLJER, Igor a Tibor LIPTAJ. Nové metódy FT NMR spektroskopie kvapalín. 1. vyd. Bratislava: VEDA vydavatel'stvo Slovenskej akadémie vied, 1986, 181 s. info
• WEHRLI, F. W. a T. WIRTHLIN. Interpretation of carbon-13 NMR spectra. London: Heyden, 1980, 310 s. ISBN 0-85501-207-2. info
• FARRAR, Thomas C. a Edwin D. BECKER. Pulse and Fourier Transform NMR : Introduction to Theory and Methods. New York: Academic Press, 1971, 115 s. info

Výukové metody

Přednáška sestává ze 14 lekcí po 50 minutách. Materiály k přednášce, jako jsou prezentace, doporučené články z literatury, tabulky, jsou vloženy do ISu. V relevantních případech se stávají součástí kurzu i přednášky hostujících profesorů v programu INNOLEC.

Metody hodnocení

Během semestru jsou zadány 3 hodnocené domácí úkoly. Na konci semestru každý student přednese krátkou prezentaci na vybrané téma z NMR spektroskopie. Písemná závěrečná zkouška hodnocena max. 100 body, minimum dosažených bodů je 50. Váhy hodnocení: závěrečná zkouška 75%, domácí úlohy 15%, prezentace 10%.

Navazující předměty

• C5320 Theoretical concepts of NMR
• C5860 Aplikovaná NMR spektroskopie
• C8950 NMR - Strukturní analýza

Informace učitele

http://nmr.sci.muni.cz/
Zkouška bude zaměřena zejména na následující vědomosti: Určení počtu chemicky a magneticky neekvivalentních atomů v molekule a očekávaný počet signálů ve spektru. Odhad trendu chemických posunů v sérii sloučenin. Výpočet zastoupení jednotlivých isotopomerů, intenzita a multiplicita satelitních signálů. Určení počtu a odhad velikosti interakčních konstant a jejich trendu v sérii sloučenin. Určení struktury multipletu a relativních intenzit jeho linií. Určení vlivu chemické výměny v molekule na počet a tvar signálů ve spektru.

Další komentáře

Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.

• Statistika zápisu (jaro 2011, nejnovější)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2011/C6800