NMR; tanımlar |
Eşdeğer (Ekivalent) Protonlar |
Aynı magnetik ortamda bulunan protonlar, aynı uygulanan
magnetik alan gücünde (aynı H0’da) absorbsiyon yaparlar; aynı
magnetik ortamda bulunmayan protonların absorbsiyon yapmaları için farklı H0
değerine gerek olur.
Aynı magnetik ortamda bulunan protonlara “eşdeğer
(ekivalan)” veya “kimyasal eşdeğer” protonlar denir.
Bir moleküldeki sinyallerin sayısı, moleküldeki protonların
“tipleri” ile belirlenir. Örneğin, CH3CH2OH molekülündeki
protonlar, üç farklı tiptedir, yani üç farklı eşdeğer protonlar gurubu (a, b,
c) bulunur; bu durumda 3 NMR sinyali alınır.
Kimyasal kaymalar, iç standart tetrametilisilan (TMS)’a göre
ölçlür. TMS, silikonun kuvvetli elektron itici özelliği nedeniyle yüksek
derecede korunur; dolayısıyla, sinyali, diğer pek çok protonların absorbsiyonundan
yeteri kadar uzaktadır.
Kimyasal kaymalar d
skalası, NMR cihazının magetik alan kuvvetinden bağımsızdır. (oysa, mutlak
frekans alan kuvvetine bağlıdır.)
Bu açıklamaya göre, benzendeki protonlar için d birimleriyle kimyasal kayma değeri, 60 MHz veya 300 MHz cihazda anıdır:
Proton NMR
Bir proton NMR spektrumdaki farklı sinyallerin sayısı,
moleküldeki farklı hidrojenlerin sayısına eşittir. Bir sinyalin yeri (veya
konumu) bu sinyali yaratan hidrojenin bulunduğu kimyasal çevreye bağlıdır. Molekülde
farklı kimyasal çevrelerdeki çekirdekler, farklı frekanslarda absorbsiyon
yaparlar; spektrumdaki sinyallerin konumlarına ‘kimyasal kayma’ denir.
Bir protonun magnetik çevresindeki farklılığın iki nedeni
vardır:
·
Sinyal veren çekirdeğin etrafında sirküle eden
elektronlar tarafından yaratılan magnetik alan
·
Moleküldeki başka yerlerde bulunan elektronlar
tarafından yaratılan yerel magnetik alanlar
Kimyasal kayma d
(ppm) birimleriyle ölçülür; 1H NMR sinyallerin çoğu d = 0-15 ppm aralığında bulunur. Kimyasal
kaymalar, d = 0 olan tetrametilsilan
(TMS) ile kıyaslanır.
Eşdeğer protonların kimyasal kaymaları aynidir; keza, farklı moleküllerdeki
hidrojenler aynı kimyasal ortamda bulunduklarında spektrumda aynı yerde
absorbsiyon yaparlar. Bu nedenle NMR kimyasal kayma tabloları moleküllerdeki
yapısal gruplara göre hazırlanır.
ÖRNEK
1,4-dimetilbenzen
Düşük frekans spektrumda sol taraftadır; buradaki
absorbsiyonlar ‘düşük alan’dadır. Yüksek frekans spektrumda sol taraftadır;
buradaki absorbsiyonlar ‘yüksek alan’dadır.
d = 0’daki küçük
sinyal, kimyasal kayma skalasının kalibrasyonunda kullanılan iç standart
tetrametilsilan (TMS) bileşiğine aittir.
1,4-dimetilbenzendeki protonlar iki farklı çevrede
bulunurlar; bu nedenle de spektrumda iki sinyal vardır.
Karbon-13
NMR
1H NMR spektroskopiye benzer şekilde, 13C
NMR’daki kimyasal kaymalar da karbon çekirdeği etrafındaki elektron yoğunluğuna
bağlıdır:
·
Elektron yoğunluğunun azalması sinyali düşük
alana kaydırır; korunmanın kalkması (deshielding)
·
Elektron yoğunluğunun yükselmesi sinyali yüksek
alana kaydırır; korunma (shielding)
Kimyasal kayma aralığının geniş olması nedeniyle, tesadüfen
bulunan iki 13C piki üst üste biner. Spektrumlarda d = 77 ppm’de görülen 3 pikli grup deuteryo
kloroform solvente aittir, dikkate alınmaz.
1H NMR’daki dar kimyasal kayma aralığına
(genellikle 1-10 ppm) karşın, 13C NMR spektrumlarda absorbsiyonlar
çok geniş bir kayma aralığına (0-200 ppm) yayılır. Karbon atomlarının kimyasal
kaymalarındaki etkiler, protonların kimyasal kaymalarındaki etkilerle aynıdır.
ÖRNEK
1-Propanol
1-propanolde üç tip karbon vardır; Ca, Cb,Cc
ile gösterilen bu üç tip karbon üc 13C NMR sinyali verir.
Elektronegatif O atomuna olan yakınlığın artmasıyla korunma azalır
(de-shielding artar) absorbsiyon düşük alan kayar. artan kimyasal kayma
sırasıyla: Ca < Cb < Cc
Bir NMR pikin altındaki alan integrasyonla tayin edilir. Her
bir sinyalin altındaki alan, molekülün her bir çevredeki hidrojen atomlarının
relatif sayısını gösterir. İntegral eğrideki her kademenin yüksekliği o
kademedeki sinyal alanıyla orantılıdır, yani, spektrumdaki sinyallerin
alanlarının kıyaslaması moleküldeki hidrojen tiplerinin oranlarını verir.
İntegrasyon bilgilerinden yararlanılarak spektrumdaki her pik için olası
fragmanlar bilinebilir; örneğin, bir pikin alanı 3 ise, bu pik bir CH3
grubuna ait olabilir.
ÖRNEK
Molekül formülü C5H10O2 olan bir bileşiğin yapısal formülü nedir?
NMR
verileri: 4 takım eşdeğer olmayan protonlar vardır.
singlet δ = 3.6 ppm İntegral
değeri = 6.1
triplet δ = 2.2 ppm İntegral
değeri = 4.2
sekstet δ = 1,7 ppm İntegral
değeri = 4.2
triplet δ = 0.9 ppm İntegral
değeri = 6.2
İntegrallerin relatif değerleri ve bunlardan her sinyaldeki
protonların sayısı bulunur. (C5H10O2
formülünde 10 H vardır.)
6.1 +
4.2 + 4.2 + 6.2 = 20.7 birim 20.7/10
= 2.07 (integral birimi)/H
6.1/2.07
= 2.94 = ~3 3 H bir CH3 grubu
4.2/2.07
= 2.03 = ~2 2 H bir CH2 grubu
4.2/2.07
= 2.03 = ~2 2 H diğer bir CH2 grubu
6.2/2.07
= 2.99 = ~3 3 H diğer bir CH3 grubu
Kısmi yapıların
saptanması:
3 H singlet (3.6 ppm’de):
1 CH3 grubunu gösterir; bitişiğinde hidrojen atomu bulunmayan, yani
ayrılmış bir metil grubuna ait olmalıdır. İlişki çizelgelerinin incelenmesiyle
CH3OC(=O)- fonksiyonel grubu üzerinde durulur (a).
Diğer protonların 2:2:3 oranındaki dağılımı ve kapalı formül
n-propil grubun varlığını gösterir. Bu gözlemlere göre yapı CH3OC(=O)
CH2CH2CH3 olabilir. Son üç pikin konumları ve
gruplaşma şekilleri de bu hipotezi doğrular.
2 H triplet (2.2 ppm’de): – CH2 grubunu gösterir;
karboksilata bitişik metilen grubu için karakteristiktir (b).
2 H sekstet (1.7 ppm’de): – CH2 grubunu gösterir;
diğer metilen grubuna aittir. Bu pikin (2+1)(3+1) = 16 pike bölünmesi beklenir;
ancak cihazın rezolusyonunun yeterli olmaması nedeniyle, sadece 6 pik
gözlenmektedir.
3 H triplet (0.9 ppm'de): 1 CH3 grubunu
gösterir;metilene bitişik bir metil grubu için karakteristiktir.
Bu bilgilere göre C5H10O2
bileşiği verileri ve yapısal formülü aşağıdaki gibi olmalıdır:
NMR’da sadece spin özelliği olan çekirdekler görülebilir.
Bazı izotoplarn ve elementlerin çekirdeklerinin kuvantize spinleri vardır;
örneğin, 1H kuvantum numarası I=½ olan bir spine sahiptir ve spin
halleri +½ veya -½ olabilir.
I = ½ olan çekirdekler (1H 13C, 19F
ve 31P) bir dış magnetik alandan etkilenirler. I = 0 olan
çekirdeklerin spin yoktur (12C ve 16O); bunlar bir dış
magnetik alandan etkilenmezler. I, bir çekirdekteki protonlar (Z) ve
nötronların (n) sayısına bağlıdır.
NMR aktif çekirdekler ince bir magnet çubuk gibi
davranırlar. Etraflarında bir dış alan bulunmadığında bu çubuk magnetler
rastgele dağılırlar; oysa, bir dış alan uygulandığında uygulanan alanla aynı (a spin hali) veya zıt (b spin hali) yönlerde olacak şekilde bir
düzenlenmeye girerler.
Alanla aynı yönde düzenlenen çekirdeklerin enerjileri, zıt
yönlü olanlardan daha düşüktür; bunlara uygun miktarda enerji (DE) verildiğinde, alanla zıt yönde olacak
şekilde çevrilebilirler. Gerekli enerji miktarı dış magnetik alanın kuvvetine
bağlıdır.
Çekirdek spinini çevirmek için daha yüksek dış magnetik
alana, daha yüksek radyo frekanslı enerjiye gerek vardır.
(a) Dış magnetik alan yoktur; dolayısıyla iki hal arasında
enerji farkı yoktur.
(b) Dış magnetik alan B0 = 1.41 tesladır ve spin
halleri arasında çevirme için gerekli 60 MHz dolayındaki frekansa uygundur.
(c) Dış magnetik alan B0 = 7.04 tesladır ve spin
halleri arasında çevirme için gerekli olan 300 MHz dolayındaki frekansa
uygundur.
Bir çekirdeğin etrafındaki yüksek elektron yoğunluğu
çekirdeği dış magnetik alandan korur (veya çekirdeği perdeler). Bir magnetik
alandaki protonlar, etrafındaki elektron yoğunluğuna bağlı olarak farklı frekanslarda
absorbsiyon yaparlar.
Perdeleme, absorbsiyonun daha yüksek frekanslarda
gerçekleşmesine neden olur; çünkü, böyle bir çekirdeğin spin hallerini çevirmek
için daha fazla enerji gerekir.
Çekirdeğin etrafındaki elektron yoğunluğunun azalması
çekirdeğin dış magnetik alandan korunmasını engeller; bu durumda çekirdeğin
spin halleri arasındaki çevrilme için daha az enerji gerekeceğinden, enerji
absorbsiyonu daha düşük frekanslarda gerçekleşir, sinyaller NMR spektrumda
düşük alanda yer alırlar.
Elektronegatif atomlar yakındaki protonlardan elektron
yoğunluğunu çekerler ve onların korunmasını kaldırırlar.
p elektronların
sirkülasyonu yerel (tesirle) magnetik alan oluşmasına yol açarlar; tesirle
oluşan bu alan, proton tarafından algılanan dış alanı, protonun bulunduğu
konuma göre, artırır veya azaltır: Sonuç, korunmanın kalkması veya oluşmasıdır.
p elektronların sirkülasyonu nedeniyle
alkenler ve aromatik halka hidrojenleri korunmasız, alkin hidrojeni ise
korunmalıdır.
J, bölünen (splitting) bir sinyaldeki pikler arasındaki
veya, bir
çoklu pikler arasındaki mesafe olarak tanımlanır. J’nin büyüklüğü,
sadece bir moleküldeki magnetik atomların neden olduğu alanlara bağlıdır, fakat
dış alanın (B0) gücünden bağımsızdır.
Örneğin, kloroetan molekülünün pikleri için kapling sabiti J = 7.2’dir. Bu
değerin hesaplanması.için:
·
Herhangi
iki bitişik split pik arasındaki mesafe (ppm olarak) okunur.
·
Kloroetan
triplet grubundaki merkez pik 1.14 ppm değerindedir.
·
Merkez
pikin sol kısmındaki pikin rezonant değeri 1.26 ppm.
·
İki
pik arasındaki mesafe: 1.26 ppm - 1.14 ppm = 0.12 ppm
Bir moleküldeki protonlardan birinden alınan sinyal, bitişik
karbonlardaki protonlarla ilgili magnetik alanların etkisiyle bölünür. sinyal
bölünmesinden, bitişik karbonlardaki protonların sayısına bağlı olarak
karakteristik pik paternleri meydana gelir.
Bir sinyalin bölündüğü (splitting) pik sayısı, bitişik
karbondaki hidrojenleri sayısından bir fazladır.
ÖRNEK
1,1,2-trikloroetan
Üç veya daha az sayıda s
bağlarıyla ayrılan atomlar arasında sinyal bölünme etkisi çok fazladır.
Örneğin, tert-bütil metil eterde sinyal bölünmesi görülmez.
Sinyal bölünmesi sadece iki proton grubunun (veya takımının)
farklı kimyasal kaymalarda olması halinde gerçekleşir. Bir proton tarafından
algılanan magnetik alan (Ha), bitişik bir protonun (Hb) magnetik
momentinden etkilenir.
·
Hb protonunun magnetik alanla aynı
veya zıt yönde konumlanmasıyla iki enerji hali meydana gelir.
·
Gözlenen Ha protonu, magnetik alanda
Hb’nin az farklı iki magnetik momentini de algılar; bunlardan biri
dış alanı kuvvetlendirici, diğeri ise azaltıcı etki yapar.
·
Ha sinyali bir dublete bölünür; pik
alanları oranı 1:1
·
Bölünmenin büyüklüğüne, kapling (eşleşme)
sabiti, Jab denir, birimi hertz (Hz)’dir.
İki bitişik proton (Hb) Ha ile eşleştiğinde,
bu iki Hb protonu magnetik momentleri için dört olası kombinasyon
vardır.
·
Bu kombinasyonlardan ikisi magnetik momentlerin birleşmesidir;
bu durumda birbirlerini yok ederler ve sinyal yer değiştirmez.
·
Magnetik momentlerin bir kombinasyonu uygulanan
alanı kuvvetlendirir, diğeri azaltır.
·
Ha bir triplete bölünür; sinyal
alanları oranı 1:2:1
Ha protonuna üç bitişik proton eşleştiğinde, Hb
protonları için magnetik momentlerin 10 olası kombinasyonu vardır. Dört
benzersiz oriyantasyon bulunur; H2 bir kuartete bölünür; şiddetleri
1:4:4:1
Splitting için genel kural, bir protona bitişik atomlarda n
tane eşdeğer proton varsa, sinyal n + 1 pike bölünür.
Eşleşmiş (kapıld) piklerin kapling sabitleri (J) aynıdır.
Kapling sabitlerinin kıyaslaması kompleks spektrumların analizine yardımcı
olur.
Çeşitl faktörler NMR spektrumların analizini zorlaştırır:
pikler üst üste düşebilir. Spin-spin kapling aralığı geniş olabilir (>3
bağ).
Aromatik gruplardaki splitting paternleri karmaşık olabilir:
Örneğin, bir monosübstitüe aromatik halka bir tekli (singlet) pik görünümünde
olabileceği gibi kompleks pikler şeklide de gözlenebilir.
Belirli bir protonlar takımı, farklı iki takım bitişik
protonlar tarafından bölündüğünde çok karmaşık splitting paternleri gözlenir.
Örneğin, aşağıdaki sistemde Hb protonları, iki farklı hidrojen
takımı (Ha ve Hc) tarafından bölünür.
·
Teorik olarak Hb bir kuartetlerin
tripletine (12 pik) bölünmelidir; fakat bu durum nadiren gözlenebilir.
·
1-nitropropanın spektrumunda Hb’nin
sadece 6 pike bölündüğü görülür.
Proton ve C-13 NMR spektroskopide
spin-spin splitting şekilleri, örnek gruplar ve açıklamaları aşağıda
gösterilmiştir.
Proton NMR ve C-13 NMR
spektroskopide spin-spin splitting şekilleri
Spin-spin relaksasyona transvers veya x-y düzleminde relaksasyon da denir;
çekirdekler arasındaki faz uyumu kaybıdır; çekirdeğin faz uyumunu kaybederek z
ekseni etrafında rastgele bir düzene dönmesi işlemidir. Spin-spin veya transvers relaksasyon zamanı, sinyal bölünme
hızını tanımlar. Hızlı
relaksasyon şeklidir; spinler faz dışına çıkar-lar; XY düzlemindeki sonuç
magnetizasyon vektörü, orijinal değerin %37’si gibi bir değere düşer. T2
≤ T1
Bir hidrojene bitişik atomda (veya atomlarda), kendisiyle
eşdeğer-olmayan, fakat kendi aralarında eşdeğer olan n tane hidrojen
bulunuyorsa, bu hidrojenin sinyali n+1 adet pike bölünür.
Bir sinyal n tane eşdeğer proton tarafında bölünürse, n+1
pike ayrılır; kapling sabiti J (Hz)’dir.
·
Eşdeğer protonlar birbirleriyle eşleşmezler
(veya birbirlerini bölmezler).
·
Aynı karbona bağlı protonlar eşdeğer değillerse
birbirlerini bölerler.
·
Bitişik karbonlardaki protonlar normal olarak
eşleşirler.
·
Birbirinde 4 veya daha fazla bağla ayrılmış
protonlar eşleşemezler.
NMR spektrometre bir kamera gibidir; hızlı prosesleri
algılar; bulanıklaşma olduğunda sadece değişikliklerin bir ortalaması
görüntülenir.
ÖRNEK
Etanol
Çok saf etanolün 1H NMR spektrumu alındığında
hidroksil protonu, bitişiğindeki iki hidrojen nedeniyle bir triplete bölünür.
Oysa çok saf olmayan etanolün spektrumunda hidroksil protonu bir singlettir. Saf
olmayan etanol asit ve baz safsızlıklar içerir; bunlar, hidroksil protonlarının
yer değiştirmelerini katalizlerler. Çok hızlı gerçekleşen yer değiştirmeler
nedeniyle de bitişikte CH2 grubuna kapling olayı gözlenemez. Bu
olaya spin-dekapling (veya spin-eşleşmenin bozulması) denilmektedir.
Spin dekapling, alkoller, aminler ve karboksilik asitlerin 1H
NMR spektrumlaında görülür. Oksijen veya nitrojene bağlı proton, hızlı yer
değiştirme prosesi nedeniyle bir singlet olarak görüntülenir.
Radyo frekansı (RF) dalgaları kesildiğinde çekirdekler
bulundukları seviyeden eski denge hallerine dönerler; bu sırada absorbladıkları
enerjiyi çevrelerine verirler. Relaksasyon, üst enerji
seviyesinde veya uyarılmış spin halinde bulunan bir çekirdeğin kendi düşük
enerjili haline dönmesi olayıdır. Uygulanan alan kaldırıldığında, yönlenmiş protonların önceki durumlarına
dönmeleri için gereken zaman relaksasyon zamanı olarak tanımlanır.
(a) Longitudinal
Relaksasyon, T1 (Spin-Lattice Relaksasyon)
Spin-lattice relaksasyona longitudinal (boylamasına) veya z-yönünde relaksasyon da denir; magnetik alanda a ve b
spin hallerinin kurulma (veya dağılma) prosesinin normal Gaussian dağılımına
uygun olmasını gösterir. Çekirdekler yüksek enerji halinden düşük enerji
haline geçerken enerjilerini çevrelerindeki çekirdeklere verirler. Geri dönüş
hızı eksponensiyal bir işlemdir. Sonuç magnetizasyon
vektörünün z yönündeki konumuna dönmesidir; geri dönüş, orijinal değerin %63 kadarıdır.
Relaxation zamanı, nükleer çekirdeğin denge haline dönüş hızını tanımlar.
Relaxation zamanı, nükleer çekirdeğin denge haline dönüş hızını tanımlar.
T1 veya longitudinal relaksasyon eğrisi
(b) Transvers Relaksasyon, T2 (Spin-Spin Relaksasyon)
T2 Relaksasyon eğrisi
Birinci Derece Spektrumlar
Sinyaller birbirinden
uzaktadır, n+1 kuralının uygulandığı spektrumlardır; bu spektrumlarda, iki grup
proton arasındaki kimyasal kaymalardaki fark (Hz) büyüktür. Dn/J büyük olduğunda sistem
zayıf-kapılddır
zayıf kapling; Dn/J büyüktür
Birinci-derece spektrumlar, çekirdeklerin etkileşen grupları
arasındaki kimyasal kaymanın, kapling (eşleşme) sabiti J ye göre büyük olduğu spektrumlardır.
Tam birinci derece davranış Dn/J nın
20'den büyük olmasıyla gerçekleşir; çoğu zaman Dn
/J oranının 10'dan küçük olduğu koşullarda çalışılır.
Örneğin, tipik bir aromatik bileşiğin spektrumu bir birinci-derece
bir spektrumudur; Dn/J = 40
İkinci Derece Spektrumlar
Bazı spektrumlarda n+1
kuralının kullanılması yeterli olmaz, spektrumun açıklanabilmesi için bazı
gelişmiş analiz teknikleri gerekir; bu tip spektrumlar ikinci derece
spektrumlardır. Bunlarda iki grup proton arasındaki kimyasal kaymalar J’deki
büyüklüğe yakındır: Dn/J
küçük olduğunda sistem kuvvetli-kapılddır.
Kuvvetli kapling; Dn/J küçüktür
İkinci-derece NMR spektrumlarda J değişmediği halde, Dn artan magnetik alanla yükselir. Dn/J nin 7'den küçük olması durumunda birinci
derece spektrumlar için geçerli olan kurallar geçerliğini kaybeder, n+1 kuralı
uygulanamaz. Dn'ün
J'ye yaklaşmasıyla iki grup pikinin iç kısmındaki pikler, dıştaki piklerin
alanlarından harcayarak büyürler, ve tabii bu durumda grup piklerinin simetrisi
de bozulur.
İkinci
derece spektrumlar J değerlerinin kıyaslamasına dayanan geleneksel metotlarla
analizlenemez. Bazı basit paternler deneyimli kişilerce anlaşılabilir ve tanımlanabilirse
de, çok kompleks spin sistemleri ancak spektral simülasyon programlarıyla
aydınlatılabilir; örneğin, tahmin edilen çeşitli J değerleri ve kimyasal kayma
farklarından yararlanılarak teorik bir spektrum elde edilebilir.
Örneğin, yukarıdaki aromaik
bileşik
için, Dn/J’nin
azalan değerlerinde (a, b, c, d) birinci derece spektrumun, ikici derece
spektrumlara dönüşümü görülmektedir
ZEEMAN
ETKİSİ
Çekirdekler (spinli) bir magnetik alana konulduğunda enerji
durumuna uyun olarak sıralanırlar. Bu sıralanmadaki etkiye Zeeman etkisi
denilmektedir.
Zeeman etkisi, magnetik momentlerin magnetik alanlara
kaplingini açıklayan fiziksel olaydır. Bir dış magnetik alan uygulandığında,
keskin spektral hatlar birbirine yakın çok sayıda hatlara bölünür. Bölünmenin
nedeni magnetik alanla, magnetik dipol moment (orbital açısal momentle ilişkili)
arasındaki etkileşimdir.
Bir spin halinin enerjisi (EI), mI ve
magnetik alan gücü B0 ile doğru orantılıdır. Spin hal enerjisi,
PROTON SPİN DEKAPLİNG
13C, kendisine bağlı olan ve bitişiğindeki
protonlarla eşleşir, bu nedenle spektrumlar çok karmaşıktır. NMR spektrometrede
bazı ayarlamalar yapılarak bu tür eşleşmeler (kaplingler) giderilebilir,
böylece, spektrumda her C tipi için tek bir hat bulunur. Bu işleme ‘broadband
(BB) proton-dekapling denir.
Proton-dekapıld spektrumda piklerde hiç bölünme görülmez.
Tek pikler vardır; bunların her biri, molekülde bulunan bir karbonu veya
ekivalan karbonlar grubunu gösterir. Bu tür spektrumlar daha çok yapısal
analizlerde kullanılır.
OFF-REZONANS
DEKAPLİNG
İkinci dekapling (off-rezonans denir) metoduna göre elde
edilen bir spektrumda, bir karbon sinyali, eğer o karbona bağlı protonlar
varsa, bölünme gösterir. Bu durumda sadece C(13)-H kapling gözlenir; fakat
C(13)-C-H ve C(13)-C-C-H kaplingler bulunmaz. Bu tip spektrumlara “proton-kapıld
spektrum” denilmektedir. Her karbon pikindeki sinyallerin sayısından, kaç tane
proton bağlı olduğu bilinir.
·
13C sinyalleri, sadece kendilerine
bağlı protonlar tarafından bölünebilirler
·
Bir karbonda n proton varsa, verdiği sinyal
bölünmesi n+1 kuralına uyar.
DEPT (Distortionless
Enhancement by Polarization Transfer)
Proton-dekapıld metodunda 13C ve buna bağlı
hidrojenler arasıdaki spin-spin kapling bilgileri kaybolur. Bu bilgiler DEPT
yöntemiyle elde edilebilmektedir.
DEPT, CH3, CH2, CH, ve kuvaterner
karbonların verdiği 13C sinyalleri ayırabilen bir enstrümantal
tekniktir. Yöntemde, 1H ve 13C aralığını kapsayan bir
seri kompleks puls uygulanır; sonuçta, CH3, CH2 ve CH
sinyalleri değişik fazlar gösterirler:
·
CH3 ve CH karbonlar pozitif sinyaller
olarak kaydedilir.
·
CH2 karbonlar negatif sinyaller
olarak kaydedilir.
·
Kuvaterner karbonlar DEPT metottda sinyal
vermezler.
Normal spektrum tüm karbonları gösterir. Aynı örneğe DEPT
metodu uygulandığında kuvaterner karbon dışında kalan bir spektrum elde edilir
(broad band decoupled). Pulslar değiştirilerek CH3, CH2
ve CH ile ilgili bilgiler toplanır.
Proton Spin Dekapling
ÖRNEK: Etil fenilasetat
Off-Rezonans
Dekapling
ÖRNEK: p-Etoksibenzaldehit
Broadband spektrum ve off-rezonans spektrum
DEPT (Distortionless
Enhancement by Polarization Transfer)
ÖRNEK: 3,7-Dimetilokt-6
enal
NMR İLE KANTİTATİF
ANALİZ
NMR spektradaki pik alanları, piki oluşturan çekirdeklerin
sayısı ile doğru orantılıdır. Bu nedenle özel bir maddenin kantitatif analizi
için saf kalibrasyon örneklerine gereksinim olmaz. Bir bileşiğin içerdiği
gruplardan birinin teşhis edilebilir pikinin diğer grupların pikleri üzerine
düşmemesi halinde, bu pikin alanı bileşiğin konsantrasyonunun tayininde
doğrudan kullanılabilir; sadece her protona karşı gelen sinyal alanının
bilinmesi yeterlidir. Sinyal alanı/proton parametresi, konsantrasyonu bilinen
bir iç standartla belirlenir. Solvent olarak bilinen miktarda benzen, sikloheksan,
veya su kullanılmış ise, bu bileşikler için tek proton pik alanları istenilen
gerekli bilgiyi verir; tabii iç standart pikinin örnek piklerinden herhangi
birinin üstüne düşmemesi gerekir. Organik silikon türevleri, proton piklerinin
yüksek alanlarda çıkması nedeniyle, kalibrasyonda kullanılan fevkalade
maddelerdir.
NMR spektroskopinin kantitatif amaçlarla kullanılması çok
pahalı bir cihaz olmasından dolayı fazla yaygınlaşamamıştır. Ayrıca, örneğin
kompleks yapısı arttıkça rezonans piklerinin üst üste düşme olasılığı da artar.
NMR ile yapılabilen analizler, diğer yöntemlerle de yapılabilecek analizlerdir.
Kantitatif NMR yöntemindeki önemli problemlerden biri
doygunluk etkisinin yarattığı sorundur. Önce de değinildiği gibi, NMR
absorbsiyon sinyali, çekirdeğin az sayıdaki fazlasının daha düşük magnetik
enerji halinde bulunmasına bağlıdır ve absorbsiyon işlemi ile bu fazlalık
giderilir. Taneciklerin relaksasyon zamanı, kaynağın gücü ve spektrumun tarama
hızına bağlı olarak fazlalığın giderilmesi absorbsiyon şiddetini oldukça
etkiler veya etkilemeyebilir. Kantitatif analizde, bu değişkenlerin kontrol edilmesiyle
doygunluktan kaynaklanan hatalardan kaçınılması gerekir.
Çok Bileşimli
Karışımların Analizi
Çok bileşimli karışımların analizi için bazı yöntemler
geliştirilmiştir. Örneğin, Hollis aspirin, fenasetin, ve kafein gibi ticari
ağrı kesici preparatların analizi için bir yöntem hazırlamıştır. İşlem 20
dakikada ve %1-3 relatif hata aralığında yapılabilmektedir. Chamberlian'ın
bulduğu bir yöntemle de benzen, heptan, etilen glikol ve su karışımı süratle,
%0.5 hassasiyetle analiz edilebilmektedir.
NMR, yiyecekler, kağıt (ve hamuru) ve zirai ürünlerde su
analizinde kullanılır; bu maddelerdeki su tek bir kantitatif pik verebilecek
kadar hareketlidir.
Elementel Analiz
NMR spektroskopi bir örnekteki bir magnetik çekirdeğin
toplam konsantrasyonunu tayin etmekte kullanılabilir. Jungnickel ve Forbes,
çeşitli organik bileşiklerin NMR şiddetlerini inceleyerek organik
karışımlardaki toplam hidrojenin doğru olarak saptamışlardır. Paulsen ve Cooke,
klasik yöntemlerle yapılması çok zor olan flüorür tayini için, F-19
rezonansının bu elementin bir organik bileşikteki kantitatif tayininde
kullanılabileceğini kanıtlamıştır. Kantitatif çalışmalarda düşük-rezolusyonlu
veya "geniş hatlı" bir spektrometre kullanılır.
Proton Dışındaki İzotoplarla
Çalışma
Tablo-2'de protondan başka, magnetik momenti olan ve
magnetik rezonans tekniği ile çalışılabilecek bazı çekirdekler daha vardır.
Magnetik momentleri olan 100'den fazla izotop bulunmasına karşın bunlardan
ancak çok azında rezonans davranışı saptanabilmiştir.
Fluor
Fluorun atom numarası 19, spin kuvantum sayısı 1/2 ve
magnetik momenti 2.6285 nükleer magnetondur. Bu özellikleriyle fluorun rezonans
frekansı, benzer alanlarda, protonunkinden sadece biraz düşüktür; 14092 gausta
H için 60, F için 56.5 MHz'dir.
Fluor absorbsiyonu da çevre koşullarından etkilenir ve
kimyasal kaymalar 300 ppm gibi geniş bir aralığa yayılır, bu değer proton için
en fazla 20 ppm'dir. Ayrıca solvent, fluor pikinin konumunu hidrojene kıyasla
daha fazla etkiler. Fluor kayması yapısal durum hakkında, protona göre daha az
bilgi verir.
Fosfor
Spin numarası 1/2 olan fosfor-31’de kimyasal kaymaları 700 ppm'i aşan keskin NMR pikleri verir. 14092 gausta 31P in rezonans frekansı 24.3 MHz'dir. Özellikle biyokimya sahasında, fosfor çekirdeğindeki kimyasal kaymanın yapısal durum ile ilişkisini inceleyen çeşitli çalışmalar vardır.
Diğer Çekirdekler
Son birkaç yıl içinde çeşitli izotoplara uygulanan NMR verilerinde büyük artışlar olmuştur. Üzerinde en çok çalışılan çekirdekler 2D, 11B, 23Na, 15N, 29Si, 109Ag, 199Hg, 113Cd, ve 207Pb dur.