C6800 Multinukleární NMR spektroskopie

Přírodovědecká fakulta
jaro 2012 - akreditace

Údaje z období jaro 2012 - akreditace se nezveřejňují

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.
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
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
předmět má 38 mateřských oborů, zobrazit
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
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
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2000, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.