Спин-спиновое взаимодействие механизмы

СПИН-СПИНОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Механизм [c.288]

Рассмотрим механизм спин-спинового взаимодействия на примере молекулы НО. Представим гипотетический монокристалл, состоящий из молекул Н—О. Пусть все молекулы этого монокристалла ориентированы одинаково относительно приложенного магнитного поля Но, причем направления связей Н—О составляют угол 0 с направлением этого поля. Теперь рассмотрим резонансное поглощение дейтронов (ядер дейтерия), входящих в состав монокристалла. [c.76]

Каков же механизм спин-спинового взаимодействия через электроны химической связи Упрощенно его можно представить так. Электроны атомов водорода и дейтерия в молекуле стремятся сориентироваться таким образом, чтобы система спинов имела возможно меньшую энергию. Это будет в том случае, если векторы магнитных моментов электронов будут антипараллельны векторам магнитных моментов ближайших к ним ядер. Кроме того, оба электрона, образующие ковалентную связь, стремятся сориентировать свои спины, а следовательно, и векторы магнитных моментов, также антипараллельно. В результате этого два вектора магнитных моментов ядер в молекуле Н—О стремятся расположиться антипараллельно. Образно говоря, вследствие непрямого спин-спинового взаимодействия каждое из ядер знает , в каком спиновом состоянии находится другое магнитное ядро, причем передатчиком информации служат связующие электроны. Именно поэтому спиновая плотность электрона, обеспечивающего такую связь ядер, должна отличаться от нуля, что возможно только в случае электронов, имеющих -характер. [c.79]

Изучение эффектов ХПЭ может дать уникальную информацию о механизме химических реакций. Особенно важно то, что эффект ХПЭ прямо отражает спин-спиновые взаимодействия неспаренных электронов (обменное и диполь-дипольное). В следующей лекции излагается применение ХПЭ для изучения строения реакционного центра и кинетики переноса электрона в реакционном центре фотосинтеза. [c.104]

Рис. 29-10. Упрощенный механизм передачи спин-спинового взаимодействия между вицинальными протонами.

Рис. IV. 27. Схематическое представление я-механизма спин-спинового взаимодействия между протонами.

Предположим, что таков же я-механизм передачи спин-спинового взаимодействия в спектроскопии ЯМР. Отличие состоит только в том, что поляризация спина возникает на одном протоне и передается на другой. Мы можем обсуждать а- и я-вклады в вицинальную константу спин-спинового взаимодействия даже в простом случае одной двойной связи. Схематически это представлено на рис. IV. 27, в. Расчет по методу валентных связей приводит к выводу, что я-вклад в вицинальную константу /(я) пропорционален произведению констант сверхтонкого взаимодействия а (С—Н) в спектре ЭПР, которые характеризуют магнитное взаимодействие между электроном и ядерным спином в группе =С—Н. Детальные расчеты показывают, что вклад /(я) в вицинальную константу спин-спинового взаимодействия составляет около 10% общей величины. Спин-спиновое взаимодействие через а-электроны быстро уменьшается с ростом числа связей, разделяющих взаимодействующие ядра. Поэтому можно предполагать, что вклад л-электронов в дальнее спин-спиновое взаимодействие имеет значительно большее значение. Это ясно показывают результаты, полученные для ненасыщенных соединений. В следующем разделе мы сначала обсудим ситуацию, существующую в насыщенных соединениях, а затем рассмотрим дальнее спин-спиновое взаи- [c.131]

В заключение мы обсудим два механизма спин-спинового взаимодействия, которые играют лишь ограниченную роль или совсем не осуществляются в спектроскопии ЯМР высокого разрешения. Первый представляет собой прямое магнитное взаимодействие ядерных моментов через пространство, уже упоминавшееся раньше (разд. 3, гл, I). Его также называют диполь-дипольным или просто диполярным спин-спиновым взаимодействием. Как показывает качественное рассмотрение, это взаимодействие ведет к расщеплению резонансного сигнала на величину АВ [c.137]

Тогда магнитная информация передается по короткому проводу , где нет формальной связи. Так, в соединении 70 наблюдается спин-спиновое взаимодействие протонов На и Нь в 1,1 Гц. Эти протоны разделены шестью а-связями в конфигурации, неблагоприятной для обычного дальнего спин-спинового взаимодействия. Поэтому очень вероятно прямое спин-спиновое взаимодействие между Ь-орбиталями двух атомов водорода. Этот механизм, который называют связыванием через пространство, имеет большое значение для спин-спинового взаимодействия между протоном и ядром фтора, а также между ядрами фтора (см. гл.Х). [c.139]

Описанные ситуации могут дополнительно осложняться, если протоны групп N—Н участвуют в обменных процессах через водородные связи. Во многих случаях, как отмечалось в разд. 1,3 гл. I, это также ведет к уширению линий. Более того, обмен является еще одним механизмом, который, как в случае с метанолом (см. в начале разд. I этой главы), может привести к исчезновению констант спин-спинового взаимодействия N — —>Н или >Н—>Н, [c.298]

В общем, как и в случае химических сдвигов, более широкий диапазон изменений параметров спин-спинового взаимодействия ядер делает эти параметры очень чувствительным индикатором электронной структуры органических молекул. Однако наши знания о фундаментальных механизмах спин-спинового взаимодействия ядер фтора остаются очень неполными, что делает трудной интерпретацию результатов во многих случаях. [c.385]

Как и в случае констант Р, Р, экспериментальные данные для ряда соединений указывают, что при спин-спиновом взаимодействии H, Р также действует прямой механизм (табл. X. 5). [c.385]

В основе этой корреляции лежит предположение, что среди различных механизмов, дающих вклад в спин-спиновое взаимодействие, доминирует только один, так называемый контактный член Ферми. Его величина определяется электронной плотностью на ядре (откуда и происходит название контактный член ), а вследствие этого лишь -орбитали могут участвовать во взаимодействии. Эту точку зрения подтверждают следующие экспериментальные данные [c.408]

Как подчеркивалось в гл. VII, спин-решеточную релаксацию вызывают флуктуирующие магнитные поля, приводящие к возникновению радиочастотных колебаний, соответствующих переходам ЯМР. Существует несколько источников таких флуктуирующих полей, и поэтому несколько механизмов дают вклад в релаксацию. Для нас в первую очередь представляет интерес биполярный механизм релаксации, где флуктуирующее поле возникает за счет модуляции диполярного спин-спинового взаимодействия. Локальное магнитное поле, индуцируемое на ядре соседним магнитным диполем, определяется уравнением (I. 12). Его зависимость от времени для внутримолекулярных взаимодействий определяется изменениями угла 6, для межмолекулярных взаимодействий — изменениями как угла 0, так и расстояний г между ядрами. [c.411]

Явление спин-спинового взаимодействия потенциально может дать ценную информацию и в случае некоторых других комбинаций изотопов, например С— Н. Эта пара изотопов может оказаться полезной, в частности, при изучении механизмов гидрид-ного сдвига, например, при биосинтезе некоторых терпеноидов для этого потребуется соответствующим образом меченная мевалоновая кислота или даже С, Н-меченный ацетат. [c.349]

Резонансный сигнал спиновой системы АХ (разд. 4.7.1) представляет собой два дублета. Механизм появления дублетов схематично представлен на рис. 4.25, ще в целях упрощения рассматривается только ядро А. Вкратце природу спин-спинового взаимодействия можно объяснить следующим образом. [c.121]

Ранее отмечалось, что диполь-дипольное взаимодействие не вызывает никакого расщепления резонансных линий в спектрах ЯМР жидкостей, однако во многих случаях наблюдается расщепление, обусловленное непрямым спин-спиновым взаимодействием, которое передается через электроны связи. Непрямое (или косвенное) спин-спиновое взаимодействие называют еще скалярным, так как оно не зависит от ориентации спинов. Механизм [c.29]

Релаксация по механизму косвенного спин-спинового взаимодействия [c.39]

Рассмотренное выше косвенное спин-спиновое взаимодействие между ядрами А и X также может давать вклад в релаксацию. Так как при вращении молекулы как целого величина константы спин-спинового взаимодействия не изменяется, вращательная диффузия не является причиной изменения релаксационных параметров во времени. Зависимость от времени может возникать под влиянием двух различных механизмов. Во-первых, скорость релаксации за счет косвенного спин-спинового взаимодействия может зависеть от времени вследствие химического обмена взаимодействующих ядер. Это прежде всего относится к протонам. С амо явление называется скалярной релаксацией первого рода, а соответствующее время корреляции равно обратной скорости обмена. Во-вторых локальное поле, индуцируемое спином X в точке, где находится спин А, модулируется релаксационными процессами, в которых участвует спин ядра X. В этом случае говорят о Скалярной релаксации второго рода. Соответствующее время корреляции является временем релаксации спина X. [c.39]

Проведение изотопного замещения по 0, спин которого равен 5/2, приводит к расщеплению сигнала фосфора в секстет. Наличие квадрупольного момента у кислорода уменьшает время релаксации адерного спина О. Спин-спиновое взаимодействие с ядром Р позволяет получить представление об эффективных механизмах, дающих дополнительный вклад в релаксацию. Если с атомом фосфора связаны больше одного атома 0, то линия приобретает сложную мультиплетную структуру, так что интенсивность сигнала уменьшается, и его уже трудно отличить от фона. Иная картина наблюдается для изотопа 0. Этот изотоп, как и изотоп 0, наиболее распространенный в природе, обладает нулевым аганом и не вызывает появления дополнительной структуры в наблюдаемой спектральной линии. Правда, замена атома 0 в фосфатной группе на атом О приводит к [c.85]

Характерной особенностью нефтяных асфальтенов, во многом определяющей основные направления и способы переработки остаточного нефтяного сырья, является их склонность к образованию устойчивых ассоциатов Благодаря высокой устойчивости слоисто-пачечных ассоциатов в растворах формируется равновесное фазовое распределение асфальтенов в надмолекулярном и молекулярном состояниях 429 Протоны в молекулярной и надмолекулярной составляющих асфальтенов имеют существенно разные значения времен релаксации Т2, что позволяет оценить быстро релаксирую-щую (по механизму спин-спинового взаимодействия) компоненту [c.296]

До сих пор рассматривались электронные спин-спиновые взаимодействия. Однако, как было показано ранее, уширение компонент сверхтонкой структуры вызывается также динольным взаимодействием со спинами магнитных ядер. В жидких системах это уширение снимается быстрым изотропным вращением радикала. Однако если частота вращения недостаточно велика и сравнима с шириной линии, то вклад такого взаимодействия в ширину компонент СТС может быть значительным. Такой механизм приводит к уширению лишь крайних компонент спектра (случай так называемого симметричного уширения). [c.25]

Простейший прямой механизм фигурирует в ак(Т ) и /мк Т ), т. е. в постоянных спин-спинового взаимодействия, полученных в теории МО без учета конфигурационного взаимодействия. Используя определения 7 N (разд. 1), имеем [c.334]

Два механизма спин-спинового взаимодействия протонов [c.340]

Как было показано в части I, можно определить два механизма, обусловливающих спин-спиновое взаимодействие. Для первого из них несущественны хвостовые части орбиталей, он [c.340]

Большую роль спектроскопия ЯМР сыграла в развитии теоретических концепций органической химии, касающихся, в частности, строения и стереохимии интермедиатов и механизмов химических реакций. Получены структурные данные о таких интермедиатах многих практически важных химических реакций, какими являются карбкатионы и карбанионы. Например, в случае изо-пропильного катиона значения химических сдвигов 8.ц и 8. ,с показывают значительное дезэкранирование магнитных ядер, особенно углерода, а значение константы спин-спинового взаимодействия /13С1Н свидетельствует о практически плоской структуре центральной части катиона (т. е., что гибридизация центрального атома углерода близка к зр ). Исследуют как классические кар-бониевые ионы, так и неклассические а-мостиковые карбкатионы, [c.38]

Непрямое электронное спин-спиновое взаимодействие. При достаточно высокой разрешаюи1,ей способности спектрометра ЯМР становится заметным влияние на спектр других локальных полей. Последние возникают вследствие ферми-контактного взаимодействия ядерного спина, ориентированного во внешнем поле Н , со спином электрона. Это приводит к возникновению электронной поляризации, которая вновь воздействует на соседние ядра (сверхтонкое взаимодействие). Вследствие существования 2/ + 1 различных возможностей ориентирования спина ядра А 8 поле (см. стр. 249) по этому механизму расщепления, в м сте нахождения соседнего ядра X возникают точно такие же многочисленные локальные ПОЛЯ вызывающие расщепление сигнала. Это сверхтонкое расщепление характеризуется константой сверхтонкого взаимодействии J, величину которой измеряют в герцах. В простых случаях она соответствует расстоянию между соседними линиями в мультиплете сигнала (рис. 5.23, б). Если п эквивалентных ядер А взаимодействуют с ядром X, то на ядро А оказывают воздействие 9.nJ + 1 различных дополнительных полей и мультиплетность расщепления сигнала оказывается равной [c.258]

На самом деле в этом механизме участвуют о-электроны свявей. Константа спин-спинового взаимодействия J характеризует степень взаимодействия между двумя ядрами. [c.553]

Спин-спиновое взаимодействие, передаваемое а-электрон ми, уже было представлено схематически на рис. II. 12. Мом но составить аналогичную диаграмму и для я-механизма. Ра1 смотрим группу СН с 5р -гибридным атомом углерод (рис. IV. 27, а). В первом приближении взаимодействие меж протоном и я-электроном на 2рг-орбитали невозможно, т скольку протон лежит точно в узловой плоскости этой орб1 тали. Однако из данных спектроскопии ЭПР известно, чт это заключение не верно, так как наблюдается сверхтонко расщепление линий в спектрах ЭПР ион-радикалов я-систе за счет прямого взаимодействия протона с неспаренным эле троном, расположенным на 2рг-орбитали того же углеродно [c.130]

НО ПО л-механизму. Для аллена и бутатриена такое взаимодействие можно представить диаграммой, изображенной на рис. IV. 29. Как показывают примеры, собранные в табл. IV. 15, передача спин-спинового взаимодействия через л-систему очен эффективна. При увеличении числа связей константа взаимодействия уменьшается не очень значительно. Так, можно на блюдать взаимодействие даже через девять связей. Более того замена концевого водорода в структуре СНз—(С = С)х—Н нг метильную группу, формально превращающая спин-спин0в0( взаимодействие аллильного типа в гомоаллильное, ведет толь ко к смене знака константы, почти не меняя ее абсолютной ве личины. В действительности различия в знаках для примеров ) [c.136]

Второй механизм, который мы обсудим здесь, является видоизменением спин-спинового взаимодействия через электроны связей, детально рассмотренного в предыдущих разделах. Было обнаружено несколько случаев, когда из-за пространственного сжатия происходит несвязывающее взаимодействие орбиталей вандерваальсова типа. [c.139]

Для предыдущего случая важно, чтобы выполнялось соотношение > W2. Таким образом, опрокидывание спина электрона возможно лишь при одновременном изменении спино вой ориентации ядра в противоположном направлении. В этo случае релаксация протекает преимущественно через зависящеЕ от времени скалярное спин-спиновое взаимодействие. В упомя нутом выше растворе натрия в жидком аммиаке неспаренньн электроны сольватированы молекулами аммиака. Быстрый об мен этих молекул между сольватными оболочками различны) парамагнитных центров приводит к тому, что протон-электрон ное взаимодействие исчезает, однако оно сохраняет свою эф фективность как механизм релаксации. [c.320]

Правила, выведенные для спин-спинового взаимодействия протонов, в общем нельзя использовать при интерпретации соответствующих взаимодействий ядер фтора, поскольку для них эффективен дополнительный механизм. Существует ряд экспериментальных данных, указывающих на передачу спин-спинового взаимодействия l F, F пе только через электроны химических связей, но и непосредственно через пространство. Как указывалось уже в разд. 2.4, гл. IV, речь при этом идет не о диполярном взаимодействии ядерных магнитных моментов, а о скалярном спин-спиповом взаимодействии за счет перекрывания несвязанных орбиталей (механизм через пространство ). [c.383]

Взаимодействие между А и X приводит к дополнительному воздействию поля на ядро А. Для двух состояний ядер X воздействия, хотя и равные по величине, имеют противоположные знаки. В первом случае, следовательно, резонансная частота ядра А, которая в отсутствие спин-спинового взаимодействия была бы равна сдвигается в область более высоких частот на определенную величину, в то время как в другом случае происходил бы сдвиг в сторону более низких частот на ту же величину. Поскольку мы не знаем точный механизм взаимодействия, мы не можем предсказать а priori, какое их двух состояний ядра X будет сдвигать резонанс ядра А в сторону более высоких, а какое —в сторону более низких частот. Соотнесение направлений на рис. 9.3-15 выбрано произвольно. Так как в макроскопическом образце числа молекул с ядрами X, находящимися в одном или другом состоянии (А-Х или А-Х ) практически одинаковы, в спектре появляются два пика равной интенсивности. Другими словами, единственный пик, который наблюдался бы в отсутствие спин-спинового взаимодействия, расщепился в дублет. [c.218]

В разд. Непрямое спин-спиновое взаимодействие (разд. 9.3.2) было показано, что взаимодействие между соседними ядерными диполями по механизму непрямого спин-спинового взаимодействия вызывает расщепление сигналов и приводит к появлению характеристических мультиплетов. Эти сигналы содержат информацию о структуре молекул. Например, присутствие квадруплета и триплета в спектре свидетельствует о наличии этильной группы в молекуле. В разд. 4Метод ЯМР и ЯМР-спектрометр (разд. 9.3.2) мы узнали о том, что спектры ЯМР на ядрах С записывают обычно с использованием широкополосной протонной развязки, с помощью которой устраняются спин-спиновые взаимодействия. Это достигается путем облучения мощным полем с частотой, соответствующей переходу протонов. При этом ориентация спинов протонов меняется очень быстро, время жизни каждого состояния спина уменьшается и результирующее взаимодействие становится равным нулю. Исчезает расщепление сигналов, мультиплеты становятся сипглетами. Такая процедура широкополосной протонной развязки является гетероядерной развязкой, поскольку облучают протоны, а наблюдают резонансные сигналы ядер С. Возможно проведение и гомоядерной развязки эти эксперименты очень важны и используются, когда нужно в спектроскопии ПМР идентифицировать сигналы, принадлежащие взаимодействующим друг с другом протонам. В качестве примера можно привести ацетилсалициловую кислоту, ароматическая часть спектра которой приведена на рис. 9.3-30,а. Для того чтобы продемонстрировать этот подход, облучим образец резонансными частотами дублета дублетов, с центром при 6 = 7,95, соответствующего протонам Н-6 (протон в орто-положении к карбоксильной группе). Сравнивая исходный и развязанный спектр (рис. 9.3-30,6), мы видим, что дублет триплетов упростился (<У = 7,25), так что одно орто-взаимодействие теперь отсутствует. Следовательно, этот сигнал можно отнести к Н-5. Однако мы также видим упрощение другого дублета— дублета триплетов при 6 = 7,5, поскольку л ета-взаимодействие J(H-4/H-6) [c.246]

Ядерный эффект Оверхаузера возникает за счет вклада протонов в релаксацию ядер С. Более того, его величина определяется относительным вкладом диполь-дипольной релаксации — Н. Заметный вклад других отличных от диполь-дипольного механизмов в спин-решеточную релаксацию приводит к уменьшению ЯЭО. Для одной и той же молекулы интегральные интенсивности в спектре при полном подавлении спин-спинового взаимодействия с протонами могут варьировать в широких пределах, отражая различия в ядер-ных эффектах Оверхаузера. Особенно это относится к небольшим симметричным молекулам, для которых механизм диполь-дипольной релаксации не всегда преобладает даже для некоторых протонированных углеродов. В случае больших относительно жестких молекул, по-видимому, все атомы углерода релаксируют в соответствии с диполь-дипольным механизмом, как было показано Аллерхандом [6]. Для таких молекул в большинстве случаев реализуется максимальный эффект Оверхаузера. Однако даже в случае больших молекул некоторые не-протонированные углероды испытывают заметное влияние других механизмов релаксации и дают резонансные сигналы в спектрах — Н несколько уменьшенной интенсивности. В гл. 2 рассматриваются некоторые вопросы, связанные с интерпретацией значения фактора ЯЭО. [c.24]