NMR에 관하여 조사하기

소개글

NMR에 관하여 조사하기에 대한 보고서 자료입니다.

목차

＊ 서론

＊ 본론
1. 핵 자기 공명
(1) 핵 자기 모멘트
(2) 자기장 속에 있는 핵의 에너지
(3) 화학적 이동
(4) 미세 구조
2. NMR에서의 펄스 기법
(1) 자기화 벡터
(2) 선폭과 속도 과정
(3) 핵 Overhauser 효과

＊ NMR관련 노벨상 수상자들

＊ 결론

* 느 낀 점

* 참 고 문 헌

본문내용

이다.
④ 인접기의 기여
인접기의 기여는 인접되는 원자단에 유발된 전류 때문에 생긴다. 이 전류에 의해서 핵이 가려지거나 벗겨지는 효과(반자기성이거나 또는 상자기성)는 이 인접기에 대한 핵의 상대적 위치에 따라 다르다.
방향족 화합물의 경우에는 인접기의 효과가 조금 특이하다. 벤젠 고리는 센 비등방성의 자기화율을 나타내는데, 그 이유는 외부장이 분자면에 수직하게 작용할 때 고리를 따라 전자가 선회하는 환 전류를 유발시키기 때문이다. 그리하여 이 면에 있는 양성자는 벗겨지지만 이 면의 위나 밑에 놓이게 되는 양성자(치환기의 일부로서)는 가리워 진다.
⑤ 용매기여
용매는 핵에 작용하는 국지적 자기장에 여러 가지 방식으로 영향을 주는데, 이러한 영향 중에는 용매와 용질 사이의 상호작용(예컨대 수소 결합이 생기거나 Lewis 산-염기 착물이 생기는)에 기인되는 것도 있다. 용매 분자, 특히 방향족 용매 분자의 자기화율도 또한 국지적 자기장을 만들 수 있다. 특히 용질 분자와 용매 분자 사이에 느슨하지만 고유한 상호작용을 일으키는 입체 효과가 있을 때는 용질 분자 안의 양성자가 용매 분자에 대해서 어떤 상대적 위치를 취하느냐에 따라 가리워 질 수도 있고 또 반대로 벗겨질 수도 있다.
⑷ 미세 구조
공명이 개개의 선들로 갈라진 것을 이 스펙트럼의 미세 구조라고 한다. 자기성 핵들은 각각 다른 핵에 작용하는 국지적 자기장에 영향을 주어 그들의 공명 진동수를 변화시키기 때문에 이러한 미세 구조가 나타나는 것이다. 이러한 상호작용의 세기는 스칼라 결합 상수 J를 가지고 나타내며 헤르츠(Hz)로 표시한다. 스핀 결합 상수는 국지적 자기장을 생기게 하는 외부 자기장의 영향을 받지 않으며, 따라서 이 상수는 외부장의 세기에 무관하다. 한 특정한 핵의 공명선이 제2의 핵에 의해서 일정량만큼 갈라지는 경우에는 이 제2의 핵의 공명선도 처음 양성자에 의해서 같은 정도로 갈라진다.
① 결합 형식
NMR에서는 화학적 이동이 크게 상이한 핵들은 서로 멀리 떨어진 알파벳 글자(전형적으로 A와 X)로 표시하고, 화학적 이동이 비슷한 핵들은 서로 가까운 알파벳 글자(예컨대 A와 B)로 표시한다.
우선 AX계, 즉 화학적 이동의 차가 스핀-스핀 결합에 비해서 상당히 큰 두 스핀-1/2핵 A와 X를 포함하는 분자를 생각해 보자.
X의 스핀을 α라고 놓으면 A의 스핀은 외부장, 가리움 상수, 그리고 핵 A와 X사이의 스핀-스핀 상호작용 등의 통합적 효과 때문에 어떤 한 Larmor 진동수를 가지고 세차 운동을 하게 될 것이다. 이 스핀-스핀 결합은 A의 스펙트럼의 한 선을 이러한 상호작용이 없을 때 D나타날 진동수로부터 -1/2J만큼 이동시키게 될 것이다.
X의 스핀이 만일 β이면 A의 스핀은 +1/2J만큼 이동된 Larmor진동수를 가지고 세차 운동을 하게 될 것이다. 따라서 A로부터의 단일선 대신에 J만큼 분리된 2중선이 A에 고유한 화학적 이동 자리에 그 중심을 두고 나타난다.
똑같은 갈라짐이 X의 공명에서도 나타난다. 즉 단일선 대신에 J만큼(A의 갈라짐과 같은 값) 갈라진 2중선이 X에 고유한 화학적 이동 자리에 그 중심을 두고 나타난다.
② 결합된 계의 에너지 준위
NMR의 스펙트럼을 우선 핵들의 에너지 준위와 이 핵들 사이의 전이를 가지고 생각해 보는 것이 후에 대단히 편리할 것이다.
스핀-1/2 AX계는 네 스핀 상태를 가질 수 있다.
αAαX αAβX βAαX βAβX
이 계의 에너지는 스핀들이 외부 자기장에 대해서 어떻게 배향되느냐에 따라 다르며, 스핀-스핀 결합을 무시하면
이 된다.
여기서 νA 와 νX는 각각 A와 X의 Larmor 진동수이고, mA 와 mX는 이들의 양자수이다.
오른쪽에 나타낸 4개의 선이 이 식에서 나온 것이다. 한편 스핀-스핀 결합은 두 핵 스핀의 상대적 배향에 의존하며, 따라서 mA mX에 비례한다. 그 비례 상수는 hJ이다. 따라서스핀-스핀 결합을 고려해 주면 계의 에너지는
이 된다.
③ 결합 상수의 크기
N개의 결합으로 연결된 두 핵의 스칼라 결합 상수는 일반적으로 NJ로 나타내고 관련되는
핵의 종류를 아래첨자로 표시해 준다. 그리하여 13C원자에 직접 연결된 양성자의 결합 상수는 1JCH로, 이들 똑같은 두 핵이 두 결합으로 이어졌을 때(13C-C-H에서와 같이)는 2JCH로 나타낸다.
JXY의 부호는 두 스핀의 에너지가 평행일 때(J<0) 낮으냐 또는 반평행일 때(J>0) 낮으냐를 나타낸다. 실험 결과에 의하면 1JCH는 흔히 양이고, 2JHH는 흔히 음이고, 3JHH는 흔히 양이다. 여기서 한 가지 추가해서 말할 것은 J의 값이 결합들 사이의 각에 따라 변한다는 것이다.
④ 스핀-스핀 결합의 원인
스핀-스핀 결합은 대단히 까다로운 현상이며, J는 그 값을 계산하지 않고 실험적 파라미터로 대신하는 것이 더 좋다. 그러나 분자 내부에서의 자기적 상호작용을 고찰함으로써 J의 크기는 정확히 짐작할 수 없지만 부호만은 믿을 만한 정도로 통찰할 수 있다.
스핀의 성분이 mI인 핵은 그곳으로부터 R만큼 떨어진 점에다 다음과 같은 Z축 자기장 성분 Βnuc을 나타나게 한다.
용액 속에 있는 분자의 스핀-스핀 결합은 편극화 메카니즘을 가지고 설명할 수 있다. 이 결합 메카니즘에 의하면 상호작용은 화학 결합을 이루는 전자를 통해서 전파된다.
이 메카니즘에서 주목하는 사실은 어떤 원자에서는 핵 스핀과 인근의 전자 스핀이 평행으로 되는 편(즉, 둘이 모두 α이거나 또는 모두 β)이 에너지 면에서 유리하지만 또 어떤 원자에서는 이들이 반평행을 이루는 것(하나는 α이고 또 하나는 β)이 유리하다는 것이다. 전자-핵 결합은 근본적으로 자기성 때문에 생기는 것으로서, 전자 스핀과 핵 스핀의 자기 모멘트들 사이의 쌍극자성 상호작용이거나 또는 Fermi 접촉 상호작용의 어느 하나이다.
Fermi 접촉 상호작용은 전자가 핵에 대단히 가깝게 접근할 때 일어나며 그리하여 전자가 s궤도함수를 차지할 때만 일어날 수 있다. 이때는 전자 스핀과 핵 스핀이 반평행을 이루는 것이 에너지 면에서 유리하다고 생각할 수 있다.
증명
Fermi 접촉 상호작용은 다음과 같이 그림을 이용해서

키워드

NMR,   펄스기법,   핵 자기 공명