Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

1 ΕΘΝΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΕΡΕΥΝΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ & ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΟΜΑΔΑ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Κωνσταντίνος Ποταμίτης, PhD Φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "1 ΕΘΝΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΕΡΕΥΝΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ & ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΟΜΑΔΑ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Κωνσταντίνος Ποταμίτης, PhD Φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 1 ΕΘΝΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΕΡΕΥΝΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ & ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΟΜΑΔΑ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Κωνσταντίνος Ποταμίτης, PhD Φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού

2 2 Πλάνο Παρουσίασης Βασικές Αρχές της Φασματοσκοπίας NMR Βασικές Αρχές της Φασματοσκοπίας NMR Παραδείγματα Εφαρμογών Παραδείγματα Εφαρμογών

3 3 Ερευνητική Υποδομή NMR 600MHz NMR 600MHz NMR 300MHz NMR 300MHz NMR 400MHz NMR 400MHz HR LC-MS Orbitrap HR LC-MS Orbitrap

4 4

5 5

6 6 Φασματοσκοπία NMR 1. Understanding NMR Spectroscopy, James Keeler, WILEY, Modelling 1H NMR Spectra of Organic Compounds, Theory, Applications and NMR prediction Software, Raymond J Abraham, Mehdi Mobli, WILEY, NMR – Αρχές και Εφαρμογές Φασματοσκοπίας Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού, Θ. Μαυρομούστακος, Ι. Ματσούκας, Εκδόσεις Παρισιάνος, Αθήνα http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/ (The Basics of NMR, Joseph P. Hornak, Ph.D.)http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/ -http://www.chemistry.uoc.gr/nmr/dais/ (Undergraduate Lectures, Prof. Photis Dais)http://www.chemistry.uoc.gr/nmr/dais/

7 7

8 8 Φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού NMR – Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy Φαινόμενο κατά το οποίο οι πυρήνες ατόμων με αυτοστροφορμή (spin) υπό την επίδραση ισχυρού στατικού μαγνητικού πεδίου, όταν ακτινοβολούνται διεγείρονται και κατά την αποδιέγερσή τους δίνουν σήμα. Η φασματοσκοπία NMR αφορά τους πυρήνες των ατόμων και όχι τα e -

9 9 Πυρηνικός – Μαγνητικός –Συντονισμός Πυρηνικός: Ανίχνευση πυρήνων με spin. Μαγνητικός: Λήψη φασμάτων εντός μαγνητικού πεδίου. Συντονισμός: Οι πυρήνες διεγείρονται με την εκπομπή παλμών υψηλής συχνότητας προς το δείγμα και κατά την αποδιέγερση λαμβάνεται και καταγράφεται το σήμα.

10 10 Τι είναι Spin Θεμελιώδης ιδιότητα όπως το ηλεκτρικό φορτίο ή η μάζα. Είναι πολλαπλάσια του 1/2 και μπορεί να είναι είτε + ή -. Πυρήνες με Spin Τα πυρηνικά σωματίδια όπως και τα ηλεκτρόνια, κινούνται σε τροχιακά. Όταν ο αριθμός των πρωτονίων ή νετρονίων είναι ίσος με 2, 8, 20, 28, 50, 82, και 126, τα τροχιακά είναι συμπληρωμένα. Επειδή έχουν spin, όπως και τα ηλεκτρόνια, όταν γεμίζουν τα τροχιακά αυτά συζευγνύονται. Στον πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό, μόνο τα ασύζευκτα πυρηνικά spin παίζουν ρόλο. Σχεδόν όλα τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα έχουν ένα ισότοπο με μη μηδενικό πυρηνικό spin. Η φασματοσκοπία NMR μπορεί να εφαρμοστεί σε ισότοπα των οποίων η φυσική του αφθονία είναι αρκετά μεγάλη για να είναι ανιχνεύσιμη.

11 11 Το συνολικό spin, I, είναι σημαντικό. Ένας πυρήνας με spin I θα έχει 2I + 1 πιθανούς προσανατολισμούς. Για π.χ. ένας πυρήνας με spin 1/2 θα έχει 2 πιθανούς προσανατολισμούς. Γενικοί Κανόνες για τον Καθορισμό του Πυρηνικού spin

12 12 Πυρήνας Ασύζευκτα πρωτόνια Ασύζευκτα νετρόνια Net Spin γ (MHz/T) 1 H 1 0 1/ H P 1 0 1/ Na 1 2 3/ N C 0 1 1/ F 1 0 1/

13 13 Επίπεδα ενέργειας Το σπιν ενός πυρήνα το κάνει να συμπεριφέρεται ως μικρός μαγνήτης (δίπολο). Τοποθετείται σε εξωτερικό ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Το δίπολο προσανατολίζεται σε σχέση με το εξωτερικό πεδίο. Παράλληλα = χαμηλής ενέργειας διευθέτηση (N-S-N-S) Αντιπαράλληλα = υψηλής ενέργειας διευθέτηση (N-N-S-S). Απουσία εξωτερικού Μαγνητικού πεδίου οι προσανατολισμοί αυτοί είναι ίσης ενέργειας. Παρουσία εξωτερικού Μαγνητικού πεδίου τα επίπεδα ενέργειας διαχωρίζονται. Κάθε επίπεδο έχει έναν μαγνητικό κβαντικό αριθμό, m.

14 14 Οι αρχικοί πληθυσμοί των σταθμών ενέργειας προσδιορίζονται από την κατανομή Boltzmann. Είναι δυνατή η διέγερση των πυρήνων της χαμηλής στάθμης στην υψηλότερη με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η συχνότητα ακτινοβολίας καθορίζεται από την ενεργειακή διαφορά μεταξύ των σταθμών. Η χαμηλότερη ενεργειακά στάθμη θα περιέχει περισσότερους πυρήνες σε σχέση με την υψηλότερη ενεργειακά στάθμη.

15 15

16 16

17 17

18 18

19 19 Αποδιέγερση Πυρήνων T1 ~ Spin – lattice (πλέγμα) relaxation T2 ~ Spin – spin relaxation

20 20 Οργανολογία Φασματογράφων NMR

21 21 Ισχυρό Μαγνητικό Πεδίο

22 22

23 MHz (21.1 Tesla) superconducting NMR system for studies of various biological macromolecules at Yokohama City University ΜRI system for human imaging Earth’s magnetic field0.6 Gauss at equator Refrigerator magnet Gauss MRI medical scanners Tesla (3, ,000 G) High field NMR magnet 200 MHz4.7 Tesla (47,000 G) 300 MHz7.0 Tesla (70,000 G) 500 MHz11.7 Tesla (117,000 G) 800 MHz18.8 Tesla (188,000 G)

24 24 Βασικές παράμετροι φασμάτων NMR Χημική μετατόπιση δ (Chemical shift) Χημική μετατόπιση δ (Chemical shift) Σταθερά σύζευξης J (J coupling) Σταθερά σύζευξης J (J coupling) Ένταση κορυφής (επιφανειακό ολοκλήρωμα) Ένταση κορυφής (επιφανειακό ολοκλήρωμα) Απόσταση μεταξύ πυρήνων στο χώρο (ΝΟΕ) Απόσταση μεταξύ πυρήνων στο χώρο (ΝΟΕ) Μοριακή δυναμική (κίνηση) Μοριακή δυναμική (κίνηση)

25 25 Χημική Μετατόπιση Όλοι οι ενεργοί πυρήνες ενός δείγματος δε συντονίζονται στην ίδια συχνότητα. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου φτάνει διαφοροποιημένη σε κάθε πυρήνα. Άτομο σε μαγνητικό πεδίο. Τα ηλεκτρόνια σθένους περιστρέφονται με τη φορά του εφαρμοζόμενου πεδίου. Στους πυρήνες των ατόμων που διευθετούνται αντίθετα στο εφαρμοζόμενο πεδίο η περιστροφή τους προκαλεί ένα μικρότερης έντασης μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο που «αισθάνεται» ο κάθε πυρήνας (the effective field) είναι τελικώς μικρότερο από το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο. Η ένταση του μικρότερου πεδίου Β 1 =σ Β 0 (σ: σταθερά θωράκισης/προάσπισης). Η ένταση που δέχεται ένας ενεργός πυρήνας: Β=Β 0 -Β 1 B = Bo (1-σ)

26 26 Χημική μετατόπιση δ Η συχνότητα στην οποία συντονίζεται κάθε πυρήνας και μετράται αναφορικά με τη συχνότητα συντονισμού μιας ένωσης προτύπου. Εκφράζεται σε μονάδες δ ppm (parts per million) σε σχέση με την κορυφή απορρόφησης των πρωτονίων του TMS (δ=0). Χημική μετατόπιση δ = ν i / ν 0 (ν i : συχνότητα συντονισμού του πυρήνα, ν 0 : συχνότητα του οργάνου)

27 27 Παράδειγμα Συγκεκριμένο πρωτόνιο οργανικού μορίου συντονίζεται σε συχνότητα 120 Hz σε φασματογράφο 60 ΜΗz. Ποια είναι η χημική του μετατόπιση; Λύση ν i = 120 Ηz, ν 0 = Hz, δ=120/ = 2 ppm Το ίδιο πρωτόνιο σε φασματογράφο 100 ΜHz συντονίζεται σε συχνότητα 200 Hz. Η χημική μετατόπιση θα είναι δ= 200/ = 2 ppm Η χημική μετατό π ιση είναι ανεξάρτητη του οργάνου π ου χρησιμο π οιείται.

28 28 Παράγοντες που επηρεάζουν τη χημική μετατόπιση. Διαμαγνητική θωράκιση Διαμαγνητική θωράκιση Συντονισμός σε Β=Β 0 +Β 1 ~ ηλεκτρονιακή πυκνότητα Μαγνητική ανισοτροπία Μαγνητική ανισοτροπία ~Χημικών δεσμών Επαγωγικά ρεύματα προς ορισμένες διευθύνσεις. Διαμαγνητικό ρεύμα – θωράκιση Παραμαγνητικό ρεύμα - αποθωράκιση C = C Ένωση δ (ppm) (CH 3 ) 4 -Si 0,0 CH 3 -J 2,16 CH 3 -Br 2,65 CH 3 -Cl 3,10 CH 3 -F 4,26

29 29 Υψηλότερο πεδίο Μικρές τιμές ppm Θωράκιση Aσθενέστερο πεδίο Μεγάλες τιμές ppm Αποθωράκιση Κλίμακα φάσματος NMR δ (ppm)

30 30

31 31

32 32 Σταθερά σύζευξης J Σύζευξη των σπιν των πρωτονίων, στην οποία οφείλεται η πολλαπλότητα των κορυφών. Xαρακτηρίζεται από τη σταθερά σύζευξης J, η οποία ορίζεται ως η απόσταση μεταξύ των υποκορυφών που συνιστούν μια πολλαπλή κορυφή και μετράται σε μονάδες συχνότητας Ηz. Πολλαπλή κορυφή = διαφορετικοί συντονισμοί του ίδιου πρωτονίου λόγω ύπαρξης των γειτονικών. Υπολογίζεται το πλήθος των υδρογόνων που συνδέονται στους γειτονικούς άνθρακες

33 33 Δυνατοί προσανατολισμοί Και τα δύο παράλληλα στο Β 0 Η 3 παράλληλα – Η 3 ’ αντιπαράλληλα στο Β 0 Η 3 αντιπαράλληλα - Η 3 ’ παράλληλα στο Β 0 Και τα δύο αντιπαράλληλα στο Β 0

34 34 Άσκηση Τι κορυφές περιμένουμε στο 1 Η NMR φάσμα της αιθανόλης; Γιατί;

35 35

36 36 Κανόνες σύζευξης Αν πυρήνας με σπιν ½ συζευγνύεται με n ισοδύναμους γειτονικούς πυρήνες, η κορυφή συντονισμού του σχάζεται σε n+1 υποκορυφές. Αν πυρήνας με σπιν ½ συζευγνύεται με n ισοδύναμους γειτονικούς πυρήνες, η κορυφή συντονισμού του σχάζεται σε n+1 υποκορυφές. Οι εντάσεις των κορυφών προσδιορίζονται στατιστικά και είναι ανάλογες με τους συντελεστές της διωνυμικής εξίσωσης (Τρίγωνο Pascal). Οι εντάσεις των κορυφών προσδιορίζονται στατιστικά και είναι ανάλογες με τους συντελεστές της διωνυμικής εξίσωσης (Τρίγωνο Pascal)

37 37 Φάσματα NMR 1D ( 1 H, 13 C,..) 1D ( 1 H, 13 C,..) 2D COSY 2D COSY 2D NOESY/ROESY 2D NOESY/ROESY 2D hsqc 2D hsqc 2D hmbc 2D hmbc STD / WaterLOGSY STD / WaterLOGSY 2D 1H DOSY 2D 1H DOSY - Ταυτοποίηση Ενώσεων - Διαμορφωτική Μελέτη - Screening - SAR by NMR - Epitope Mapping - Ταυτοποίηση συστατικών σε μίγμα

38 Φάσματα δύο διαστάσεων : α) Ομοπυρηνικά Φάσματα COSY : Φάσματα TOCSY : Φάσματα ΝΟESY : Φασματοσκοπία NMR 3/5

39 Φάσματα δύο διαστάσεων : β) Ετεροπυρηνικά Φάσματα 2D-HSQC Φάσματα 2D-HMBC Φασματοσκοπία NMR 4/5

40 40 2D-HSQC Σουκρόζης

41 41 STD NMR

42 Φάσματα δύο διαστάσεων DOSY παρέχουν έναν τρόπο για να διαχωριστουν οι ενώσεις σε ένα μείγμα με βάση τους διαφορετικούς συντελεστές διάχυσης που εξαρτάται απο : Διαφορές στο μέγεθος και το σχήμα του μορίου Ιξώδες Θερμοκρασία

43 43


Κατέβασμα ppt "1 ΕΘΝΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΕΡΕΥΝΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ & ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΟΜΑΔΑ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Κωνσταντίνος Ποταμίτης, PhD Φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google