ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗ κ. ΚΟΥΠΠΑΡΗ

Transcript

1 ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗ κ. ΚΟΥΠΠΑΡΗ 1

2 2

3 3

4 4

5 5

6 6

7 7

8 8

9 9

10 10

11 11

12 Σημειώσεις από τα μαθήματα Φαρμακευτικής Ανάλυσης του καθηγητή κ. Ιωάννη Κουντουρέλλη ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ 12

13 13

14 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) 14

15 Η φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού βασίζεται σε διεγέρσεις μαγνητικών πυρήνων που βρίσκονται σε ισχυρό ομογενές μαγνητικό πεδίο. Τι είναι σπιν (spin); Είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα της ύλης και αναφέρεται στην αυτοπεριστροφή γύρω από ένα φανταστικό άξονα με στροφορμή Ρ Πυρηνικό σπιν Οι πυρήνες των ατόμων έχουν πρωτόνια (φορτία) και εκδηλώνουν την ιδιότητα του σπιν. Η ύπαρξητης αυτοπεριστροφής συνεπάγεται εγγενή πυρηνική μαγνητική ροπή. Δηλαδή οι πυρήνες συμπεριφέρνονται ως ένα μαγνητικό δίπολο ή ως ένας μικροσκοπικός μαγνήτης. Mαγνητική ροπή μ Διεύθυνση: συγγραμμικό με την ιδιο-στροφορμή Φορά: εξαρτάται από τον γυρομαγνητικό λόγο, γ Μέτρο: μ = γp γ = γυρομαγνητικός λόγος πυρήνα(γ=μ2π/h I ) P 15

16 Η στροφορμή του αυτοπεριστρεφόμενου πυρήνα χαρακτηρίζεται από το Ι (κβαντικός αριθμός αυτοστροφής) I (spin) πυρήνας Όταν ένας πυρήνας έχει Ι>0 καιβρεθείσεομογενέςμαγνητικόπεδίομε ένταση Ηο ή Βο, συμπεριφέρεται σα μαγνητική ράβδος με γωνιακή ταχύτητα στροφορμής ω ο και στροφορμή Ρ που παίρνει (2Ι+1) προσανατολισμούς που αντιστοιχούν σε ορισμένη τιμή ενέργειας Ε Π.χ. Το 1Η με I= ½ παίρνει (2Χ ½)+1=2 προσανατολισμούς

17 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ (NMR) Διεγερμένη κατάσταση ~50% %<0,Χ Ι= Εκτός πεδίου Τυχαίοι προσανατολισμοί ~50% Ι= + Βασική κατάσταση 1 Ημε Ι ½ δηλαδή 2Χ ½+1=2 προσανατολισμοί στο άνυσμα της στροφορμής ΔΕ=hν ο =h γη ο /2π=hω ο /2π ν 0 (Ραδιοσυχνότητα 3χ10 8-3χ10 6 Hz or 1-100m) Συχνότητα Larmor : ν 0 = γh o / 2π = ω ο /2π H o = ω 0 /γ Χαρακτηριστικά φάσματος NMR Χημική μετατόπιση(chemical shift): Ηεξάρτησητηςτης συχνότητας συντονισμού των μαγνητικών πυρήνων από το χημικό τους περιβάλλον 17

18 ΔΕ=hν ο =h γη ο /2π=hω ο /2π Τα ηλεκτρόνια θωρακίζουν τον πυρήνα (διαμαγνητική θωράκιση) Π.χ. Η-Χ Α)Όταν το Χ είναι ηλεκτραρνητικό έχουμε παραμαγνητική αποπροστασία, μετατόπιση της συχνότητας συντονισμού σε μικρότερες τιμές πεδίου Β) Όταν το Χ δεν είναι ηλεκτραρνητικό έχουμε διαμαγνητική προστασία μετατόπιση της συχνότητας συντονισμού σε μεγαλύτερες τιμές πεδίου Θωράκιση πρωτονίου (διαμαγνητική ανισοτροπία) επηρεάζει και η ύπαρξη πολλαπλών δεσμών (π), λόγω δυνατότητας περιστροφής των π ηλεκτρονίων μόνο σε ορισμένες κατευθύνσεις 18

19 Διαμαγνητική ανισοτροπία* Νέφος ηλεκτρονίων Ακετυλένιο Βενζόλιο δ=2,5 7,3 ενώ το CH 2 =C έχει δ=5 Το βενζόλιο έχει δ 7,3 19

20 0 ν δ είναι η συχνότητα συντονισμού του δείγματος ν α είναι η συχνότητα συντονισμού της ουσίας αναφοράς (CH 3 ) 4 Si TMS, (δ=0) ν ο είναι η βασική συχνότητα λειτουργείας φασματοφωτομέτρου -δ CH 3 -O-C=O 3.7 B CH 3 -C=O 2,0 A 20

21 CH 3 -C=O 2,0 A CH 3 -O-C=O 3.7 B 21

22 Παράδειγμα d:c:b:a 2:3:3:6 22

23 Χαρακτηριστικά φάσματος NMR Στα φάσματα NMR εμφανίζεται το φαινόμενο spin-spin σύζευξη δηλ. του διαχωρισμού μιας κορυφής συντονισμού σε ομάδα πολλαπλών συμμετρικών και οφείλεται στην αλληλοεπίδραση των spin γειτονικών πυρήνων. Χαρακτηρίζεταιαπότησταθερά συζεύξεως Jax, - 1 H που ανήκουν στην ίδια χημική ομάδα είναι ισότιμα - Όταν πρωτόνια μιας χημικής ομάδας γειτονεύουν με η ισότιμα μιας άλλης, θα παρουσιάσουν η+1 κορυφές - Όταν πρωτόνια μιας χημικής ομάδας γειτονεύουν με ηκαιm ισότιμα μιας άλλης, θα παρουσιάσουν (η+1)(m+1) κορυφές 23

24 Παραδείγματα 24

25 Τρίγωνο Pascal COSY D 25

26 Δευτεριωμένος διαλύτης δείγματος 30 περιστροφές /s Απορρόφηση Χαρακτηριστικά Επειδήηφυσικήαφθονίατου 13 C είναι μόλις 1.1% τα φάσματα του εμφανίζουν ασθενές σήμα Ο συντονισμός του γίνεται σε μικρότερες συχνότητες (δ 0-200ppm) Παράγοντας που επηρεάζει τη χημική μετατόπιση δ είναι η ηλεκτραρνητικότητα των γειτονικών ατόμων O 13 C δεν παρουσιάζει spin-spin σύζευξη με ομοειδείς πυρήνες αλλά μόνο με γειτονικά πρωτόνια (τέτοια φάσματα συνήθως απλοποιούνται με την τεχνική της από-συζεύξεος ευρείας ζώνης, Jmod) Οι χρόνοι αποδιέγερσης των πυρήνων ποικίλουν και είναι μεγαλύτεροι από αυτούς των πρωτονίων με αποτέλεσμα κάποια σήματα δεν προλαβαίνουν να ληφθούν 26

27 Εμφάνιση χαρακτηριστικών ομάδων σε φάσματα NMR άνθρακα 27

28 28

29 Χαρακτηρισμός της ακριβούς δομής πρώτων υλών και τελικών προϊόντων Προσδιορισμός προσμίξεων (π.χ. εναντιομερών) Χρήση ποσοτικής ανάλυσης φαρμάκων σε σκευάσματα NMR στερεάς κατάστασης χρησιμοποιείται για εξέταση κρυσταλλικών δομών Βιολογικό ΝΜR χρησιμοποιείται για την εξέταση φαρμάκων και μεταβολιτών σε βιολογικά υγρά NMR-HPLC προσδιορίζει προσμείξεις ή μεταβολίτες φαρμάκων Εφαρμογή στην Μαγνητική Τομογραφία Συντονισμού για απεικόνιση μαλακών μορίων στους ιστούς 29

30 Μικρή ευαισθησία (ποσότητα>5mg 1 H, >20mg 13 C) Ακριβή οργανολογία Εξειδικευμένος χειρισμός 30