Презентация на тему Спин. Спиновое взаимодействие

вицинльные и дальние константы
Вопросы

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

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

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

( 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

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

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)‏

химических связей (n) разделяющих взаимодействующие ядра.

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

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)‏

зависит от угла между π орбиталью и связью С-Н.

Наибольшее влияние возникает тогда, когда соседняя π орбиталь параллельна плоскости метиленового фрагмента.

двугранного угла
Константа 3JHH максимальна при значениях угла 0 и

180°.
При 90° константа уменьшается почти до нуля

3JHH,trans всегда больше чем 3JHH,cis
Константа 3JHH (axial-axial) больше чем

константа 3JHH(ax-eq) или константа 3JHH(eq-eq)‏

системах

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

Гц
1J(13C-13С) CH3-CH3 +100 Гц
1J(17O-1H) H2O +98 Гц

бензоле
3JHH
4JHH
5JHH