MTA -ELTE FEÉRJEMODELLEZŐ KUTATÓCSOPORT - ÁLTALÁNOS ÉS SZERVETLEN KÉMIAI TANSZÉK EÖTVÖS LORÁND TUDOMÁNYEGYETEM Sohár Pál Varázslat, amitől láthatóvá válnak és életre kelnek a molekulák: Az NMR spektroszkópia Alkímia ma Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával Budapest, 2007. október 18. 1
Orvostudomány 1970 Fizika 1930 Kémia 1950 NMR 1924 Az NMR-univerzum távolabbi bolygói: Biológia 1960 geológia (a föld mágneses tere) archeológia (kormeghatározás) anyagtudomány (elemi összetétel) 2
A mindent elindító ötlet 1924 W. PAULI Atomi elektronspektrumok hiperfinom szerkezete: atommagoknak mágneses momentuma van 3
Előzmények és következtetések: 1921 1925 1927 COMPTON: elektronoknak impulzusés mágneses momentuma van STERN & GERLAC: az elektronok impulzus-momentuma kvantált GOUDSMIT & ULENBECK: DENISSON az elektron saját tengelye körül forog: spin az atommagok mágneses momentuma kvantált 4
NMR az elméleti fizika vonzáskörében B 0 E n 0 = gb 0 m (m x ) max = ghi ν [z] 1930-as évek GORTER Sikertelen rezonancia-kísérletek ( 7 Li) 1939 RABI különböző atommagok impulzus- és mágneses momentumának meghatározása atomsugarakon végzett vizsgálatokkal ν 0 5
A mágneses tér hatása az atommagok mágneses momentumára: Precesszió 6
Új tudomány születik: van NMR-jel! 1944 1945 Zovoiszkij: az első ESR-spektrum BLOC, ANSEN, PACKARD (Stanford) A vízmolekula -NMR jelének kimutatása PURCELL, TORREY, POUND (arvard) A paraffin -NMR jelének megfigyelése 1952 BLOC, PURCELL Nobel-díj 7
A kémia felfedezi a maga számára az NMR-t Kémiai eltolódás: a rezonancia-frekvencia függ a kémiai környezettől 1949 KNIGT (fémekben) 1950 N + 4 NO 3 PROCTOR és YU ( 14 N) DICKINSON ( 19 F) LINDSTRÖM és TOMAS ( 1 ) 1951 ARNOLD, DARMATTI és O C 2 C 3 PACKARD (C 3 C 2 O) 8
A kémiai környezet (az elektronok) hatása az izolált atommagra: a kémiai eltolódás értelmezése 9
Anizotrop szomszédcsoport effektus: A kémiai eltolódás alkalmazása a szerkezetfelderítésben 10
Spin-spin csatolás C 3 C 2 Cl 11
1950 PROCTOR és YU: Spin-spin csatolás 121 Sb-rezonancia (NaSbF 6 ) 1:6:15:20:15:6:1 szeptett A X J(AX) [z] 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 3 3 3 1 3 3 1 1 3 3 3 1 4 6 4 1 1 4 6 4 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 Multiplicitás: (n + 1) 12
Spin-spin csatolás: a molekulák térszerkezetéről nyerhető információk leggazdagabb forrása Az NMR a sztereokémiai kutatások fő eszköze 1951 AN, GUTOWSKY és munkatársaik: az egymáshoz közeli spinek érzik a szomszédok kvantumállapotát 13
A spin-spin csatolás felhasználása a szerkezet-felderítésben 14
Kettősrezonancia: az NMR-alapmérést kiegészítő módszer Lecsatolás: a spinek kölcsönhatása okozta multiplicitás több gerjesztő teret alkalmazva megszüntethető J(,) J(,) Br S CO 15
PFT-NMR: 13 C-NMR SPEKTROSZKÓPIA 16
Spin-koreográfia spin-együttes vezénylése 17
Spin-rács relaxáció (T 1 ) 3 C 2 C 2 C 2.2 3.1 1.6 1.1 0.8 C 2 C 2 ( 2 C) n n = 0 T 1 2 C 2 C 0.7 0.8 0.7 C 2 C 2 2 C 0.6 O X 18
19
MRI: az NMR orvosi alkalmazása 20
MRI: az NMR orvosi alkalmazása 21
RikenNMR-laborokYokahama-ban 22
Az NMR spektroszkópia Nobel-díjasai, s a Nobel-díjasok, akiknek az elismerés alapjául szolgáló eredményeihez saját megítélésük szerint jelentősen járult hozzá az NMR-módszerek alkalmazása Kémia Fizika Biológia és orvostudomány R. S. Mulliken, 1966 F. Bloch, E. M. Purcell, 1952 R. Guilleuin, 1977 E. O. Fischer, G. Wilkinson, 1973 P. W. Anderson, N. F. Mott, J.. Van Vleck, 1977. Taube, 1983 G. Binnig, E. Ruska,. Rohrer, 1986 R. B. Merrifield, 1984 J. G. Bednorz, K. A. Müller, 1987 D. J. Cram, J-M. Lehn, C. J. Pedersen, 1987 J. Deisenhofer, R. uber,. Michel, 1988. G. Dehmelt, W. Paul, N. F. Ramsey, 1989 D. D. Osheroff, R. C. Richardson, 1996 R. R. Ernst, 1991 D. M. Lee, 1996 Oláh Gy., 1994 C. Cohen-Tannoudji, 1997 W. Kohn, J. Pople, 1998. Takayanagi, 2001 R. Noyori, 2001 K. Wütrich, 2002 ausfield, 1979 P. C. Lauterbur, P. Mansfield, 2003 23
Spektrumok értelmezése: Rejtvényfejtés Ingres Odipus (Louvre) 24