Biofysische Scheikunde: NMR-Spectroscopie

Vergelijkbare documenten
Biofysische Scheikunde: NMR-Spectroscopie

Nuclear Magnetic Resonance

Biofysische Scheikunde: NMR-Spectroscopie

Nuclear Magnetic Resonance

Biofysische Scheikunde: NMR-Spectroscopie

Biofysische Scheikunde: NMR-Spectroscopie

Tentamen Chemische Binding NWI-MOL056 Prof. dr. ir. Gerrit C. Groenenboom, HG00.068, 30 aug 2013

Maandag 29 oktober 2012, 9-11 uur, Educatorium, Zaal Beta

Biofysische Scheikunde: NMR-Spectroscopie

Toets Spectroscopie. Maandag 26 oktober 2015, 9:00-12:00 uur Educatorium, Zaal Alfa. Lees dit eerst!

-- IX (q)e - ie 2 t/h

TENTAMEN KERNSPINRESONANTIE 17 december 2009 ( uur) Docent FJJ de Kanter. Er mag gebruik worden gemaakt van een rekenmachine

IV. Chemische binding

Tentamen Chemische Binding NWI-MOL056 Prof. dr. ir. Gerrit C. Groenenboom, HG00.304/065, 17:30-20:30/21:30, 6 feb 2014

V.Covalente verbindingen: Ruimtelijke structuur

Quantum Chemie II 2e/3e jaar

Tentamen. Kwantumchemie & Fysica (4051QCHFY-1314FWN) Datum: 10 April Tijd/tijdsduur: 3 uur

Tentamen QCB juni 2007, 9:00-12:00 uur, A. van der Avoird

Tentamen Inleiding Quantumchemie (MST1171)

Proef toets Massaspectrometrie Structuuranalyse

Opgave 1. γ gyromagnetische verhouding van waterstof (2, rad/t s) B magnetische veldsterkte (Tesla)

Voorbeeld Tentamen Quantumchemie II

Vraag 1: Ne-He en Ne-He +

Chapter 8b Samenvatting Een katalysator is een stof die de snelheid van een chemische reactie verhoogt, zonder daarbij zelf verbruikt te worden. Boven

Uitwerkingen Bio-organische Chemie Werkcollege Hoeveel protonen, neutronen en elektronen hebben de volgende elementen:

Kernspinresonantie (NMR)

Herkansing Toets T1 en T2 AAC. 08 november 2013

IV. Chemische binding

1. Langere vraag over de theorie

Tentamen QCB 3. 7 juli 2006, 9:00-12:00 uur, A. van der Avoird

Tentamen QCB juli 2005, 9:00-12:00 uur, A. van der Avoird

7. Hoofdstuk 7 : De Elektronenstructuur van Atomen

10 Samenvatting. 10 Samenvatting

Fluorescentie. dr. Th. W. Kool, N.G. Schultheiss

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB januari 2013, uur

ANTWOORDEN TENTAMEN. Van Quantum tot Materie

Moderne Instrumentele Analyse

Na(3s) Na(3p) He(1s 2 )+hν(58 nm) + Na +

Toegepaste Quantumchemie NWI-MOL106 Prof. G. C. Groenenboom en Prof. F. M. Bickelhaupt, HG00.068/HG00.310, 8:30-11:30/12:30, 28 okt 2015

Figuur 1 Schematische opstelling van de STM

Het kunnen onderscheiden van verschillende isomeren is nodig voor het begrijpen van de unieke eigenschappen die isomeren bezitten.

HOOFDSTUK 1: Fysische grondslagen van de elektrotechniek

Samenvatting Scheikunde Hoofdstuk 1

Uitwerkingen Basischemie laboratoriumonderwijs hoofdstuk 11

Uitwerking- Het knikkerbesraadsel

Toegepaste Quantumchemie NWI-MOL106 Prof. G. C. Groenenboom en Prof. F. M. Bickelhaupt, HG00.068/HG00.310, 8:30-11:30/12:30, 28 okt 2015

Relatieve massa. t.o.v. de atoommassaeenheid. m(kg) ,66 10 kg

Compton-effect. Peter van Zwol Sietze van Buuren Assistent: Heinrich Wörtche 16 oktober Samenvatting

Antwoorden Tentamen Fysica van de Vaste Stof woensdag 2 maart 2011, uur

Cover Page. Author: Voltan, Stefano Title: Inducing spin triplet superconductivity in a ferromagnet Issue Date:

Uitwerking Chemische Binding NWI-MOL056 Prof. dr. ir. Gerrit C. Groenenboom, HAL 1, 12:30-15:30, 7 nov 2013

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB augustus 2011, uur

Samenvatting. Inleiding

Samenvatting Scheikunde Hoofdstuk 1 en 2

2) Op de simulatie in onderstaande link. Opgelet, werk in Mozilla Firefox! Kies voor model. De link vind je eveneens in smartschool bij weblinks

Chapter 28 Bronnen van Magnetische Velden. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Examen Lineaire Algebra en Meetkunde Tweede zit (13:30-17:30)

Het Standaardmodel. HOVO college Teylers 20 maart 2012 K.J.F.Gaemers

Vraag 1 : Beschrijf het verschil tussen een atoom en een molecule.

Toets 01 Algemene en Anorganische Chemie. 30 september 2015

Bij het opstellen van de Lewisstructuur houd je rekening met de octetregel en het aantal valentie-elektronen.

in een isolator? Dr. Erik van Heumen

WATER. Krachten tussen deeltjes. Intramoleculaire en intermoleculaire krachten

Insertie van etheen in BH 3 en NH 3. Doorrekenen van een reactiepad

Bindingen. Suiker Suiker heeft de molecuulformule C 12 H 22 O 11

Atoom theorie. Inleiding

Toets T1 Algemene en Anorganische Chemie. 02 oktober 2013

Stamnummer: NPGE: Algemene Scheikunde 6 november u

Tentamen Elektromagnetisme (NS-103B)

Samenvatting EEN MID INFRAROOD ELLIPSOMETER

What does it all mean?

Fundamentele elektriciteit

Eindtoets 3BTX1: Thermische Fysica. Datum: 3 juli 2014 Tijd: uur Locatie: paviljoen study hub 2 vak c & d

Atoombinding structuurformules nader beschouwd (aanvulling 2.4)

Theoretische studie over het conformationele flexibiliteit en zwakke. interacties van asymmetrische organische katalysatoren in oplosmiddel

94 Samenvatting te vervormen, wordt de huid bijzonder stijf bij grotere vervormingen. Uit onderzoek is gebleken dat deze eigenschap deels toe te schri

Samenvatting. Samenvatting

Elementaire Deeltjesfysica

PROJECT 1: Kinematics of a four-bar mechanism

Inleiding 15. Inleidende oefeningen Basisbegrippen fysica en wiskunde 17

1 Efficient oversteken van een stromende rivier

TW2040: Complexe Functietheorie

Wiskundige Technieken

IV. Chemische binding

Cursus Chemie 2-1. Hoofdstuk 2: Chemische bindingen 1. INLEIDING

-- V HOOFDSTUK V STORINGSREKENING

Biofysische Scheikunde: Statistische Mechanica

Tentamen QCB augustus 2005, 14:00-17:00 uur, A. van der Avoird

CHEMIE 1 Hoofdstuk 7 Chemische binding I. HOOFDSTUK 7: Chemische binding I

vraag A B C D Eventuele illustratie 1s 2, (2sp 2 ) 5, 2p x 1. Het aantal neutronen en electronen. De som van het aantal protonen en neutronen.

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

Opgave 1. Reacties 16 punten

NATIONALE SCHEIKUNDEOLYMPIADE EINDTOETS THEORIE

Uitwerkingen van het Tentamen Moleculaire Simulaties - 8C Januari uur

Leereenheid 3. Diagnostische toets: Enkelvoudige wisselstroomkringen

Nederlandse samenvatting

1. Weten wat potentiaal en potentiaalverschil is 2. Weten wat capaciteit en condensator is 3. Kunnen berekenen van een vervangingscapaciteit

Samenvatting. (Summary in Dutch)

Harmonischen: remedies

Deel 1. Basiskennis wiskunde

Transcriptie:

De Scalaire Koppeling Vrije Universiteit Brussel 13 maart 2012

Outline 1 De Invloed van Andere Kernen 2

Outline 1 De Invloed van Andere Kernen 2

Opnieuw Ethanol (1) Met een nauwkeuriger NMR-instrument vertonen de lijnen van ethanol een fijnstructuur:

Opnieuw Ethanol (2) Met een nauwkeuriger NMR-instrument vertonen de lijnen van ethanol een fijnstructuur: Quadruplet (1:3:3:1) door de koppeling met de 3 CH 3 -atomen Triplet (1:2:1) door de koppeling met de 2 CH 2 -atomen

De 1 H- en 13 C-Spectra van Formaat In een formaat-ion met een 12 C-atoom is er maar één "actieve" spin ( 1 H) en, zoals verwacht, maar één signaal. In een formaat-ion met een 13 C-atoom zijn er twee scalair gekoppelde spins-1/2, en worden de pieken gesplitst.

Principe van de J-koppeling Voor de wederzijdse invloed van twee magnetische kernen A en X kan men de volgende energieterm formuleren: E = hj AX m A m X Het product van de magnetische quantumgetallen vertegenwoordigt hierin het belang van de relatieve oriëntatie van de twee spins. Door de energetische bijdragen van verschillende naburige kernen bij elkaar te tellen, vindt men de nieuwe resonantiefrequentie: ν A = γ AB 0 (1 σ A ) 2π X A J AX m X

Energiediagram voor een AX-systeem (J>0)

Energiediagram voor een AX-systeem (J<0)

Het Mechanisme van de J-Koppeling Een rechtstreekse invloed van het magnetisch dipoolmoment van de naburige kernen lijkt voor de hand te liggen, maar blijkt in isotrope oplossingen geen rol te spelen (zie later). De koppeling gebeurt onrechtstreeks, via de elektronen in covalente bindingen. De onderliggende interactie is de Fermi-contactinteractie tussen kernen en elektronen in s-orbitalen.

Implicaties van het Mechanisme De sterkte van de koppeling is onafhankelijk van het externe veld B 0. Alleen covalent verbonden kernen beïnvloeden elkaar, en de koppeling wordt zwakker naarmate er meer covalente bindingen tussenliggen. Het teken van de koppelingsconstante J wordt bepaald door het aantal tussenliggende kern/elektron-interacties, wat soms vrij ingewikkeld kan worden.

Limieten van de Vereenvoudiging Een gedetailleerde berekening toont aan dat het uiteindelijke patroon van energieniveau s bepaald wordt door het verschil in frequentie tussen de gekoppelde kernen ( δν ) enerzijds, en de sterkte van de koppeling ( J ) anderzijds. Indien δν >> J, blijven de vier energieniveau s gescheiden, en worden ze inderdaad slechts lichtjes verschoven. De kernen zijn dan zwak gekoppeld ("weakly coupled"), en de voorgaande manier van analyseren werkt uitstekend.

Equivalente Kernen (1) Wanneer δν = 0, vallen de αβ- en βα-energieniveau s samen. Hierdoor wordt het volgens de regels van de quantummechanica mogelijk om deze twee niveau s te mengen tot twee nieuwe niveau s ( 1 2 (αβ + βα) en 1 2 (αβ βα)), die juist verder uit elkaar liggen. Bij zwakke koppeling is dit niet mogelijk omdat de middelste energieniveau s te ver uit elkaar liggen voor hydbridisatie. Het gevolg is dat er twee toegelaten transities bij de centrale frequentie zijn, en twee verboden transities aan weerszijden.

Equivalente Kernen (2)

Sterke Koppeling (1) Wanneer δν J, worden de twee middelste energieniveau s eveneens gemengd, maar minder volledig. Het gevolg is dat ze in beperkte mate uit elkaar gedreven worden, en de twee buitenste transities minder intens ("minder toegelaten") worden. Het gevolg is een dakvormig uitzicht van de vier pieken, dat karakteristiek is voor sterke koppeling (strong coupling).

Sterke Koppeling (2)

Merk op dat J onafhankelijk is van B 0, terwijl δν lineair toeneemt met toenemende B 0. Bij een voldoende sterk extern veld wordt elke sterke koppeling dus vroeg of laat zwak. Koppelingsregimes Naarmate de verhouding tussen δν en J varieert, is er een vloeiende overgang van equivalentie over sterke koppeling naar zwakke koppeling. ν(hz) 0 200 200 20 7.5 5.0 δν / J 2.5 1.0 0.5 0.2 0.0

Outline 1 De Invloed van Andere Kernen 2

Een AX-systeem m X ν A = ν A,basis J AX m X + 1 2 ν A,basis 1 2 J AX 1 2 ν A,basis + 1 2 J AX

Een AMX-systeem m M m X K {M,X} J AKm K + 1 2 + 1 2 1 2 (J AM + J AX ) + 1 2 1 2 1 2 (J AM J AX ) 1 2 + 1 2 + 1 2 (J AM J AX ) 1 2 1 2 + 1 2 (J AM + J AX )

Klassieke Multipletpatronen Het verwachte lijnenpatroon kan voorspeld werden voor een aantal courante atoomconfiguraties, in de veronderstelling dat de voorwaarde van zwakke koppeling voldaan is: (Letters die dicht bij elkaar in het alfabet liggen (A, B, C) duiden op sterke koppeling; letters ver uit elkaar (A, M, X) duiden op zwakke koppeling; onderschriften duiden op equivalentie.)

Geometrische Informatie uit Koppelingen Koppelingen over één binding ( 1 J) en over twee bindingen ( 2 J) geven zeer lokale informatie en zijn van beperkt nut. Koppelingen over drie bindingen ( 3 J) zijn meestal afhankelijk van de dihedrale hoek tussen de betrokken atomen, volgens Karplus-verbanden van de vorm 3 J = A + B cos(θ) + C cos 2 (θ) Lange-afstandskoppelingen ( 4 J, 5 J,...) zijn meestal zeer zwak, maar kunnen in specifieke gevallen zeer informatief zijn.

Magnetische en Chemische Equivalentie Magnetisch equivalent kernen hebben identieke frequenties (en dus chemical shifts), en identieke koppelingen naar al hun buren. Chemisch equivalente kernen hebben wel dezelfde frequentie, maar verschillende koppelingen naar verschillende buren. Zoals hervoor vermeld, treedt hierbij geen splitsing op en blijven de spectra vrij eenvoudig. Dit geeft aanleiding tot verdere complicaties in het energiediagram, en zeer complexe spectra.

(1) De invloed van naburige magnetische kernen wordt beschreven d.m.v. het concept van scalaire koppeling. De quantumchemische theorie beschrijft hoe de energieniveau s van het systeem, en daardoor het uitzicht van het spectrum, gewijzigd worden. De cruciale parameters zijn het verschil in frequentie tussen de gekoppelde kernen (δν, evenredig met B 0 ) en de sterkte van de scalaire koppeling (J, onafhankelijk van B 0 ).

(2) Voor magnetisch equivalente kernen (met δν = 0 en alle andere koppelingsconstanten identiek) treedt er netto geen splitsing van de resonantielijnen op. Bij chemisch equivalente kernen (met δν = 0 maar niet-gelijke koppelingen naar andere buren) en voor sterk gekoppelde kernen (δν J) worden de resonantielijnen gesplitst, vervormd en verschoven. De interpretatie van deze gevallen is meestal niet triviaal.

(3) Voor zwak gekoppelde kernen ( δν >> J ), worden de resonantielijnen op een voorspelbare manier gesplitst, die vrij eenvoudig geïnterpreteerd kan worden aan de hand van kleine aanpassingen in het energiediagram. De scalaire koppeling levert informatie over de covalente structuur van het molecule, en over specifieke aspecten van de moleculaire geometrie.