NMR의 이론과 실제

목차

<목차>
Ⅰ.서론

Ⅱ. 본론
1. NMR 개념
2. NMR의 이론
3. 화학적 이동
1) 1H-NMR
2) 13C-NMR
4. NMR현상의 시간 의존성
5. 실험법
1) 장치
2) 시료
3) 측정
4) 측정예
6. NMR 스펙트럼의 해석
7. NMR의 응용

Ⅲ. 결론

Ⅳ. 감사의 글 및 느낀점

☞ 참고 문헌

본문내용

트럼을 시간 지배형으로 측정하였다.
Ⅲ. 결론
NMR 장치 - NMR 스펙트럼 측정을 위해서는 라디오파 발진코일로 주파수를 변화시키는 방법과 주파수를 일정하게 유지하고 자기장을 변화시키는 방법이 이용된다. 이중에서 후자에 의한 장치가 더 일반적이다. 이때 자기장을 안정하게 유지하는 방법으로 록인 방법이 이용된다.
이 외의 NMR로 Fourier 변환법에 의한 기기가 있다. 이 기기는 라디오파를 마이크로 초 단위(～50μsec)의 펄스로서 시간 주기적으로 시료에 조사하여 모든 1H핵을 동시에 들뜨게 하여, 각 1H 핵에 의해 각각의 주파수 성분의 흡수를 검출하는 것이다. 즉, 반복하여 펄스를 조사한 다음 얻어 적산된 자유유도붕괴 신호를 컴퓨터에 의해 Fourier반복하여 NMR 신호를 얻는다. 이 방법은 미량시료의 측정에 대한히 유용하며, 13C-NMR에서는 이 방법이 사용된다. 최근에는 액체 헬륨을 사용하는 초전도 자석이 만들어져 500MHz 기기와 같은 높은 자기장의 고분해능 NMR 분광계가 등장하게 되었고, 600～1,000MHz 장치도 개발되고 있다.
NMR 분광계의 주요 부분장치는 자석, 라디오파 발진기, 라디오파 검출기, 시료관 및 자기코일 등이다.
화학적 이동의 기준물질 - 화학적으로 다른 양성자는 다른 자기장에서 공명한다고 말할 수 있다. NMR스펙트럼에서 공명 흡수봉우리의 위치는 동시에 측정하는 한 표준물의 공명 봉우리에 대한 상대적 위치로 나타내는 것이 필요하다.
화학적 이동의 기준 물질로 TMS(tetramethylsilance, (CH3)4Si)를 주로 사용하는데 TMS의 모든 수소는 같은 성질을 갖고, 가리움 파라미터는 대부분의 다른 화합물보다 크다. 따라서 이것은 대단히 높은 자기장에서 선명한 단일 봉우리를 나타내고 잘 분리된다. 또, 비활성이고 대부분의 유기 액체에 쉽게 녹고, 끓는점 27℃이므로 증류할 때에는 쉽게 제거된다. 그러나 이것은 물에 녹지 않는 것이 약점이다. 수용성 시료의 경우에는 중수를 용매로 사용하며 이 때 DDS(sodium 2, 2-dimethyl-2-silapentane-5-sulfonate [(CH3)3Si(CH2)3SO3Na]가 사용된다. DSS에서 메틸기의 양성자도 TMS와 같은 위치에서 봉우리를 나타내고, 메틸기의 양성자는 쉽게 확인할 수 있는 갖은 일련의 봉우리를 내는데 이것은 무시할 수 있다. 화학적 이동은 δ눈금(또는 τ눈금)이 널리 사용된다. δ는 다음과 같이 나타낸다.
δ는 단위가 없는 ppm으로 표시하는 상대적 화학적 이동이다. 주어진 봉우리에 대하여 δ는 60, 100MHz 등의 어느 기기를 이용할 때에도 같은 값으로 나타낸다. 그러나 높은 자기장에서 얻은 스펙트럼의 봉우리는 분리되어 있어 확인이 쉽다. 대부분의 양성자 봉우리는 1～13 사이에 놓여 있다. 다른 핵에서는 2p 전자가 관여하기 때문에 화학적 이동 파라미터의 범위가 크다. 예로써 13C-NMR의 이동 파라미터는 6～220이고, 19F는 -270～+65이고, 31P은 -200～+120 범위이다. 또 다른 화학적 이동 파라미터로 τ가 사용되기도 하는데 이것은 τ=10-δ로 정의된다.
스펙트럼 해석의 순서 - NMR 스펙트럼이 데이터집이나 문헌에 있는 기지물질의 경우에는 확인이 비교적 쉽지만 구조를 추정하기 어려운 화합물에서는 우선 스펙트럼의 전체적 모양을 잘 관찰하고 다음의 기본적 순서에 따라 해석한다.
(1) 화학적 이동의 데이터를 근거로 하여 양성자의 종류를 예측한다.
(2) 적분곡선으로부터 각 신호에 해당하는 양성자수(수소의 수)를 구한다.
(3) 교환 가능한 양성자가 예상되면 D2O 교환스펙트럼을 얻어서 비교한다.
(4) 다중도를 나타내는 부분이 있으면 해석할 때 δ값과 J값을 결정한다.
복잡한 스펙트럼의 해석 - 복잡한 스펙트럼을 해석할 수 잇는 방법이 있다. 이들중 가장 일반적인 방법을 간단히 설명한다.
높은 자기장 기기 사용 - 자기장이 증가함에 따라 화학적 이동은 커지지만 짝지음 상수는 영향을 받지 않는다. 따라서 보다 강한 자기장의 자석을 가진 기기를 사용해 스펙트럼이 겹치지 않고 분리되어 있어 확인이 쉬워진다.
스핀 짝풀림(이중공명)법 - 이 방법은 주파수가 다른 두 개 또는 그 이상의 라디오 신호를 동시에 핵에 조사시키는 방법이다. 이런 방법 중에는 스핀 짝풀림, 스핀 자극, 핵 오버하우서(overhauser) 효과 및 핵간 이중공명 등이 있다. 이런 과정은 복잡한 스펙트럼을 해석하는데 이용된다.
중수소 치환 - 분자내에 하나 또는 그 이상의 양성자를 중수소로 치환하면 치환된 양성자에 해당하는 흡수봉우리가 제거된다. 이것은 중수소와 양성자 사이의 짝지음은 두 양성자 사이에 짝지음에 비해 작기 때문이다. 예를 들면 OH, NH, SH 등의 작용기를 갖고 있는 시료는 DO를 가하고 흔들어줌으로써 간단히 화학반응ㅇ이 일너나 처음의 신호가 없어진다. 카르보닐, 카르보알콕시, 니트로기에 인접한 탄소에 있는 수소는 염기 촉매하에서 쉽게 중수소로 치환된다. 그 결과 신호가 없어질 뿐만 아니라 다른 양성자와의 스핀결합도 간단해 진다. 예로써 원래 5중선인 β-양성자는 α-양성자의 D교환에 의해 3중선으로 된다. 그러나 유기화합물 중의 여러 위치에 있는 수소는 중수소로 간단히 치환될수 없는 경우가 있으므로 합성에 의해 중수소를 특정 위치에 도입해야 한다.
Ⅳ. 감사의 글 및 느낀점
이번 리포트를 함으로 인해서 유기화학 시간에 배우는 NMR의 공부에 많은 도움이 되었던 것 같습니다. NMR로 분석한 자료는 물질을 해석하는데 많은 도움이 되는 것 같습니다. NMR의 그래프는 조금 복잡하기는 하였지만 해석을 함으로써 물질의 구조를 비교적 구체적으로 알 수 있기 때문에 좋은 것 같습니다. 그리고 NMR의 이론적으로의 값과 실제의 값은 거의 비슷하게 나온 것 같습니다.
☞ 참고 문헌
기초실험 기기분석, 강삼우외 3명, 半 출판사
기기분석의 원리와 응용, 박번용외 저, 논문당
기기분석, 신은상외 5명,
기기분석, G.D.Christian, J.E.O Reilly공저, 형설출판사
분석화학기기분석, 최재성, 東
기기분석, 김승재 외저, 東

키워드

NMR,   핵스핀,   자기모멘트