ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

Transcript

1

2 ΑΘ.Π.ΒΑΛΑΒΑΝΙΔΗΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΥΠΕΡΥΘΡΟΥ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΜΑΖΩΝ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ-ΟΡΑΤΟΥ, RΑΜΑΝ, ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ Τμήμα Χημείας Πανεπιστήμιο Αθηνών 2006

3 ΑΘ.Π.ΒΑΛΑΒΑΝΙΔΗΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΥΠΕΡΥΘΡΟΥ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΜΑΖΩΝ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ-ΟΡΑΤΟΥ, RΑΜΑΝ, ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ Τμήμα Χημείας Πανεπιστήμιο Αθηνών 2006

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ ΥΛΗ ΚΑΙ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ 1.1. Κβαντική Θεωρία και Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία Κβαντική Θεωρία και Ενέργεια 1.3. Το Φωτοηλεκτρικό Φαινόμενο 1.4. Χρώματα και Αλληλεπίδραση Φωτός με την Ύλη 1.5. Η Δομή των Ατόμων και η Ερμηνεία των Φασμάτων 1.6. Η Κυματική Φύση των Σωματιδίων της Ύλης 1.7. Η Αρχή της Αβεβαιότητας και η Κυματική Φύση των Ηλεκτρονίων 1.8. Η Μαθηματική Έκφραση της Δυαδικής Φύσης της Ύλης και της Ενέργειας. Η εξίσωση Schrödinger 1.9. Βιβλιογραφία: Εισαγωγή στην Κβαντική Χημεία ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΥΤΕΡΟ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΚΑΙ ΥΛΗΣ, ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΚΑΙ ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΠΛΕΥΡΕΣ ΤΗΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑΣ 2.1. Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία 2.2. Περιοχές του Ηλεκτρομαγνητικού Φάσματος και Ενεργειακές Μεταβολές των Μορίων 2.3. Πρακτικές πλευρές της Φασματοσκοπίας 2.4. Διεύρυνση (broadening) των σημάτων στη Φασματοσκοπία 2.5. Παράγοντες που επιδρούν στην ένταση των φασματικών γραμμών 2.6. Βιβλιογραφία ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ 3.1. Δονήσεις και ενεργειακές καταστάσεις στο διατομικό μόριο 3.2. Εξισώσεις της ενέργειας δόνησης για τον απλό αρμονικό ταλαντωτή 3.3. Η κίνηση στον μη αρμονικό ταλαντωτή 3.4. Το περιστρεφόμενο διατομικό μόριο 3.5. Το διατομικό περιστρεφόμενο και δονούμενο μόριο 3.6. Δονήσεις πολυατομικών μορίων 3.7. Συχνότητες υπερτόνου και συνδυασμού στα φάσματα απλών και πολυατομικών μορίων 3.8. Επίδραση της περιστροφής στο φάσμα πολυατομικών μορίων 3.9. Επίδραση του πυρηνικού spin στις φασματικές γραμμές στην περιοχή υπερύθρου Ανάλυση φασμάτων πολυατομικών μορίων ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΤΑΡΤΟ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΦΑΣΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ 4.1. Φασματοφωτόμετρα υπέρυθρης φασματοσκοπίας 4.2. Το σύστημα της διπλής δέσμης φωτός στα φασματοφωτόμετρα 4.3. Συνθήκες για τη σάρωση και καταγραφή φασμάτων IR

5 4.3.1.Παρασκευή δειγμάτων για φάσματα IR 4.4. Ποσοτική ανάλυση με υπέρυθρη φασματοσκοπία 4.5. Φασματοσκοπία υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier 4.6. Ερμηνεία φασμάτων υπέρυθρης φασματοσκοπίας 4.7. Φάσματα υπέρυθρης φασματοσκοπίας ορισμένων ομάδων οργανικών ενώσεων Αλκάνια Αλκένια Αλκίνια Αρωματικοί υδρογονάνθρακες Ενώσεις με καρβονυλική ομάδα Αιθέρες Αλκοόλες (ROH) και φαινόλες (C 6 H 5 OH) Αμίνες, αμίδια, νιτρίλια οξέων και αρωματικά αμινοξέα (RNH 2, CΟNH 2, C N, ΦNH 2 ) Αμινοξέα και άλατά τους Παραδείγματα φασμάτων υπέρυθρης φασματοσκοπίας (ΙR) ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΜΠΤΟ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΥΠΕΡΥΘΡΟΥ 5.1. Χαρακτηριστικές απορροφήσεις διαφόρων ομάδων οργανικών ενώσεων στην περιοχή της υπέρυθρης φασματοσκοπίας 5.2. Βιβλιογραφία ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΚΤΟ ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ 6.1. Βασική Θεωρία του Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού Κβαντικά ενεργειακά επίπεδα (στάθμες) spin Κατανομή κβαντικών ενεργειακών πυρηνικών επιπέδων (στάθμες) Αποκατάσταση ισορροπίας ενεργειακών καταστάσεων. Spin-πλέγμα και spin-spin χρόνοι αποκατάστασης Κλασική Περιγραφή του Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού Κβαντική Περιγραφή του Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού Φασματόμετρα και Πειραματική Διαδικασία στον Πυρηνικό Μαγνητικό Συντονισμό Πειραματική διαδικασία Διαλύτες για φασματοσκοπία NMR Πυρήνες που μπορούν να μελετηθούν με NMR Χημική Μετατόπιση στον Πυρηνικό Μαγνητικό Συντονισμό Διαμαγνητική και παραμαγνητική μετατόπιση Κλίμακες για τη μέτρηση της χημικής μετατόπισης Ουσίες αναφοράς Χημική μετατόπιση πρωτονίων ( 1 H) Spin - Spin Σύζευξη στον Πυρηνικό Μαγνητικό Συντονισμό Μηχανισμός spin spin σύζευξης και τα είδη των spin spin συζεύξεων Είδη συζεύξεων για υδρογόνα Σταθερές σύζευξης υδρογόνου-άνθρακα και άνθρακα-άνθρακα Βιβλιογραφία. Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΒΔΟΜΟ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 7.1.Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός Άλλων Πυρήνων 7.2. Παραμαγνητικές Ιδιότητες Μετάλλων και Χημική Μετατόπιση 7.3. Επίδραση των Ισοτόπων στις Χημικές Μετατοπίσεις 7.4. Μετατοπίζοντα Αντιδραστήρια 7.5. Επίδραση του Διαλύτη και των Δεσμών Υδρογόνου στις Παραμέτρους των Φασμάτων NMR Δεσμοί υδρογόνου Ποσοτική Ανάλυση με Πυρηνικό Μαγνητικό Συντονισμό Ανάλυση Στερεών Ουσιών με NMR 7.8. Εφαρμογές του 31 P και 13 C NMR στη Μελέτη Βιοπολυμερών και Βιοχημικών Διεργασιών 7.9. Εφαρμογές του NMR στην Ιατρική και Βιολογία Ζωντανών Οργανισμών Βιβλιογραφία για εφαρμογές Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR) στην Ιατρική και την Βιολογία Δυναμικό NMR. Μελέτη Κινητικών Αντιδράσεων στη Χημεία Θεωρία για τη μελέτη κινητικών διεργασιών με NMR Βιβλιογραφία για Δυναμικό NMR (DNMR) ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΟΓΔΟΟ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΜΕ ΠΑΛΜΙΚΗ ΤΕΧΝΙΚΗ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER 8.1. Η Παλμική Τεχνική Μετασχηματισμού Fourier στο NMR Περιστρεφόμενο πλαίσιο Το αποτέλεσμα εφαρμογής της παλμικής ραδιοσυχνότητας 8.2. Πυρηνική Αποκατάσταση (ή αποδιέγερση) μετά την Απόκλιση από την Ισορροπία 8.3. H Εφαρμογή του Παλμού Ραδιοσυχνότητας στον FT-NMR Σήματα FT-NMR σε σχέση με το χρόνο και τη συχνότητα των παλμών 8.4. Μετασχηματισμός Fourier (Fourier Transform) Μεθοδολογία Επεξεργασία των πληροφοριών με ηλεκτρονικό υπολογιστή (Η/Υ) 8.5. Τεχνική Διπλού Συντονισμού στον FT-NMR Ετεροπυρηνική αποσύζευξη 8.6. Αύξηση Εντασης Φασματικών Γραμμών στα Πειράματα Διπλού Συντονισμού. Φαινόμενο Overhauser 8.7. Μηχανισμοί Aποκατάστασης 13 C και Mέθοδοι Mελέτης των Xρόνων Aποκατάστασης Μέθοδος μέτρησης του Τ Μέθοδος μέτρησης του Τ Βιβλιογραφία: Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός-FT ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΝΑΤΟ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΦΑΣΜΑΤΩΝ 1 Η ΚΑΙ 13 C NMR 9.1. Ονοματολογία Συστημάτων Spin

7 9.2. Ερμηνεία Φασμάτων 1 Η NMR Απλά φάσματα 1 Η NMR Σύνθετα φάσματα 1 Η NMR 9.3. Ανάλυση Φάσματος για Σύστημα ΑΒ, Δεύτερης Τάξης 9.4. Χαρακτηριστικά Φασμάτων 1 Η NMR των Κυριότερων Ομάδων Οργανικών Ενώσεων 9.5. Ανάλυση και Ερμηνεία Φασμάτων 13 C NMR 9.6. Χημικές Μετατοπίσεις σε Φάσματα 13 C NMR Οργανικών Ενώσεων ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΚΑΤΟ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΔΥΟ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ Λήψη φάσματος Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού δύο διαστάσεων (2D NMR) Τεχνικές και Φάσματα Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού Τεχνική DEPT (Distortionless Enhancement by Polarization Transfer) Προγράμματα Η/Υ για την πρόβλεψη φασμάτων χημικών ενώσεων και προσομοίωση Βιβλιογραφία NMR Δύο Διαστάσεων ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΝΔΕΚΑΤΟ ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΚΑΙ ΟΡΑΤΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ Ηλεκτρονική Δομή Διατομικών και Πολυατομικών μορίων Θεωρία Μοριακών Τροχιακών Ηλεκτρονική Φασματοσκοπία Πολυατομικών Μορίων Κατηγορίες Ηλεκτρονίων και Μεταβάσεις στα Διάφορα Ενεργειακά Επίπεδα Χρωμοφόρες Ομάδες στις Οργανικές Ενώσεις Επίδραση του Διαλύτη στο Μήκος Κύματος της Απορρόφησης Διαλύτες για Φασματοσκοπία UV-VIS Πρακτικές Πλευρές των Φασμάτων Υπεριώδους Φασματοσκοπίας Υπεριώδη και Ορατή Φασματοσκοπία στην Οργανική Χημεία Ενώσεις με διπλούς και τριπλούς δεσμούς Πολυένια (polyenes) Καρβονυλικές ενώσεις Οξέα, εστέρες, λακτόνες και λακτάμες Αρωματικές ενώσεις Ετεροκυκλικές ενώσεις Φασματοσκοπία UV και Mελέτες Kινητικής Xημικών Mεταβολών Βιβλιογραφία Φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού, θεωρία και εφαρμογές στην οργανική χημεία Συλλογές φασμάτων υπεριώδους-ορατού Μοριακή θεωρία τροχιακών, συμμετρία, δομή και φασματοσκοπία

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΩΔΕΚΑΤΟ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΜΑΖΩΝ Φασματογράφος Μαζών Καταγραφή και παρουσίαση του φάσματος μαζών Επεξεργασία Δείγματος και Τεχνική Φασμάτων Μαζών Προσδιορισμός Μοριακού Βάρους και Μοριακού Τύπου με Φασματογράφο Μαζών Διεργασίες Θραυσματοποίησης των Μορίων στον Φασματογράφο Μαζών Παράγοντες που Επηρεάζουν την Αφθονία των Ιόντων-θραυσμάτων κατά τη Θραυσματοποίηση Διεργασία Θραυσμαυτοποίησης για τις Διάφορες Ομάδες Ενώσεων της Οργανικής Χημείας Κορεσμένοι άκυκλοι υδρογονάνθρακες (αλκάνια) Αλκένια και αλκίνια Αλδεΰδες και κετόνες Αρωματικές ενώσεις Καρβοξυλικά οξέα, εστέρες και αμίδια Αλκοόλες, φαινόλες και μερκαπτάνες (θειόλες) Αμίνες Αλογονωμένες οργανικές ενώσεις (αλκυλαλογονίδια, RX) Αμινοξέα Ερμηνεία Φασμάτων Μαζών. Παραδείγματα Φυσική Αφθονία Ισοτόπων Στοιχείων και η Σημασία τους στα Φάσματα Μαζών Συνδυασμός αερίου χρωματογράφου και φασματογράφου μαζών Μοριακά Ιόντα θραύσματα και οι Οργανικές Ενώσεις από τις Οποίες Προκύπτουν Βιβλιογραφία: Φασματομετρία Μαζών ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΚΑΤΟΤΡΙΤΟ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΟΙΑ RAMAN Βασικές αρχές της Φασματοσκοπίας Raman Πιστοποίηση δομής μορίων με Raman και Υπέρυθρη Φασματοσκοπία Τεχνική Φασματοσκοπίας Raman Βιβλιογραφία: Φασματοσκοπία Raman ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΚΑΤΟΤΕΤΑΡΤΟ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ Εισαγωγή στη Φασματοσκοπία Ηλεκτρονικού Παραμαγνητικού Συντονισμός Ηλεκτρονικής Αυτοστροφορμής (Spin) Λεπτή και Υπέρλεπτη Υφή των Φασματικών Γραμμών στα Φάσματα ΗΠΣ Τεχνική Φασματοσκοπίας Ηλεκτρονικού Παραμαγνητικού Συντονισμού (EPR) Διεύρυνση των Φασματικών Γραμμών στη Φασματοσκοπία ΗΠΣ Ανάλυση Φασματικών Κορυφών στη Φασματοσκοπία ΗΠΣ Βιβλιογραφία: Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός (EPR)

9

10