$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Die Evans-Methode ist eine Technik zur Berechnung der Anzahl ungepaarter Elektronen in Metallkomplexen im Lösungszustand.
Viele Übergangsmetallkomplexe haben ungepaarte Elektronen, wodurch sie von Magnetfeldern angezogen werden. Diese Komplexe werden als paramagnetisch bezeichnet. Komplexe mit allen gepaarten Elektronen werden als diamagnetisch bezeichnet.
Die Kenntnis der Anzahl ungepaarter Elektronen ist wichtig, um die Reaktivität einer Verbindung vorherzusagen. Die Evans-Methode verwendet NMR-Spektroskopie, um die Parameter zu messen, die zur Berechnung der Anzahl ungepaarter Elektronen erforderlich sind.
Dieses Video veranschaulicht das Verfahren zur Durchführung der Evans-Methode, demonstriert die Analyse von Fe(acac)3 und stellt einige Anwendungen des Zählens ungepaarter Elektronen in der Chemie vor.
Die Anzahl der ungepaarten Elektronen in einem Komplex kann aus dem magnetischen Moment des gegebenen Moleküls bestimmt werden. Die magnetischen Momente von Übergangsmetallkomplexen der 1. Reihe können aus den Beiträgen ungepaarter Elektronen angenähert werden, die als reines Spin-only-magnetisches Moment bezeichnet werden. Für die Übergangsmetallkomplexe der 2. und 3. Reihe müssen sowohl der Spin- als auch der Orbitalbeitrag berücksichtigt werden.
Das magnetische Moment hängt mit der magnetischen Suszeptibilität zusammen, die den Grad der Magnetisierung eines Komplexes in einem angelegten Magnetfeld angibt.
Die chemische Verschiebung einer Spezies in einem NMR-Spektrum wird durch die magnetische Suszeptibilität der Probenlösung beeinflusst. So ändert sich die chemische Verschiebung eines Lösungsmittels, wenn der gelöste Stoff paramagnetisch ist. Die Evans-Methode nutzt diese Beziehung, um die magnetische Suszeptibilität und damit das magnetische Moment dieses paramagnetischen gelösten Stoffes zu erhalten.
Eine Probe nach der Evans-Methode verwendet einen Kapillareinsatz, der eine Mischung aus einem deuterierten Lösungsmittel und dem passenden proteierten Lösungsmittel enthält. Die interessierende Verbindung wird in der gleichen Lösungsmittelmischung aufgelöst und in ein NMR-Röhrchen mit der Kapillare gegeben.
Das erfasste NMR-Spektrum zeigt zwei Lösungsmittelpeaks: einer entspricht dem proteierten Lösungsmittel in Lösung mit der Verbindung und der andere dem proteierten Lösungsmittel in der Kapillare.
Die magnetische Suszeptibilität wird aus der Frequenzdifferenz und der Konzentration der paramagnetischen Verbindung in der Probe berechnet.
Das magnetische Moment wird aus der magnetischen Suszeptibilität in einer speziellen Einheit berechnet, die als Bohr-Magneton bezeichnet wird. Das magnetische Moment kann dann mit theoretischen reinen Spin-Werten verglichen werden, um die Anzahl der ungepaarten Elektronen in der Probe abzuschätzen.
Nachdem Sie nun die Prinzipien der Evans-Methode verstanden haben, gehen wir ein Verfahren durch, um die Anzahl der ungepaarten Elektronen in Fe(acac)3 mit der Evans-Methode zu ermitteln.
Um den Kapillareinsatz vorzubereiten, schmelzen Sie die Spitze einer langen Pasteurpipette mit einer Flamme, bis die Spitze zu einem Glaskolben schmilzt. Lassen Sie das Glas abkühlen.
Kombinieren Sie anschließend in einem sauberen Szintillationsfläschchen 2 ml eines deuterierten Lösungsmittels und 40 ? L eines proteierten Lösungsmittels. Verschließen Sie das Fläschchen und schwenken Sie es vorsichtig.
Geben Sie vorsichtig einige Tropfen der Lösungsmittelmischung in die abgekühlte Pipette. Schnippen oder klopfen Sie vorsichtig mit der Pipettenspitze, bis sich das Lösungsmittel an der Unterseite der Spitze angesammelt hat.
Fahren Sie mit der Zugabe der Lösungsmittelmischung auf diese Weise fort, bis die Lösung die versiegelte Pipettenspitze bis zu einer Tiefe von etwa 2 Zoll füllt, ohne Luftblasen.
Verschließen Sie die Pipette mit einem 14/20 Gummiseptum. Rüsten Sie eine 3-ml-Spritze mit einer Nadel aus. Führen Sie die Nadel durch das Septum ein und ziehen Sie vorsichtig 3 mL Luft heraus.
Nehmen Sie die Spritze heraus und klemmen Sie die Pipette waagerecht auf einen Ringständer. Verwenden Sie ein Feuerzeug, um das Glas über der Lösung in der Pipettenspitze weich zu machen.
Sobald das Glas weich wird, drehen Sie die mit Lösung gefüllte Pipettenspitze langsam, um die Lösung einzuschließen. Drehen Sie die neu gebildete Kapillare weiter, bis sie sich leicht vom Pipettenkörper löst.
Lassen Sie den Kapillareinsatz abkühlen und bewahren Sie ihn dann in einem beschrifteten Behälter auf.
Um eine Probe für die Evans-Methode vorzubereiten, erfassen Sie zunächst die Masse eines Szintillationsfläschchens und einer Kappe. Geben Sie dann 5 mg der interessierenden paramagnetischen Verbindung in das Szintillationsfläschchen und notieren Sie die Masse.
Pipettieren Sie etwa 600 ? L des Gemisches aus deuterierten und proteatierten Lösungsmitteln in das Szintillationsfläschchen geben. Schwenken Sie das Fläschchen, bis sich die feste Verbindung vollständig aufgelöst hat.
Notieren Sie die Masse des verschlossenen Fläschchens mit der Probenlösung. Besorgen Sie sich dann ein Standard-NMR-Röhrchen und eine Haube.
Schieben Sie den Kapillareinsatz vorsichtig schräg in den NMR-Schlauch. Übertragen Sie die Lösung der paramagnetischen Verbindung auf das NMR-Röhrchen und verschließen Sie das Röhrchen. Stellen Sie sicher, dass der Einsatz am Boden des Rohrs sitzt.
Erfassen und speichern Sie ein Standard-NMR-Spektrum von 1 H.
Berechnen Sie zunächst die Konzentration der Probenlösung in Mol pro Kubikzentimeter unter Verwendung der aufgezeichneten Massen und der Dichte des Lösungsmittels. Rechnen Sie dann die Differenz zwischen den chemischen Verschiebungen des Lösungsmittelpeaks von ppm in Hz um. Berechnen Sie die molare magnetische Suszeptibilität der Probe.
Berechnen Sie als Nächstes das magnetische Moment aus der Sondentemperatur und der molaren magnetischen Suszeptibilität. Vergleichen Sie den berechneten Wert mit einer Tabelle bekannter Werte, um die Anzahl der ungepaarten Elektronen in der Verbindung zu bestimmen.
Die Anzahl der ungepaarten Elektronen ist wichtig für die Modellierung chemischer und biologischer Komplexe. Schauen wir uns ein paar Anwendungen an.
Übergangsmetallkomplexe können mit der Molekülorbitaltheorie modelliert werden. In diesem Modell werden Elektronen Molekülorbitalen zugeordnet, die zwischen Atomen geteilt werden. Die Information über die Anzahl der ungepaarten Elektronen hilft zu bestätigen, dass ein geeignetes Modell verwendet wird. Darüber hinaus sagt die Anzahl der einzeln besetzten und unbesetzten Orbitale voraus, wie der Komplex mit anderen Molekülen reagieren wird.
Moleküle können durch die Symmetrieoperationen klassifiziert werden, die sie ausführen können, z. B. wenn sie über eine Achse gespiegelt werden. Die molekulare Symmetrie kann viele Eigenschaften vorhersagen, wie z. B. die Schwingungsmoden einer Verbindung. Da die Anzahl der ungepaarten Elektronen Aufschluss über die Molekülgeometrie geben kann, ist es wichtig, die Anzahl der ungepaarten Elektronen bei der Charakterisierung von Verbindungen genau zu bestimmen.
Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die Evans-Methode gesehen. Sie sollten nun die zugrunde liegenden Prinzipien der Evans-Methode, das Verfahren zur Berechnung der Anzahl ungepaarter Elektronen und die Bedeutung ungepaarter Elektronen für das Verständnis der chemischen Reaktivität verstehen. Danke fürs Zuschauen!
(5)