Одномерная ЯМР-спектроскопия на ядрах

Одномерная ЯМР-спектроскопия на ядрах

1. Обзор литературы

1.1 Основные физические принципы ЯМР-спектроскопии

 

Ядра многих атомов могут быть представлены в виде очень маленьких стержневых магнитов с северным и южным полюсами. Ядро вращается с постоянной скоростью, а ось вращения точно совпадает с линией между северным и южным полюсами (Рис. 1). Так как ядро само по себе является заряженной частицей, а любая заряженная частица при движение создаёт вокруг себя магнитное поле, это означает, что создаётся ядерный магнитный момент μ. Он связан со спиновым угловым моментом, а количественно пропорционален квантовому числу углового момента (спину) I, что выражается через гиромагнитное отношение: γ=I/ μ.

Рисунок 1

Рисунок 2

Вторым принципом является ларморовская прецессия. Это явление состоит в движение макроскопического магнитного момента μ в однородном внешнем магнитном поле B₀, при этом μ описывает конус с углом θ вокруг B₀(Рис. 2). Основной характеристикой прецессии является её частота, определяемая формулой: ν₀ = │γ│*B₀/2π (1). Если же к этой системе приложить ещё одно внешнее РЧ поле B₁, перпендикулярное B₀, то оно также наложит вращающий момент на μ [2]. Возможны два случая: поле B₁ фиксировано по направлению и амплитуде, тогда возникнут слабые колебания прецессии μ, вызванные результирующим полем B₀+B₁; и поле B₁ может вращаться вокруг B₀ с той же частотой, что и μ. Если взаимная ориентация μ, B₀ и B₁ будет как на Рис. 3, то должна существовать сила F, которая будет направлена в противоположную сторону от B₀ и будет увеличивать угол прецессии θ.

Изменение θ будет означать поглощение энергии μ в B₀, то есть при равенстве частот прецессии ν поля B₁ и частоты поля B₀ наступит резонансное поглощение энергии поля B₀.

При введение ядерного магнитного момента был упомянут спин I или ядерное квантовое число. Известно, что ядра ¹H и ¹³C имеет спин 1/2, а ядро дейтерия, к примеру, 1. Если вращающееся вокруг своей оси ядро рассматривать с позиций квантовой механики, то окажется, что его ядерный угловой момент P квантуется. А при помещении ядра в сильное поле B₀ угловой момент P ориентируется так, что его компонента P_z расположится по направлению внешнего поля, причём её значение выразится: P_z = m_I*h, где h - постоянная Планка и m_I = I, I-1,…, - I - магнитное квантовое число. То есть при включение внешнего поля B₀ спиновые энергетические уровни ядер расщепляются на подуровни. Иными словами, с его помощью мы снимаем энергетическое вырождение: ядра с направленными «по полю» (α-ориентация) и «против поля» (β-ориентация) магнитными моментами имеют различную энергию (первая немного меньше второй) - и возникает возможность энергетического перехода с одного уровня на другой [13]. Этот переход и является физической основой спектроскопии ядерного магнитного резонанса, основанной на поглощении электромагнитного излучения определёнными частот ядрами образца, помещенного в магнитное поле. В общем случае расщепление энергетических уровней в магнитом поле носит название эффекта Зеемана. Поскольку в данной работе рассматриваются ядра именно с таким спином, как указано в заголовке, то ясно, что расщепление произойдёт на 2 подуровня с m_I = +1/2 и m_I = -1/2, а разница энергии между состояниями будет равна: ΔE = γ*h* B₀ (Рис. 4).

Рисунок 4 - Расщепление энергетического уровня в магнитном поле

1.2 Ансамбль ядер со спином 1/2

ЯМР-спектроскопия, по природе своей, работает с ансамблями, проще говоря, с большим числом идентичных молекул и ядер в них, содержащихся в исследуемом образце. А большое количество ядер предполагает некоторое их распределение по энергиям или заселённость энергетических уровней.

Ранее утверждалось, что α-ориентация имеет меньшую энергию, чем β-ориентация, тогда при нахождении системы в состояние теплового равновесия в α - ориентации ядер будет больше, как и должно быть согласно распределению Больцмана:

_α/N_β = exp (-ΔE/kT) = exp(-γhB_о/2πkT),

где N_α и N_β - заселённости соответствующих состояний или энергетических уровней [8]. Из этого выражения очевидно, что разница в заселенности энергетических уровней N_α и N_β, определяющая вероятность перехода и, следовательно, интенсивность сигнала в спектре, непосредственно связана с величиной внешнего магнитного поля B₀. Чем больше будет B₀, тем больше будет ΔE и, следовательно, разность заселённостей, а значит и чувствительность спектрометра. Так же чувствительность зависит от μ (чем оно больше, тем больше ΔE), от γ и от естественного содержания ядер данного вида в природе. Из этих соображений наиболее эффективными будут ядра ¹Н.

Таблица 1 - Свойства некоторых ядер с ненулевым спином [3]

Ядро	Спин	Содержание%	μ, я.м.	γ, 10-7 рад * Тл*с-1	Частота, МГц
1Н	1/2	99,985	2,7927	26,7520	400
2Н	1	0,015	0,8574	4,1066	61,402
13С	1/2	1,108	0,7022	6,7283	100,577
15N	1/2	0,37	-0,283	-2,712	40,531
17O	5/2	0,037	-1,893	-3,6279	54,227
19F	1/2	100	2,6273	25,181	376,308
31P	1/2	100	1,1305	10,841	161,923

1.3 Получение одномерных спектров

Существует два способа возбуждения ядерных спинов для получения ЯМР-спектра: стационарный и импульсный. Первый состоит в медленном нарастании частоты или напряжённости внешнего магнитного поля, при этом условия резонанса соблюдались последовательно для всех ядер данного вещества. Второй метод состоит в подаче на образец мощного радиоимпульса, длящегося микросекунды, который одновременно возбуждает все ядра в нём [4]. Импульсная ЯМР начала развиваться лишь в середине 70-х гг., так как для получения таких спектров требуется математическая обработка сигнала, которую можно произвести только на достаточно современном компьютере. В данный момент на всех ЯМР-спектрометрах установлены компьютеры с пакетом специальных прикладных программ для получения и последующей обработки спектров.

Рисунок 5 - Полоса возбуждаемых импульсом частот

Основной характеристикой импульса является его длительность PW (PulseWidth), через которую можно вычислить диапазон возбуждаемых им частот SW (SpectralWidth) по формуле: SW = 2/PW (см. Рис. 5) [2]. Следовательно, более короткий импульс возбудит более широкую полосу частот. 90˚-импульс представляет собой ограниченное во времени мощное облучение ядерных спинов одной частотой, который поворачивает вектора намагниченности всех ядер на угол θ = 90˚.

Угол θ, на который повернётся вектор намагниченности, зависит от силы поля и длительности импульса: θ = 360˚*γ*B₁*PW. Радиочастотный импульс синхронизирует вращение всех магнитных ядер, возникает фазовая когерентность при различных частотах прецессии для ядер разных типов.

1.4 Химический сдвиг

Химическим сдвигом называют различие в расположении в спектре между пиками поглощения (резонанса) для ядер, входящих в разные группы (метильную, ароматическую, карбоксильную и т.д.). Формально химический сдвиг измеряют от резонанса «голого» (без электронов) ядра, то есть экранирование отсутствует и σ = 0. Однако на практике в химии принят другой стандарт - измерение сдвига протонов относительно стандартного соединения тетраметилсилана (обозначают ТМС), которое содержит 12 эквивалентных протонов. Таким образом, химический сдвиг является разностью резонансных частот ядер исследуемого образца и ядер ТМС. Выражается он через безразмерную величину δ = 10⁶*(ν_об. - ν_ТМС)/ν_ТМС [7]. Множитель 10⁶ означает, что в спектре все химические сдвиги выражаются в миллионных долях (м. д.). Химические сдвиги часто встречающихся групп представлены на рисунках 7 и 8.

Факторы, влияющие на химические сдвиги в атоме:

электронная плотность на атоме (чем она выше, тем сильнее сигнал смещён в сильное поле);

магнитная анизотропия соседних групп (диамагнитный и парамагнитный вклады в экранирование);

образование протоном водородной связи (следствие - смещение сигнала в слабое поле);

вид растворителя.

Рисунок 7 - Химические сдвиги для ¹Н

Рисунок 8 - Химические сдвиги для ¹³С

1.5 Константа спин-спинового взаимодействия

Константа спин-спинового взаимодействия (КССВ) - внутренняя характеристика каждого изучаемого соединения и она не зависит от напряжённости внешнего магнитного поля B₀. Константа спин-спинового взаимодействия зависит в наибольшей степени от гибридизации атома углерода (возрастает с увеличением s характера связи), от числа и электроотрицательности заместителей при атоме углерода (возрастает с ростом электроотрицательности заместителей), от природы взаимодействующих ядер, характера и числа связей через которые передается это взаимодействие, а также геометрии молекулы. Чем больше этих связей, тем, как правило, меньше константа. Для спектров первого порядка КССВ в Гц находят прямым измерением расстояния между пиками мультиплета. Обозначается она J и измеряется в Гц [2].

КССВ можно разделить по двум признакам: 1) тип взаимодействующих ядер и 2) число связей, разделяющее взаимодействующие ядра. По первому признаку выделяют гомоядерные (между ядрами одного типа) и гетероядерные (между ядрами разных типов) КССВ. В протонной ЯМР-спектроскопии используют J_HH и J_СH КССВ. По второму признаку могут быть выделены КССВ:

прямая (разделяет 1 связь, примеры: ¹J_СH, ¹J_HD)

геминальная (разделяет 2 связи, примеры: ²J_CH, ²J_HH)

вицинальная (разделяет 3 связи, примеры: ³J_HH, ³J_CH, ³J_HF)

дальняя (разделяет 4 и более связей, примеры:⁴J_HH, ⁵J_HH, ⁴J_HF)

Главную роль в определение стереохимии изучаемого вещества играют вицинальные КССВ через связи ³J_HH, которые зависят от величины двугранного угла H-C-C-H (угла Ф). Эта зависимость выражается, в самом простом виде, уравнением:

³J_HH = А + В*cosФ + С*cos2Ф,

а по этому уравнению легко построить Карплусовскую кривую [11].

Рисунок 9 - Карплусовская кривая

1.6 Ядерный эффект Оверхаузера

Ядерный эффект Оверхаузера (ЯЭО) очень важен для ¹H ЯМР-спектроскопии, так как даёт информацию о расстоянии между ядрами, что позволяет судить о стереохимической структуру образца более точно. ЯЭО основан на внутримолекулярном диполь-дипольном взаимодействие, которое является основным механизмом релаксации в ядрах со спином I = 1/2. Существую также другие механизмы релаксации: квадрупольный (I>1/2), спин-вращательный и спин-спиновый; в данной работе они не рассматриваются. ЯЭО можно наблюдать на примере двухспиновой системы AX даже при отсутствие спин-спинового взаимодействия между ядрами, то есть J_AX = 0. Однако эти ядра расположены достаточно близко друг к другу (на расстояние 4-5 Ǻ), что означает возможность между ними диполь-дипольного взаимодействия (главного фактора релаксации). Спиновая диаграмма этой системы и её эволюции представлена на рисунке 10 [8].

Рисунок 10 - Двухспиновая система и её эволюция

В спектре ЯМР в этом случае наблюдаются два синглета с частотой ν_A и ν_X. Можно настроить второе радиочастотное поле на ν_X и начать насыщать переходы X₁и X₂. Пусть энергии уровней 2 и 3 почти не различаются, значит заселённость их будет одинакова и равна N ядер. На нижнем уровне 1 будет избыток ядер N+δ ядер, а на верхнем уровне 4 ядер будет N-δ. После облучения переходов X₁и X₂ населённости уровней выровняются: 1 с 2 и станут N+1/2δ ядер, и 3 с 4 и станут N-1/2δ ядер. Получается, что разность заселённостей для переходов A₁ и A₂ не изменилась и резонанс ядра А имеет прежнюю интенсивность. Однако здесь в дело вступает кросс-релаксация по каналам W₂и W₀ (двухквантовый переход между уровнями 1 и 4 и нуль-квантовый переход между уровнями 2 и 3), так как система стремится прийти в равновесие и избавиться от внезапно образовавшихся избытков и недостатков атомов. Также в системе будет присутствовать и нормальная одноквантовая релаксация W^А₁ между уровнями 1 и 2, а также 3 и 4. Если в системе действует только диполь-дипольный механизм релаксации, то можно формально записать и решить систему дифференциальных уравнений, описывающих её, в результате чего получится выражение:

где η_А(X) представляет собой изменение интенсивности сигнала от ядра А при облучение переходов ядра X. Знак ЯЭО зависит от того, какой канал релаксации преобладает в образце. Так для небольших молекул в преобладает W₂ и эффект Оверхаузера η_А(X) будет положительным, а интенсивность резонанса ядра А вырастет. Для больших же молекул преобладает W₀. Эффект Оверхаузера будет отрицательным, соответственно интенсивность резонанса ядра А уменьшится. На рисунке 11 представлены максимально возможные значения ЯЭО для двух типов молекул [5].

Рисунок 11 - ЯЭО

2. Материалы и методы

2.1 Спектрометр

В моей работе имеется 3 эксперимента, все они были проделаны на ЯМР спектрометре Avance-700 III, производства фирмы Bruker, Германия. Его основные технические характеристики:

1)    частота ларморовской прецессии 700 МГц;

2)      магнитное поле 16,4 Тл;

)        длительность 90⁰ импульса 8 мкс;

)        расходные криогенные материалы: жидкий азот 2500 л в год и жидкий гелий 312 л в год.

Рисунок 12 - Спектрометр Avance-700 III Bruker

Рисунок 13 - Принципиальная схема ЯМР-спектрометра, где:

- ампула с исследуемым образцом;

- электромагнит;

- катушка;

- приемная катушка;

- генератор;

- усилитель;

- устройство управления [12].

2.2 Алгоритм исследования

Для начала, все три образца с неизвестной структурой были растворены: образец №1 в пиридине, образцы №2 и №3 - в С₆D₆, и залиты в ампулы диаметром 5 мм. Дальнейшие манипуляции производились на компьютере в программной оболочке TopSpin.

Открываем диалоговое окно BSMSpanel, нажимаем кнопку LIFT. Через несколько секунд раздаётся шипение - это появилась струя воздуха, на неё кладём ампулу с образцом, снова нажимаем LIFT и ампула опускается на воздушной подушке в центр спектрометра.

Далее настраиваем однородность поля на образце, для этого нужна частота резонанса дейтерия в растворителе. Сигнал дейтерия собирается специальным спектрометром наблюдения ядер²Н, содержащимся в приборе, который действует параллельно с основными каналами и называется канал стабилизации поля (lockc hannel). Командой lock, введённой в командную строку, «цепляемся» за этот самый сигнал и оптимизируем (шиммируем) магнитное поле, ориентируясь на окно справа от основного, где графически показывается стабильность дейтериевого сигнала. После нажатия кнопки LOCK появляется список дейтерированных растворителей, из которого нужно выбрать используемый в данном эксперименте. Порядок регулировки шиммов в BSMS окне:

§ регулируя шимм Z, добиться максимального уровня стабилизации;

§  изменить Z² так, чтобы наблюдалось заметное изменение уровня стабилизации (может происходить при движение сигнала как вверх, так и вниз), запомнить то направление, в котором Z² изменялся;

§  перенастроить Z для максимального уровня стабилизации;

§  проверить больше ли уровень стабилизации, чем начальный уровень;

§  если это так, повторить предыдущие шаги по регулированию Z²пока улучшения не прекратятся. Если уровень стабилизации становится ниже, всё повторяется, но Z² изменяем в противоположном направление;

§  оптимизировать Z³: внести некоторое изменение, затем повторить первый пункт. Если результат лучше, чем ранее, повторить эту процедуру, если нет, изменить Z³ в противоположном направлении и повторить первый пункт;

§  оптимизировать XY;

§  оптимизировать X² -Y² и повторить первый пункт.

Затем необходимо настроить датчик, это достигается развёрткой частоты «взад-вперед» (wobble) в узкой области частот (несколько МГц) возле целевой частоты, в течение которой отклик датчика сравнивается с откликом внутренней эталонной нагрузки 50 Ом (все спектрометры ЯМР настраиваются по этому стандартному импедансу). Это были самые необходимые настройки, далее можно регистрировать спектры.

Но перед этим в окне Acquisition Parameters нужно выбрать следующие параметры:

1.  импульсную программу - в моих экспериментах использовались zg, cosyqf45, zgdc и dept135;

2.      длительность 90⁰ импульсов, создаваемых программами - соответственно 8 мкс (¹Н), 8 мкс (¹Н), 20 мкс(¹³С) и 20 мкс(¹³С);

.        количество сканов - по одному для первых двух программ и по 40 для оставшихся.

Затем в командную строку вводим команду zg, она очистит память программы и запишет спектр. После окончания эксперимента на экране будет виден только спад свободной индукции (ССИ), который командой fp преобразуется в обычный частотный спектр протонов δ-шкалой сдвигов в м.д. (миллионных долях или ppm) снизу. Даём команду pp - над каждым имеющимся в спектре пиком появляется его частота. Далее интегрируем спектр и распечатываем его.

Процедуру повторяем для записи спектра ¹³С с широкополосной развязкой от протонов, только выбираем импульсную программу zgpg. Для определения типов углеродов в спектрах¹³С выбираем dept135. Для углеродных спектров интегрирование не производим.

Программа cosyqf45 даёт возможность на основе одномерного протонного спектра снять двумерный, где на пересечениях взаимодействующих друг с другом протонов появляются кросс-пики.

 

3. Результаты и обсуждения

3.1 Образец №1

Анализ структуры образца №1 производился по спектрам. Для начала по одномерному протонному спектру определяем, что в нём преобладают большие значения КССВ (от 8 до 12 Гц) [1]. Это вероятнее всего означает, что неизвестная молекула имеет своей основой циклогексановое кольцо в форме кресла (Рис. 14) [10].

Рисунок 14 - Конформация кресла

Далее по спектру cosy нашли номера протонов, так как известно, что Н₁ в полностью замещённом циклогексановом кольце соответствует дублету, дальнейшие протоны определяются через недиагональные кросс-пики взаимодействия [12]. На основании одномерных протонного и углеродного спектров построена таблица, где выписаны сдвиги ядер и КССВ (для ¹Н).

Таблица 2 - КССВ и сдвиги для ядер ¹Н и ¹³С

Н№	КССВ, Гц	С№	δ, м.д.
Н1	5,16	3,7	С1	101,297
Н2	4,13	3,7; 9,6	С*	75,292*
Н3	4,56	10,1; 9,2		73,989*
Н4	4,2	8,9; 9,7		73,722*
Н5	4,27	2,6; 5,5; 8,7		721,997*
Н6	4,5	2,6; 11,7	С2	62,7
Н6’	4,37	5,5; 11,7	С3(метильная группа при О)	54,746
Н (метильная группа при О)	3,46	0

На основание данных этой таблицы расставляем протоны при углеродах. У Н₁ КССВ мала - экваториальный протон. Н₂, Н₃ и Н₄ - аксиальные (большие КССВ, двугранный угол около 180⁰) [11]. Н₅ связан с тремя протонами: с Н_4, Н₆ и Н_6’(вицинальная КССВ). А Н₆ и Н_6’связаны геминальной связью. Тот факт, что все протоны сдвинуты в слабое поле, говорит о том, что при каждом из них есть кислород, а при Н₅ он замещает углерод через 2 связи. Так же в протонном спектре имеется метильная группа, она тоже находится в слабом поле по сравнению со своим обычным положением, а значит, связана с кислородом. КССВ при Н₁в 3,7 Гц говорит от том, что заместитель при С₁находится в α - положении.

Таким образом, соединение было дешифровано как С₇Н₁₄О₆ или α-метил-D-глюкопиранозид.

Рисунок15 - С₇Н₁₄О₆

3.2 Образец №2

Анализ структуры образца №2 производился по спектрам. Для начала по одномерному протонному спектру определили, что в нём имеются только большие значения КССВ (от 8 до 12 Гц). Это вероятнее всего означает, что неизвестная молекула имеет своей основой циклогексановое кольцо в форме кресла (Рис. 14). Далее по спектру cosy нашли номера протонов, так как известно, что Н₁ при циклогексановом кольце соответствует дублету, дальнейшие протоны определили через недиагональные кросс-пики взаимодействия [12]. На основании одномерных протонного и углеродного спектров построена таблица, где выписаны сдвиги ядер и КССВ (для ¹Н).

Таблица 3 - КССВ и сдвиги для ядер ¹Н и ¹³С

Н№	δ, м.д.	КССВ, Гц	С№	δ, м.д.
Н1	4,15	7,9	С1	103,068
Н2	5,28	7,8; 9,5	*	74,865*
Н3	5,37	9,5; 9,4		73,554*
Н4	5,24	9,9; 9,6		73,114*
Н5	3,25	2,5; 4,6
Н6	4,06	2,5; 11,9	С2	63,23
Н6’	4,24	4,6; 11,9	С3(метильная группа при О)	57,4
Н (метильная группа при О)	3,2	0	С(четвертичные) 4 штуки	171,319 171,263 170,362 170,115
Н (метильные группы) 4 штуки	1,731 1,726 1,71 1,688	0	С (в СН3) 4 штуки	21,605 21,517 21,455

На основание данных этой таблицы расставляем протоны при углеродах. Константа при Н₁ достаточно большая - протон аксиально-экваториальный. Н₂, Н₃ и Н₄ - аксиальные (большие КССВ, двугранный угол около 180⁰). Н₅ связан с тремя протонами: с Н_4, Н₆ и Н_6’ (вицинальная КССВ). А Н₆ и Н_6’ связаны геминальной связью. Тот факт, что все протоны сдвинуты в слабое поле, говорит о том, что при каждом из них есть кислород, а при Н₅ он замещает углерод через 2 связи. Так же в протонном спектре имеется метильная группа, она тоже находится в слабом поле по сравнению со своим обычным положением, а значит, связана с кислородом. В углеродном спектре есть 4 углерода, со сдвигами, соответствующими ацетатной группе (СН₃СОО). Это подтверждается и спектром, полученным с помощью программы dept135, где эти углероды исчезли, что позволяет сказать, что они четвертичные (не связаны ни с одним протоном). 4 углерода, входящие в метильные группы, являются составляющими ацетатных групп [14]. Они имеют сдвиги около 20 м.д., так как находятся в области конуса дезэкранирования, создаваемого вокруг связи С=О [11]. КССВ при Н₁в 7,9 Гц говорит от том, что заместитель при С₁ находится в β-положении [6].

Таким образом, соединение было дешифровано как С₁₅Н₂₂О₁₀ или β-метил-глюкопиранозид-тетраацетат.

Рисунок 16 - С₁₅Н₂₂О₁₀(β)

 

.3 Образец №3

 

Анализ структуры образца №3 производился по спектрам. Для начала по одномерному протонному спектру определили, что в нём преобладают большие значения КССВ (от 8 до 12 Гц). Это вероятнее всего означает, что неизвестная молекула имеет своей основой циклогексановое кольцо в форме кресла (Рис. 14). Далее по спектру cosy нашли номера протонов, так как известно, что Н₁ при циклогексановом кольце соответствует дублету, дальнейшие протоны определяли через кросс-пики взаимодействия. На основании одномерных протонного и углеродного спектров построили таблицу, где выписаны сдвиги ядер и КССВ (для ¹Н).

Таблица 4 - КССВ сдвиги для ядер ¹Н и ¹³С

Н№δ, м.д.КССВ, ГцС№δ, м.д.
Н1	4,9	3,7	С1	97,515
Н2	5,05	3,7; 10,1	С*	71,797*
Н3	5,83	9,8; 9,8		71,088*
Н4	5,3	9,8; 9,8		69,49*
Н5	3,81	2,5; 4,6		68,072*
Н6	4,08	4,6; 11,8	С2	62,396
Н6’	4,26	2,5; 11,8	С3(метильная группа при О)	55,307
Н (метильная группа при О)	2,9	0	С(четвертичные) 4 штуки	170,3 170,006 170,005 169,611
Н (метильные группы) 4 штуки	1,724 1,72 1,697 1,621	0	С(четвертичные) 4 штуки	20,683 20,595 20,519 20,521

На основание данных этой таблицы расставляем протоны при углеродах. Константа при Н₁ достаточно большая - протон аксиально-экваториальный. Н₂, Н₃и Н₄ - аксиальные (большие КССВ, двугранный угол около 180⁰).Н₅ связан с тремя протонами: с Н_4, Н₆ и Н_6’ (вицинальная КССВ). А Н₆ и Н_6’ связаны геминальной связью. Тот факт, что все протоны сдвинуты в слабое поле, говорит о том, что при каждом из них есть кислород, а при Н₅ он замещает углерод через 2 связи. Так же в протонном спектре имеется метильная группа, она тоже находится в слабом поле по сравнению со своим обычным положением, а значит, связана с кислородом. В углеродном спектре есть 4 углерода, со сдвигами, соответствующими ацетатной группе (СН₃СОО). Это подтверждается и спектром, полученным с помощью программы dept135, где эти углероды исчезли, что позволяет сказать, что они четвертичные (не связаны ни с одним протоном) [11]. 4 углерода, входящих в метильные группы, являются составляющими ацетатных групп. Они имеют сдвиги около 20 м.д., так как находятся в области конуса дезэкранирования, создаваемого вокруг связи С=О [11]. КССВ при Н₁в 3,7 Гц говорит от том, что заместитель при С₁ находится в α-положении [10].

Рисунок 17 - С₁₅Н₂₂О₁₀(α)

Заключение

спектроскопия спин ядерный оверхаузер

С помощью ЯМР-спектроскопии была установлена структура трёх ранее неизвестных соединений, а именно: α-метил-D-глюкопиранозид, β-метил-глюкопиранозид-тетраацетат и α-метил-глюкопиранозид-тетраацетат. Изученные вещества относятся к классу гликозидов. Соединения подобного рода широко распространены в природе и многие из них являются биологически-активными, а значит, могут быть использованы в медицинских целях.

К примеру, вещество арбутин (С₁₂Н₁₆О₇, имеет очень схожую структуру с образцами, изученными в данной работе), содержащееся в листьях толокнянки, брусники и ряде других растений, известно медицине как прекрасный антисептик при заболеваниях мочевого пузыря. Другой пример - сердечные гликозиды - группа лекарственных средств растительного происхождения, оказывающих в терапевтических дозах кардиотоническое и антиаритмическое действие, давно и активно используются в медицинской практике [15].

В дальнейшем предполагается клиническое изучение исследованных веществ.

Таким образом, все задачи курсовой работы: изучение литературы, освоение методики ЯМР-спектроскопии и изучение предоставленных образцов веществ выполнены и описаны.

Список литературы

1. Байбл, Р. Интерпретация спектров ядерного магнитного резонанса: пер. с англ. / Р. Байбл. - М.: Атомиздат, 1969. -224 с.

. Блюмих, Б. Основы ЯМР: пер. с англ. / Б. Блюмих. - М.:Техносфера, 2007. - 256 с.

. Бхакка, Н. Применение ЯМР в органической химии: пер. с англ. / Н. Бхакка, Д. Уильямс. - М.: Мир, 1966. - 243 с.

. Гюнтер, Х. Введение в курс спектроскопии ЯМР / Гюнтер Х. - М.: Мир, 1984. - 478 с.

. Ионин, Б.И. Спектроскопия ЯМР в органической химии / Б.И. Ионин, Б.А. Ершов, А. И Кольцов. - Л.: Химия, 1983. - 272 с.

. Леви, Г. Руководство по ядерному магнитному резонансу углерода-13 для химиков-органиков: Пер. с англ. / Г. Леви, Т. Нельсон. - М.: Мир, 1984. - 296 с.

. Сергеев, Н.М. Спектроскопия ЯМР / Н.М. Сергеев - М.: Изд. МГУ, 1981. - 280 с.

. Эрнст, Р.ЯМР в одном и двух измерениях/ Р. Эрнст, Дж. Боденхаузен, А. Вокаун. - М.: Мир, 1990. - 711 с.

9. Beckmann, N. In vivo MR techniques in drug discovery and development / N. Beckmann. - Informa healthcare, 2006.

10. Сергеев, Н.М. Исследование замещённых циклогексанов с помощью спектроскопии ЯМР¹³С // Н.М. Сергеев, О.А. Субботин. - Успех химии. - 1978. - т. 47. - С. 477-507.

. Устынюк, Ю.А. Лекции по спектроскопии ядерного магнитного резонанса // Ю.А. Устынюк - М.: Изд. МГУ, 2009. - Лекция №3, 4, 5 - С. 1 -11, 1 -9, 6 - 12. Clarige, T. Tetrahedron organic chemistry series, volume 19. High-resolution NMR techniques in organic chemistry / T. Clarige. - Pergamon, 1999. - pp. 22-56.

. Gerothanassis, P. Chemistry education: research and practice in Europe / P. Gerothanassis, A. Troganis, V. Exarchou, K. Barbarossou. - University of Ioannina, 2002. - Vol. 3, No. 2, pp. 229 - 252.