Спин. Спиновое взаимодействие

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Спин. Спиновое взаимодействие

Содержание

2. план... Термины Константа спин спинового взаимодействия Косвенное взаимодействие Прямые, геминальные, вицинльные и дальние константы Вопросы
3. Как осуществляется спин спиновое взаимодействие? Простейший пример Два ядра с магнитными моментами μ1 и μ2 в
4. Механика спин спинового взаимодействия Ядро μ1 вызывает магнитное поле H1 на электроне S1 Поле H1 пропорционально
5. Энергия спин спинового взаимодействия Выражение впервые предложено Гербертом Гутовским (1953)‏ E 12 = J12 h I1
6. Приведенная (reduced) константа связи Известно что μ= γ I ( гиромагнитное отношение для данного ядра). Заменяя
7. Схема расщеплений линии в дублет Уровни энергии и спектр ядра 1Н в для системы 1Н-13С в
8. ТИПЫ КОНСТАНТ СПИН - СПИНОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (J)‏ Гомоядерные (например 1Н-1Н, 19F-19F) JHH, JFF Гетерояядерные (например, 1Н-
9. Классификация спин спиновых взаимодействий Константы ССВ различаются по числу химических связей (n) разделяющих взаимодействующие ядра.
10. Знаки констант спин-спинового взаимодействия Константы спин-спинового взаимодействия могут быть как положительными, так и отрицательными Например, как
11. Зависимость геминальной константы 2JHH (Гц) от гибридизации атома углерода Константы 2JHH для насыщенных систем (гибридизация sp3)
12. Влияние заместителей на геминальные константы 2JHH
13. Влияние ориентации соседней π орбитали на геминальную константу Константа зависит от угла между π орбиталью и
14. Кривая Карплуса – зависимость вицинальной константы 3JHH от двугранного угла Константа 3JHH максимальна при значениях угла
15. Вицинальная константа 3JHH в зависимости от двугранного угла Константа 3JHH,trans всегда больше чем 3JHH,cis Константа 3JHH
16. Вицинальная константа 3JHH в циклических системах
17. Дальние константа (через четыре связи) 4JHH в циклических системах
18. Данные по константам спин-спинового взаимодействия 13С-Н Прямые константы Тип структурного фрагмента основной диапазон Алканы, циклоалканы 125-
19. Константы JCH в циклогексане 122.4 126.0 -3.94 -3.69 2.1 8.1
20. Данные по различным константам ССВ 1J(13C-19F) CH3F - 157 Гц 2J(1H-19F) СH3F + 46 Гц 1J(13C-13С)
21. Задачи про КССВ Задача КССВ-1 Порядок констант ССВ JHH в бензоле 3JHH 4JHH 5JHH
23. Скачать презентацию

Слайд 2

план...
Термины
Константа спин спинового взаимодействия
Косвенное взаимодействие
Прямые, геминальные, вицинльные и дальние

константы
Вопросы

Слайд 3

Как осуществляется спин спиновое взаимодействие?
Простейший пример Два ядра с магнитными моментами μ1

и μ2 в молекуле с двумя электронами S1 и S2 (спины ядре 1/2)‏

Спин спиновое взаимодействие осуществляется как передача поляризации от ядра μ1 к ядру μ2 через электроны связи

Слайд 4

Механика спин спинового взаимодействия
Ядро μ1 вызывает магнитное поле H1 на электроне

S1
Поле H1 пропорционально μ1
Поле H1 слабо поляризует спин S1. Поляризация S1 пропорциональна магнитному полю H1 и таким образом величине μ1
ΔS1 пропорционально μ1
Согласно принципу Паули поляризация S1 ведет к поляризации S2 ( но с противоположным знаком !)‏
ΔS1 = - ΔS2
Поляризованный электрон S2 вызывает слабое магнитное поле H2 на ядре μ2 . Магнитное поле H2 пропорционально S2, и поэтому
H2 пропорционально μ1
Ядро μ2 взаимодействует с магнитным полем (по Зееману) H2 с энергией
E12 = μ1 H2 = K μ1 μ2

Слайд 5

Энергия спин спинового взаимодействия
Выражение впервые предложено Гербертом Гутовским (1953)‏
E 12

= J12 h I1 I2
J12 -константа спин спинового взаимодействия (в Гц)‏
h - постоянная Планка
I1 и I2 - безразмерные спиновые вектора
Известно что
μ= γ I ( гиромагнитное отношение для данного ядра). Заменяя спин I на магнитный момент μ, получим
E12 = K12 μ1 μ2

Слайд 6

Приведенная (reduced) константа связи
Известно что
μ= γ I ( гиромагнитное отношение

для данного ядра).
Заменяя спин I на магнитный момент μ. получим
E12 = K12 μ1 μ2
К12 - химическая часть
μ1 μ2 магнитная часть
K12 называется приведенной (reduced) константой связи
K12 = (4π2/h) (γ1γ2)-1( J12)‏
J. A. Pople (1958)‏
Размерность приведенных констант 10-23 см-3

Слайд 7

Схема расщеплений линии в дублет
Уровни энергии и спектр ядра 1Н в

для системы 1Н-13С в результате спин-спинового взаимодействия 1Н -13С.
Центральная пара уровней энергии и верхний спектр, приведены для системы с отсутствием спин-спинового взаимодействия.

Константа спин –спинового взаимодействия положительна и поэтому уровень с параллельными спиновыми проекциями оказывается выше, а с антипараллельными – ниже соответствующих уровней без спин-спинового взаимодействия

Слайд 8

ТИПЫ КОНСТАНТ СПИН - СПИНОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (J)‏
Гомоядерные (например 1Н-1Н, 19F-19F) JHH, JFF
Гетерояядерные

(например, 1Н- 13С), JCH
По числу σ связей разделяющих взаимодействующих ядра
через одну связь (или прямые константы) (1J)‏
1Н-1Н (в молекуле водорода) около 250 Гц
1Н-13С (прямые константы в органике) 120-250 Гц (1JCH)‏
через две связи (или геминальные) (2JHH)‏
1Н-1Н для фрагмента СН2 около -10-15 Гц
через три связи (вицинальные) (3JHH)‏
1Н-1Н для фрагментов СНa⎯⎯СНb 0- 10 Гц
через четыре связи (и более) связей (дальние константы)‏

Слайд 9

Классификация спин спиновых взаимодействий
Константы ССВ различаются по числу химических связей (n)

разделяющих взаимодействующие ядра.

Слайд 10

Знаки констант спин-спинового взаимодействия
Константы спин-спинового взаимодействия могут быть как положительными, так

и отрицательными
Например, как правило, все вицинальные константы JHH (через три связи) положительны, а все геминальные константы JHH (через две связи) отрицательны

Слайд 11

Зависимость геминальной константы 2JHH (Гц) от гибридизации атома углерода
Константы 2JHH для

насыщенных систем (гибридизация sp3) как правило отрицательны. Они существенно возрастают (менее отрицательны) в напряженных циклических системах
Геминальные константы при двойной связи небольшие и положительные (+1÷+3 Гц)‏

Слайд 12

Влияние заместителей на геминальные константы 2JHH

Слайд 13

Влияние ориентации соседней π орбитали на геминальную константу
Константа зависит от угла

между π орбиталью и связью С-Н. Наибольшее влияние возникает тогда, когда соседняя π орбиталь параллельна плоскости метиленового фрагмента.

Слайд 14

Кривая Карплуса – зависимость вицинальной константы 3JHH от двугранного угла
Константа 3JHH

максимальна при значениях угла 0 и 180°.
При 90° константа уменьшается почти до нуля

Слайд 15

Вицинальная константа 3JHH в зависимости от двугранного угла
Константа 3JHH,trans всегда больше

чем 3JHH,cis
Константа 3JHH (axial-axial) больше чем константа 3JHH(ax-eq) или константа 3JHH(eq-eq)‏

Слайд 16

Вицинальная константа 3JHH в циклических системах

Слайд 17

Дальние константа (через четыре связи) 4JHH в циклических системах

Слайд 18

Данные по константам спин-спинового взаимодействия 13С-Н
Прямые константы
Тип структурного фрагмента
основной диапазон
Алканы, циклоалканы

125- 135
алкены, арилы, альдегиды 155-172
Алкины 248-251
геминальные, С(sp3)-С(sp3)-H 4.8
C(sp3)-C(sp2)-H 3.2
161 Гц
205

220

Слайд 19

Константы JCH в циклогексане
122.4 126.0
-3.94 -3.69
2.1 8.1

Слайд 20

Данные по различным константам ССВ
1J(13C-19F) CH3F - 157 Гц
2J(1H-19F) СH3F + 46 Гц
1J(13C-13С) CH3-CH3 +100 Гц
1J(17O-1H) H2O +98

Гц

Слайд 21

Спин. Спиновое взаимодействие

Содержание

план...Термины Константа спин спинового взаимодействия Косвенное взаимодействиеПрямые, геминальные, вицинльные и дальние

Как осуществляется спин спиновое взаимодействие?Простейший пример Два ядра с магнитными моментами μ1

Механика спин спинового взаимодействия Ядро μ1 вызывает магнитное поле H1 на электроне

Энергия спин спинового взаимодействия Выражение впервые предложено Гербертом Гутовским (1953)‏E 12

Приведенная (reduced) константа связиИзвестно что μ= γ I ( гиромагнитное отношение

Схема расщеплений линии в дублет Уровни энергии и спектр ядра 1Н в

ТИПЫ КОНСТАНТ СПИН - СПИНОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (J)‏Гомоядерные (например 1Н-1Н, 19F-19F) JHH, JFFГетерояядерные

Классификация спин спиновых взаимодействий Константы ССВ различаются по числу химических связей (n)

Знаки констант спин-спинового взаимодействия Константы спин-спинового взаимодействия могут быть как положительными, так

Зависимость геминальной константы 2JHH (Гц) от гибридизации атома углеродаКонстанты 2JHH для

Влияние заместителей на геминальные константы 2JHH

Влияние ориентации соседней π орбитали на геминальную константуКонстанта зависит от угла

Кривая Карплуса – зависимость вицинальной константы 3JHH от двугранного углаКонстанта 3JHH

Вицинальная константа 3JHH в зависимости от двугранного углаКонстанта 3JHH,trans всегда больше