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Spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN)
 

Spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN)

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La spectroscopie RMN, ou résonance magnétique nucléaire est une importante méthode de détermination de la structure moléculaire et la pureté des échantillons en chimie organique.

De RMN des échantillons de spectroscopie sont exposés à un champ magnétique puissant. Lors de l’exposition certains noyaux de transition, ou résonne, entre les niveaux d’énergie discrets. L’écart d’énergie entre ces niveaux peut être mesuré et visualisée comme les spectres. Ces données peuvent être utilisées pour élucider la structure chimique de l’échantillon.

Pas tous les noyaux ont les propriétés requises pour être NMR-active. Les isotopes communes étudiées sont 1H, 2H, 13C, 19septies et 31P.

Cette vidéo va introduire les principes qui sous-tendent la RMN, étape aux préparations des échantillons de NMR exemple de différents stades d’une réaction chimique et discuter de plusieurs applications.

Dans l’acte de NMR, hélium et azote liquide sont utilisés pour refroidir un aimant Super conductrice. L’aimant s’applique un champ magnétique constant à un échantillon. Au sein de l’échantillon, les noyaux atomiques avec un nombre impair de protons et de neutrons seront aligneront avec le terrain, en adoptant un état de faible consommation d’énergie, ou contre elle, adoptant un état de haute énergie.

La différence d’énergie entre les deux niveaux est la fréquence de résonance, qui dépend de la puissance du champ appliqué et le type de noyau. Pour les aimants utilisés dans RMN, la valeur est dans la radiofréquence, ou RF, gamme.

Une bobine RF excite l’échantillon avec une impulsion de radiofréquence, passer les noyaux de faible consommation d’énergie à l’état plus élevé, avant de revenir en arrière. La bobine détecte ces changements de magnétisation, qui apparaissent comme des pics.

La force de la RMN réside dans sa capacité à distinguer des noyaux, dans cet affaire hydrogène, par leur environnement chimique. Électrons sur les atomes seront bloquer, ou « bouclier », les noyaux de certains du champ magnétique. Cet intensité du champ modifie la fréquence de résonance pour les noyaux particuliers, appelé un déplacement chimique. Dans l’éthanol, les protons du méthylène, hydroxyle et méthyle tous ont des fréquences de résonance unique. Déterminer les superficies de chaque pic élucide le nombre de chaque type de proton.

Étant donné que les instruments avec différentes forces magnétiques seront déplacera les fréquences de résonance, ils sont référencés à une molécule standard ajoutée à l’échantillon, souvent tétraméthylsilane ou TMS. Le déplacement chimique des fréquences est très faible, souvent signalés en parties par million ou ppm.

Lorsque vous utilisez un aimant puissant avec une haute résolution, pics fractionne parfois sous-pics. Ceci est causé par les noyaux voisins, dont certains sont alignés avec le champ magnétique, certaines contre ; encore changer le champ efficace appliqué aux noyaux. Dans l’éthanol, les 2 protons méthyléniques divisé le pic de méthyle deux fois en un triplet et les protons méthyliques 3 diviser le pic de méthylène trois fois en un quatuor. La distance du fractionnement ou couplage J, est liée à la distance entre les noyaux, aidant à découverte qualitative.

Maintenant que vous comprenez les principes fondamentaux derrière NMR, examinons un exemple de procédure qui utilise des spectres RMN du proton pour surveiller la synthèse de la chalcone d’un aldéhyde et cétone.

Commencez en utilisant une pipette Pasteur pour ajouter une petite quantité de la matière première dans un bécher. Se déplacer dans la hotte et diluer le produit de départ avec 0,7 mL de solvant deutéré. Solvants deutérés sont utilisés, comme la fréquence de résonance du deutérium est en dehors de la plage des protons.

Utiliser une pipette Pasteur pour ajouter 0,7 mL de produit dilué de départ dans un tube propre 5 mm NMR, remplissage du tube fond 4,5 à 5 cm. Cap la RMN et l’étiquette. Agiter doucement le tube, en veillant à éviter tout contact entre l’échantillon et la PAC. Ensuite, insérez le tube dans le cône d’hélice.

Nettoyez l’extérieur du tube et le cône à l’aide de tissus 2-propanol et de laboratoire. Ensuite, placez l’ensemble de l’échantillon dans la jauge de profondeur et calibrer la profondeur d’insertion.

Après calibration, charger l’assembly de l’échantillon dans le spectromètre RMN soit manuellement ou à l’aide d’un échantillonneur automatique. Enfin, utilisez un poste informatique pour acquérir le spectre RMN.

Générer des spectres de RMN à l’aide de cette procédure pour chacun des produits de la réaction départ. Pour la synthèse de chalcone, spectres doivent être générés pour méthoxybenzaldéhyde tant méthylacétophénone.

Ensuite, effectuer la synthèse de l’échantillon en combinant les matières premières et les réactifs dans un flacon pour commencer la réaction.

À des intervalles de 30 min, enlever une petite portion du mélange réactionnel à l’aide d’une pipette Pasteur et ajouter 3 gouttes dans un tube propre de NMR.

Diluer ce produit brut de réaction avec le solvant deutéré et préparent pour NMR en utilisant la procédure décrite précédemment.

Comme la réaction progresse, se forme un précipité jaune. Lorsque la réaction est terminée, laver et filtre le précipité et générer des spectres de RMN du produit de réaction purifiée.

Maintenant que nous avons généré des spectres RMN à chaque étape de la réaction chimique, nous allons les analyser.

Les pics des spectres RMN pour chacun des produits de départ sont attribués à des groupes de différents protons de la molécule selon leurs déplacements chimiques et le nombre de protons qui contribuent à chaque pic. Ici, nous attribuons les 4 groupes principaux proton pour méthylacétophénone et méthoxybenzaldéhyde, notant le pic de l’aldéhyde entre 9,5 et 10,5 ppm. En comparant les spectres de RMN des produits bruts réactionnels à des moments différents, l’évolution de la réaction chimique qui synthétise la chalcone est élucidée. Par exemple, le pic de l’aldéhyde de la méthoxybenzaldéhyde matériel départ est encore présent après 30 min de réaction, mais il est complètement disparu après 3 h, signifiant la fin de la réaction.

En examinant le spectre du produit purifié nous pouvons assigner chaque pic à un groupe de proton dans la structure de la chalcone. Par exemple, examen pics 3 et 4, nous voyons que leurs intégrales sont à la fois un autre, correspondant aux groupes contenant un seul proton.

Pics 3 et 4 sont soi-disant les doublets indiquant un proton voisin. Les deux ont des constantes de couplage J de 16 Hz, ce qui suggère que les protons sont situés à travers un E-double liaison. En attribuant tous les pics de NMR du produit purifié de réaction, nous confirmons la synthèse d’une pure chalcone.

Spectroscopie RMN a une large gamme d’applications et est utilisée dans de nombreux domaines scientifiques et médicaux.

Dans cette application, proton RMN est utilisés pour vérifier la synthèse et la structure de diamidocarbene et mononoamidocarbine, dont les spectres RMN ont des profils différents de fractionnement du pic. Ces produits de réaction apparemment différents de carbènes également généré lorsqu’il est combiné avec du phosphore blanc ; DAC1 a généré un produit de la réaction de rouge vif, tandis que MAAC2 produit un orange vif. Ces différences dans les produits de réaction ont été confirmés à l’aide d’une deuxième application de la RMN, 31P RMN, qui génère des spectres basés sur des différences dans la fréquence de résonance des noyaux de phosphore.

Ici, l’imagerie par résonance magnétique nucléaire, ou IRM, a été utilisé pour générer une carte anatomique du cerveau et de sélectionner les régions cérébrales d’intérêt. Puis spectroscopie RMN a été utilisée pour générer des spectres des métabolites principaux. Enfin, à l’aide de MRI changements dans le métabolisme de cerveau dans des conditions expérimentales différentes ont été évalués.

Dans cette application, la RMN a été utilisés pour analyser les propriétés de liaison et de proposer une structure 3D d’un peptide de cuivre liant. Tout d’abord, spectres de RMN ont été comparés pour du peptide délié et cuivre lié aux États. Ensuite, différentes conformations possibles de la structure du peptide en utilisant des techniques de RMN 2D plus avancés, ont été évaluées. Enfin, ces contraintes structurelles dérivées de NMR ont servi à élaborer une structure 3-Dimensional proposée pour le peptide non lié.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE d’analyse RMN. Vous devez maintenant comprendre les principes fondamentaux derrière génération spectres NMR et analyse, ainsi qu’une procédure de préparation d’échantillons de NMR.

Merci de regarder !

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