Praktikum Physikalische und Analytische Chemie

NMR-Versuch

Kontakt MartinGaugg HCID325,34158,martin.gaugg@org.chem.ethz.ch

PrinceTiwari HCID330,34145,prince.tiwari@org.chem.ethz.ch

Version17.April2018

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Aufgabe

ImerstenVersuchsteilwirdeigenhändigeineNMR-ProbeeinerbekanntenVerbindungvorbereitetundein1H-Spektrumgemessen.ImzweitenVersuchsteilerhältjedeGruppeeinebereitszubereiteteNMR-ProbeeinerunbekanntenorganischenVerbindung(inkl.derenSummenformel).DieKonzentrationderProbebeträgtzwischen50und100mM.Ein-(1Hund13C)undzweidimensionale(COSY,HSQCundHMBC)NMR-SpektrenderProbesollengemässuntenstehenderVorschriftaufgenommenwerden.DieerhaltenenSpektrensollenaufdemeigenenRechnerprozessiertundausgewertetwerden.DiedazunotwendigeSoftwarewirdzurVerfügunggestellt(PCundMac).ZielistdiemöglichstvollständigeStrukturbestimmungderVerbindung.ProGruppesolleinBerichtabgebenwerden.DieAnforderungenandenBerichtsindausführlichamEndederVersuchsanleitungbeschrieben.

Achtung!

DasindiesemVersuchverwendeteSpektrometerkostetmehrereHunderttausendFrankenundwirdvonallenForschungsgruppenimLOCgenutzt.DasLOCerwartetdarumäussersteSorgfaltimUmgangmitdemGerät.InsbesonderesollendieVorschriftenzudiesemVersuchgenaubefolgtwerden.Jacken,Taschenetc.dürfennichtmitindenRaumgenommenwerden.MöglicheDefekteamGerätoderVerschmutzungdurchzerbrocheneProbenetc.müssendemzuständigenAssistentensofortgemeldetwerden.

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Hintergrund

DerSpinisteineKomponentedesGesamtdrehimpulsesdessenUrsprungnurimRahmenderrelativistischenQuantenmechanikzuverstehenist.DerBetragdesSpinsS(inkgm2s-1)istdurchdiefolgendeGleichunggegeben:

wobeidieSpin-QuantenzahlIsowohlganz-alsauchhalbzahligeWerteannehmenkann.TeilchenmitI>0besitzeneinenintrinsischenmagnetischenDipol(µ),derdirektproportionalistzuihremSpindrehimpuls:

wobeigeinefürjedesIsotopcharakteristischeKonstanteist,dasgyromagnetischeVerhältnis(s-1T-1).

IneinemexternenMagnetfeld(B0)wirktnuneinDrehmomentTaufdenmagnetischenDipolµ,umihnnachB0auszurichten.EskommtzueinerPräzessionsvonµumdasMagnetfeldB0mitderKreisfrequenzω0,derLarmor-Frequenz.

Fig.1:PräzessiondesmagnetischenMomentsµumdasexterneFeldB0.FürKernemiteinempositivengyromagnetischenVerhältnisgerfolgtdieseBewegungimGegenuhrzeigersinn.

InAbwesenheiteinesäußerenMagnetfeldssinddieindividuellenmagnetischenMomentederKerneisotropverteilt.FüreinEnsemblevonSpinsineinemMagnetfeldhingegenwirdsicheineMagnetisierung𝑴 = ∑𝝁𝒊parallelzumexternenMagnetfeldeinstellen.WirdjetzteinRadiofrequenz-Pulsangelegt,dessenFrequenznahegenugbeiderLarmor-FrequenzdeszubetrachtendenKernsliegt,wirdderSummenvektorMvonderz-AchseausgelenktundbeginntmitderLarmor-Frequenzumsiezupräzessieren.DadurchwirdeineWechselspannunginderEmfängerspuleinduziert.UmeinSpektrumzuerhalten,wirddasresultierendeInterferogramm(FID,freeinductiondecay)Fourier-transformiert.ObwohldasgyromagnetischeVerhältnisfüralleProtonengleichist,zeigensiejenachchemischerUmgebungleichtverschiedeneResonanzfrequenzen.DerGrunddafürist,dassdieKernegegenüberB0vondensieumgebendenElektronenverschiedenstarkabgeschirmtwerden.

S = I(I +1)

µ = γS

ω 0 = −γ B0

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1H-Spektrum:ChemischeVerschiebung,KopplungskonstantenundMultiplizitätenvonProtonenkönnenherausgelesenwerden,soferndieSignalegutaufgelöstsind.13C-Spektrum:WirdtypischerweiseBreitband-entkoppeltaufgenommen,wodurchdieKopplungzudenProtonenwährendderAufnahmeunterdrücktwird.ZujedemKohlenstoffatomgibtessomiteinenPeakimSpektrum.(ACHTUNG:AusnahmesindKopplungenzuanderenKernenwie19Fund31P).

EinmodernesNMR-SpektrometererlaubtauchdieDurchführungvonkomplexerenzweidimensionalenExperimenten,wodurchzusätzlicheInformationenüberdasMolekülgewonnenwerdenkönnen.COSY(COrrelatedSpectroscopY):BeideFrequenzachsenentsprechendemgewöhnlichen1H-NMR-Spektrum.Ausserdiagonalelementezeigenan,welcheProtonenmiteinanderinSpin-SpinWechselwirkungstehen.HSQC(HeteronuclearSingleQuantumCoherencespectroscopy):ErlaubtdasAuffindendirektgebundenerC-H-Paare.Dieeine(horizontale)AchsedeszweidimensionalenSpektrumsentsprichtdem1H-NMR-,dieandere(vertikale)dem13C-NMR-Spektrum.DieSignaledesHSQC-SpektrumszeigendiechemischenVerschiebungendirektgebundenerAtompaarean.HMBC(HeteronuclearMultipleBondCorrelationspectroscopy):ZeigtKorrelationenzwischen1H-und13C-Kernen,dienichtdirektgebundensind.GleichzeitigwerdenKorrelationendirektgebundenerCH-Paareunterdrückt.DiedenKreuzpeaksentsprechendenCH-Paaresindzweioderdrei,seltenervierBindungenvoneinanderentfernt.DieKorrelationensindauchüberHeteroatomenhinwegsichtbar.DieIntensitäteinesHMBC-KreuzpeaksistabhängigvonderGrössederentsprechenden1H-13C-Kopplungskonstanten.

FüreineausführlichereErklärungwirdaufdasSkriptzurVorlesungAnalytischeChemieI&IINMR-Spektroskopieverwiesen.

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Probenpräparation

Zunächstsolleine50mMLösungeinerausgewähltenSubstanzindeuteriertemLösungsmittelhergestelltwerden.

• HierfürwirddiebenötigteMengeSubstanzeingewogenundineinemPillenglasin0.6mLdeuteriertemLösungsmittelgelöst.DasgewählteLösungsvolumenentsprichtimNMR-RöhrcheneinerFüllhöhevonetwasmehrals4.0cm.EineniedrigereFüllhöhe(wenigerLösungsmittel)würdedasShimmenerheblicherschweren.ZuhochgefüllteRöhrchen(mehrLösungsmittel)führenzuSensitivitätsverlust,weilTeilederLösungausserhalbderRF-SpulennichtmehrzumSignalbeitragen.Wichtig:DieSubstanzmusssichvollständigimgewähltenLösungsmittelauflösen!

• AnschliessendwirddieLösungübereinKimtech-Papiertuch(sieheAbbildung)ineinNMR-ProbenRöhrchenfiltriert.FeineFasernoderandereFeststoffediewährendderMessungdurchRotationdesProbenröhrchensaufgewirbeltwerden,störendieHomogenitätdesMagnetfelds.

• DaszurReferenzierungbenötigteTetramethylsilan(TMS)wirdmittelseinerHamiltonglasspritzezurProbezugegeben.Hierbeiwerden100µLTMSausderGasphase,direktüberderFlüssigkeitsoberflächeaufgezogen.

Nunsollein1H-NMRSpektrumwieimFolgendenbeschriebengemessenwerden.WeitersollenalleSignaledenentsprechendenProtonenimMolekülzugeordnetwerden.

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Einloggen und Spektrometer-Software starten

• AlsNMRPraktikumeinloggen(username:nmrprakt;pwd:nmrprakt1).• ÖffnenderSpektrometer-Software:DoppelklickaufTopspinIcon.

DerBildschirmsolltenunfolgendermassenaussehen:

Sample einsetzen

• AufKommandozeileejeingeben.• WartenbisLuftstromangeschaltetistundSpinnermitDummy-Röhrchenoben

amMagnetenerscheint(dasgehteinigeSekunden).• SpinnerentnehmenundDummy-RöhrchenmiteigenemRöhrchenersetzen

(Dummy-Röhrchensicheraufbewahren!).• HöhedesRöhrchensimSpinnermitGaugerichtigeinstellen(roterPfeilander

Wand).Achtung:DurchfalscheingestellteHöhekannderProbenkopfbeschädigtwerden!

• SpinnermitRöhrchenvorsichtigwiederaufLuftstromsetzen.• AufKommandozeileijeingeben.

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Datei für Spektren erzeugen

• DreimalaufkleinesHebelchenklickenundaufdasnunsichtbareIcon(angeschriebenmit1-50mMStrychnin...)doppelklicken.

AufdemBildschirmistnundas13C-SpektrumvonStrychninzusehen.DiesesdientalsVorlagefürunserersteseigenesSpektrum.

• TastenkombinationCtrl-Ndrücken(oderaufKommandozeileedceingeben).EserscheinteinDialog-Fenster.

• AufersterZeileNAMEersetzenmit<Gruppenname>-<Samplename>(alsoz.B.GruppeM10-Sample5).

• WählenSie„Usecurrentparameters“aus• UnterSOLVENTdasrichtigeauswählen,denInhaltdesFeldesTITLEanpassen:

<Gruppenname>-<Samplename>75MHz13CSpektrum

• AllesmitOKbestätigen.

Probe locken

AufKommandozeilelockeingeben.EserscheinteineAuswahlvonLösungsmitteln:DasrichtigeauswählenundmitOKbestätigen.AnzeigeaufLock-Displayverfolgen:NacherfolgreichenLockensollteimLock-DisplayeineverrauschteLiniezusehensein,diesichhin-undherbewegt.UnterderKommandozeileistamlinkenRanddieMeldung„lockn:finished“zulesen.

Tuning und Matching

DasTuningundMatchingistComputer-gesteuertundgeschiehtaufWunschautomatisch.DazuaufKommandozeileatmaeingeben.Dawirein13C-Experimentmit1H-Entkopplungaufgesetzthaben,geschiehtdasTuningundMatchingfürbeideKerne.DerVorgangistbeendet,wennunterderKommandozeiledieMeldung„jobsucceeded“angezeigtwird.

Spinning einschalten und Probe shimmen

• AufKommandozeilebsmsdispeingeben.EserscheintdasBSMS-Kontrollfenster:

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• UnterTabMainaufZeileSampleaufdenButtonSpinklicken.

NacheinerWeilesollteaufdemStatusbalkendasfolgendeIconzusehensein:

DieProberotiertnunmitkonstanterGeschwindigkeit(20Hz)umdieeigeneAchse.

• AufKommandozeiletopshimeingeben(dieserBefehlaktiviertdieGradientenshim-Routine:dieProbewirdnunautomatischgeshimt).

• NacherfolgreichemShimming(„jobsucceeded“)imBSMS-KontrollfensteraufZeileLockaufdenButtonGainklickenundmitdemMausraddenlockgaineinstellen:Diesichhin-undherbewegendeLiniesollaufdieobersteHilfsliniezuliegenkommen.

• BSMS-KontrollfensterschliessendurchKlickendeskleinenKreuzesamoberenrechtenRanddesFensters.PassenSieauf,dassSiedieSoftwarenichtversehentlichschliessen.WirbefindenunsjetztwiederimvorbereitetenFensterdes13C-Spektrums.BevorwirdiesesSpektrummessennehmenwireinProtonen-Spektrumauf.

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1H-Spektrum aufsetzen und messen

• TastenkombinationCtrl-Ndrücken.• UnterEXPNOdieZahl1eingeben,unterEXPERIMENTPROauswählenund

gebenSieeinenTitelfürdasExperimentein:<Gruppenname>-<Samplename>300MHz1HSpektrum

• BestätigenSiedieEingabenmitOK.DamithabenwirunterExperiment1denvorbereitetenParametersatzfürein1H-SpektrumübernommenundmüssennunnochdieaktuellenEinstellungenfürdieverschiedenenWerteeinlesen(powerlevelsetc.).

• DazuaufderKommandozeilegetprosoleingeben.(Achtung:DieserSchrittistwichtig.FalschepowerlevelskönnendasGerätschwerbeschädigen!)

• AnschliessendaufderKommandozeilergaeingeben.Derreceivergainwirdnunautomatischoptimiert.WartenbisdieserVorgangabgeschlossenist(Meldung„jobsucceeded“linksunterKommandozeile).DerbestimmteWertkanndurchEingabevonrgaufderKommandozeileabgelesenwerden.FürdieunbekannteSubstanznotierenwirdieseZahlfürspäter(sieheCOSY).

• AufderKommandozeileasedeingeben:DieWertefürdiewichtigstenParameterwerdenangezeigt.Wirsetzenns(dieAnzahlscans)auf16undlassendieübrigenParameterunverändert.(AlleParameterkönnenauchdurchEintippenihresNamensaufderKommandozeileangeschautwerden.)

• WirstartennundasExperiment:DazuaufderKommandozeilezgeingeben.

DerFortschrittdesExperimentskannaufdemStatusbalkenverfolgtwerden:

• DenFIDkönnenSieuntendenAcquReiteranschauen.• NachBeendigungdesExperimentsstartenwirdieFourier-Transformationder

DatenindemwiraufderKommandozeiledenBefehlfpeingeben.DerBefehlapkstartetdieautomatischePhasenkorrektur.

Überprüfen der Shims

• ZoomaufdieRegiondesSpektrumsum0ppmdurchüberstreichenderRegionbeigedrückterlinkerMaustaste.DasTMS-Signalsolltedeutlichzusehensein.WeiterhineinzoomenbisdasSignalisoliertdargestelltist.

• dpl (nichtdp1)speichertdiedargestellteRegion • mit hwcalbestimmenwirdieLinienbreitedeshöchstenPeaksinderzuvor

mitdplabgespeichertenRegion(dieLinienbreitedesTMS-Signals).

DerShimistakzeptabel,wenndieLinienbreitedesTMS-Signalsca.0.5HzbeträgtunddieSiliziumsatellitengutsichtbarsind.

• AbspeichernderShimwerte:wsh <Gruppe>-<Sample>-<Wochentag>(Beispiel:«wsh Gruppe22-Sample4-Mo»).DieseWertekönnenspäterjederzeitwiedereingelesenwerdenmitrsh(Beispiel:«rsh Gruppe22-Sample4-Mo»)

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Sample aus dem Magneten nehmen (lassen Sie diesen Schritt für die unbekannte Substanz aus!)

• Rotationausschalten:AufKommandozeilerooffeingeben.• Lockausschalten:AufKommandozeilelockoffeingeben.• AufKommandozeileejeingeben.• WartenbisLuftstromangeschaltetistundSpinnermitSampleobenam

Magnetenerscheint• SpinnerentnehmenunddurchneuesRöhrchenmitunbekannterSubstanz

ersetzen.• AufKommandozeileijeingeben.

Nun nochmals zurück zu Abschnitt „Sample einsetzen“ (Seite 6) und den Arbeitsanweisungen weiter folgen.

13C-Spektrum aufnehmen

• ZumvorbereitetenExperimentwechseln:re2oderDoppelklickaufExperiment.• AuchhieraktuelleWertefürdieParametereinlesen:getprosol.• DietotaleMesszeitfürdasExperimentmitexptabfragen.DieMesszeitsollte

etwa20–30Minutenbetragen.nsgegebenenfallsanpassen(z.B.:512Scans).• Experimentstarten:zg.(derreceivergainmussfür13C-Spektrennormalerweise

nichtangepasstwerden)• UnterdemTabAcqukanndasakkumulierteSignalinEchtzeitangeschaut

werden.WollenwirdasSignaljetztschonFourier-transformieren,gebenwiraufderKommandozeiletrein.DadurchbewegenwirdieDatenindenArbeitsspeicher.DerBefehlefpaufderKommandozeilestartetdieFourier-Transformation.Phasenkorrekturmitapk.

• WartenbisdasExperimentbeendetist.

FürdierestlichenExperimenteschaltenwirdassamplespinningab.DazutippenwiraufderKommandozeilero offein.

DasSample-Iconsolltejetztwiedersoaussehen:

Feststellen des spektralen Bereichs für 2D Experimente

UmeffizientzuMessen(höhereAuflösungbzwS/NbeiminimalerMesszeit)passenwirdenabzudeckendenBereichinden2DExperimentensoan,dassernurdenBereichindemwirSignaleerwartenabdeckt.Diesenbestimmenwirausdenzuvorgemessenen1DSpektren(für1Hab-0.5ppmbis0.5ppmüberdemhöchstenSignalundfür13Cab-20ppmbis20ppmüberdemhöchstenSignal).ImExperimentwirddiesüberdieParameterSW(spektraleBreite)undO1P(MittelpunktderabzudeckendenRegion)festgelegt.Dieseergebensichdurch:

𝑂1𝑃 =𝛿*+, − 𝛿*./

2 +𝛿*./

𝑆𝑊 = 𝛿*+, − 𝛿*./

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Beispielspektrum:

AlleSignaleliegenhierineinemBereichzwischen–0.5und8.5ppm.IdealerweisesetzenwirdenTransmitterindieMittediesesBereichs:O1P 4(DerWerteinesParameterswirdneugesetztdurchEingabeseinesNamensaufderKommandozeilegefolgtvomneuenWert).DiespektraleBreiteistindiesemBeispielca.9.00ppm.DieserParameteristineinemhomonuklearen2D-ExperimentüblicherweisegleichfürbeideDimensionenmussabereinzelnangepasstwerden:2SWheisstderParameterfürdiedirekteDimensionund1SWfürdieindirekteDimension.(1SWistkeineZuweisungsonderneinParameter-Name!).DurchTippenvonSW aufderKommandozeilekönnenwirbequembeideanpassen.

WichtigeParameterfür2-DExperiment(Übersicht):

TD:SummederaufgenommenenDatenpunkte(imaginärundreell)inderdirektenDimension(2TD),bzw.zweimaldieAnzahlderInkrementeinderindirektenDimension(1TD).TDbestimmtzusammenmitSWdieAquisitionszeitAQnachderBeziehung:

(0)

1/AQwiederumentsprichtderdigitalenAuflösungdesSpektrums(AbstandzwischenzweiPunkteninHz).Zwischen0.25und0.5sfürAQsindhierausreichend(undentsprecheneinerdigitalenAuflösungvon2–4Hz).BeisehrkleinerspektralerBreiteSWkanndarumauchTD(undsomitdieMengederzuspeicherndenDaten)reduziertwerden.NormalerweiseliegtTDzwischen1kund2k(1ksind1024Datenpunkte).

AnalogzurdirektenDimensionbestimmtTDauchinderindirektenDimensiondieAuflösung.DafürgrosseWertevon1TDdietotaleAufnahmezeitsehrlangwird,musshiereinKompromissgefundenwerden.Meistreichen128bis256InkrementefüreinbefriedigendesErgebnis:Dasentsprichteinem1TDvon256bzw.512.

NS:AnzahlscansproInkrement.GeeigneteWertehängenimWesentlichenvonderProbenkonzentrationab.Pulsprogrammefür2-DExperimenteverlangenhäufigeinePotenzvon2fürNS(i.e2,4,16,...).Wichtig:Signal/Rauschen(S/N)istproportionalzu√NS.EineVerdoppelungvonNSführtalsonurzueinemAnstiegvonS/NumeinenFaktor1.4.

DS:AnzahldummyscansvordemerstenInkrement.DasausdiesenscansresultierendeSignalwirdnichtgespeichert.DiedummyscansdienenderEquilibrierungdesSpektrometers.DS=2*NSistmeistvernünftig.

D1:Relaxationszeitzwischenzweiscans.D1bestimmtwesentlichdietotaleAufnahmezeitfüreinExperiment.DerWertsolltealsonichtzulangsein.ZukurzeWertefürD1führenallerdingszuspektralenArtefakten.EineZeitzwischen1und2sisteinguterAnfangswert.

DurchEingabevonexptkanndieGesamtmesszeitabgefragtwerden.DieGesamtmesszeitwirdhauptsächlichdurchdiegewähltenWertevonNS,1TDundD1bestimmt.

AQ =

TD2SW

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HSQC-Spektrum

ImnächstenSchrittsetzenwireinHSQCExperimentauf.

AusgehendvonExperiment1Ctrl-Ndrücken.AlsEXPNO11eingeben.UnterEXPERIMENTHSQCauswählen.TitelfürdasExperimenteingebenundmitOKbestätigen.DereingeleseneParametersatzentsprichteinemMultiplizitäts-editiertemHSQC-Spektrummitsensitivityenhancement.

• getprosol • WählenSieReiter„AcquPars“ausundpassendieParameterO1P,O2P,1SWund

2SWan.• GeeigneteWertefürNSsind2oder4;für2TD2048(2k);für1TD256oder512

Achtung:DawirwährendderAquisitionszeitaufdem13C-Kanalentkoppeln,sollteAQ0.4snichtübersteigen,damitdieBelastungfürVerstärker,ProbenkopfundProbenichtzuhochwird:TDalsogegebenenfallsverkleinern,sodassAQ<0.4s(giltfür300MHzSpektrometer).

• rga (rgimLaborjournalnotieren) • zg • 2D-Spektrenkönnenjederzeitmitxfbprozessiertwerden(keintrnotwendig).• DerBefehlapk2dstartetdieautomatischePhasenkorrektur.

NunprojizierenwirnochdiezuvorgemessenenSpektrenaufdieAchsenmittelsrechts-KlickaufdieTracesund„Externalprojection“(ebenfallsspäterimCOSYundHMBC).

COSY Spektrum

AusgehendvonExperiment1wirdnuneinCOSY-Spektrumaufgesetzt.

• Ctrl-N.AlsEXPNO10eingeben.UnterEXPERIMENTCOSYauswählen.TitelfürdasExperimenteingebenundmitOKbestätigen.

• getprosol • WählenSieReiter„AcquPars“ausundpassenauchhierdieParameterO1P,O2P,

1SWund2SWan.• GeeigneteWertefürNSsind2oder4;für2TD2048(2k);für1TD256oder512

DieAquisitionszeitkanndurchEingabevonAQ aufderKommandozeileüberprüftwerden.DieserWertsollnichtüber0.5sliegen,ansonstenmuss2TDoderSWentsprechendverändertwerden.

• rgvonExperiment1übernehmen.• zg • WartenbisdasExperimentbeendetist.

DasaufgenommeneCOSYistnichtphasensensitiv.EsistalsokeinePhasenkorrekturnotwendig.

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HMBC-Spektrum

• AusgehendvonExperiment11Ctrl-Ndrücken.AlsEXPNO12eingeben.UnterEXPERIMENTHMBCauswählen.TitelfürdasExperimenteingebenundmitOKbestätigen.

• getprosol • WählenSieReiter„AcquPars“aus.GeeigneteWertefürNSsind8oder16;für2

TD2048(2k);für1TD512• SpektralenBereich(2SW,1SW,O1P,O2P)inbeidenDimensionen

entsprechendden1Hund13C-Spektrenanpassen(imUnterschiedzumHSQCerwartenwirauchKorrelationenzuquaternärenKohlenstoffatomenwiez.B.Carbonylen!).

2TDisthiernichtmehrkritisch,weilwirwährendderAufnahmenichtEntkoppeln.Mehrals0.5sfürAQsindabernichtsinnvoll.AlsoTDeventuellerniedrigen.

• rga (rgimLaborjournalnotieren) • zg • WartenbisdasExperimentbeendetist.

Sample aus dem Magneten nehmen

• Lockausschalten:lock off• AufKommandozeileejeingeben.• WartenbisLuftstromangeschaltetistundSpinnermitSampleobenam

Magnetenerscheint• SpinnerentnehmenundeigenesRöhrchenmitDummy-Röhrchenersetzen.• HöhedesDummy-RöhrchensimSpinnermitGaugerichtigeinstellen.(Achtung:

DurchfalscheingestellteHöhekannderProbenkopfbeschädigtwerden!)• SpinnermitDummy-RöhrchenvorsichtigwiederaufLuftstromsetzen.• AufKommandozeileijeingeben.

Transfer der Daten

DieDatenwerdenvondemAssistentenaufeinenUSB-Stickkopiertundviacifexzugeschickt.

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Prozessieren und Auswerten der Spektren in MestreNova

Installation LadensiedieneuesteMestreNovaVersionvonhttp://mestrelab.com/download/mnova/herunterundinstallierensie.DasbeiderInstallationbenötigteLicensefilekannüberdenETHITShop(https://idesnx.ethz.ch)bezogenwerden.

InstallierenSiedieSoftware,gebenSiedenOrtdesLizenzfilesanundschliessenSiedieLizenzierungab.DieSoftwaremussjetztneugestartetwerdenundistdanachbetriebsbereit.

Öffnen eines Spektrums WenndieobigeVorschriftbefolgtwordenist,solltenallezueinemSamplegehörigenSpektrenineinemOrdnermitNamen<Gruppenname>-<Samplename>gespeichertsein.IndennurmitZahlenbezeichnetenUnterordnernbefindensichdieeinzelnenSpektren.Soentsprichtz.B.derOrdner1dem1H-SpektrumundderOrdner11demHSQC-Spektrum.DieeigentlichenDatenbefindensichindiesenUnterordnernindenmitfid(für1D-Experimente)oderser(für2D-Experimente)bezeichnetenDateien.NachdemStartvonMestreNovamüssenjetztdiefidoderserDateiennurnochaufdieArbeitsflächedesProgrammsgezogenwerdenundwerdensoautomatischprozessiertunddargestellt.DieSpektrenoderAusschnitteausdenSpektrenkönnennachdemBearbeitendirektgedrucktoderalsPDF,JPEG,etc.fürdieweitereVerwendungimBerichtabgespeichertwerden.VordemBeendendesProgrammsnichtvergessendieSpektrenauchimMnova-Formatabzuspeichern(Disketten-Symbol),damitdiePhasenkorrekturen,Beschriftungenetc.erhaltenbleiben!

Erste Schritte in MestreNova NachdemÖffneneines1H-,13C-undeinesHSQC-SpektrumssiehtderBildschirmsoaus(Mac-Version):

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InderfolgendenAnleitungwirdsehrhäufigGebrauchvonTastenkürzeln(Shortcuts)gemacht.ñ+Pbedeutetdabeiz.B.dasgleichzeitigeDrückenderShiftundderP-Taste.EinbestimmterModus(z.B.fürdieIntegration)kanndurchdrückenvonEscwiederverlassenwerden.

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Phasenkorrektur AlsErstesstellenwirdiePhaseim1H-Spektrumrichtigein.Dazubenutzenwirñ+P.

WirplatzierendievioletteLinie(durchVerschiebendesPositionCursersimPhaseCorrectionFenster)aufeinemgutsepariertenSignalameinenRanddesspektralenBereichsundkorrigierenPH0fürdiesesSignaldurchAuf-oderAbwärtsbewegungderMausbeigedrückterlinkerTaste(InstruktionenimPhaseCorrectionFensterbeachten):

AllfälligePhasenverzerrungenamanderenEndedesspektralenBereichs(hiergutzusehenfürdasTMS-Signal)werdenmitPH1korrigiert(analogzuPH0abermitrechterMaustaste).DasErgebnissiehtjetztsoaus:

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DurchSchliessendesPhaseCorrectionFenstersistderVorgangabgeschlossen.

Referenzierung AlsnächstesmüssenwirdasSpektrumrichtigreferenzieren.ImvorliegendenFallsetzenwirdafürdasTMS-Signalauf0ppm.DazuzoomenwiraufdenBereichum0ppm(Zoomen:Z.DergezoomteBereichkannverschobenwerdenmitPundanschliessenderMausbewegung.Auszoomenmitñ+Z.GanzesSpektrummitF)undbenutzenL.Beigedrückterñ-TasteaberohnedieMaustastezudrückenverschiebenwirdasFadenkreuzaufdasMaximumdesTMS-Signals.

EinanschliessenderLinksklicköffnetdasReferenzierungsfenster.DortsetzenwirbeiAutoTuningeinHäckchenundgeben0.0ppmalsneueVerschiebungdesTMS-Signalsein.BestätigenmitOK.

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Fürdas13C-Spektrumanalogwiefürdas1H-Spektrumvorgehen.Wichtigist,dassdie1DSpektrenkorrektreferenziertwurdenbevormanmitderReferenzierungder2DSpektrenfortfährt.

Traces in 2D-Spektren ObenundlinksvomHSQC-SpektrumsindsogenannteTracesabgebildet.EshandeltsichimMomentnochumProjektioneninRichtungf1bzw.f2.(FallsdieTracesnichtabgebildetsindkönnensieübereinenRechtsklickaufdasSpektrumundanschliessenderAuswahlvonShowTraces,angezeigtwerden.)Nützlicheristes,dieentsprechenden1H-und13C-SpektrenalsTraceszuverwenden.DazuziehenwireinfachmitderMausdieentsprechendenSpektrenandenoberenbzw.linkenRanddesHSQC-Spektrums.

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Phasenkorrektur im HSQC-Spektrum Shortcut:ñ+P.WirkorrigierenzuerstdiePhaseinderdirektenDimension(f2):Feldf2auswählen,fallsesnochnichtaktivist,unddievertikalevioletteLinieaufeingutsepariertesSignalameinenRanddesspektralenBereichsbewegen.DiePhasekannjetztwieobenfürdas1H-Spektrumbeschriebenkorrigiertwerden.FüreinePhasenkorrekturinderindirektenDimensionFeldf1auswählenundanalogvorgehen.

DasErgebnissiehtdanachsoaus:

Referenzierung des HSQC-Spektrums RundbeigedrückterShift-TasteFadenkreuzaufdasZentrumeinesgutsepariertenSignalsbewegen.Links-Klick.

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DasnunerscheinendezweiteFadenkreuz(imfolgendenBildrotdargestellt)mitderMausaufdiegewünschtePositionimVerhältniszudenTracesbewegen.AnschliessendLinks-Klick.

FürdasCOSYunddasHMBCSpektrumanalogwiefürdasHSQCSpektrumvorgehen.COSYundHMBCsindnichtPhasensensitiv,deshalbistkeinePhasenkorrekturnotwendig.Um2DSpektrenschöndarzustellenistderContourPlotdemBitmapPlotvorzuziehen.DazuRechtsklickaufdasSpektrumundanschliessend2DPlotMethodgefolgtvonContourPlotauswählen.

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Integrale im 1H-Spektrum: Zum1H-SpektrumwechselndurchAuswahlderentsprechendenSeiteimlinkenBereichdesDisplays.Integralkurvendarstellen(nurbeimerstenMalnötig):IndasSpektrumklickenundanschliessenddurchRechtsklickdasPropertiesMenuaufrufen.UnterIntegralsbeiCurveeinHäckchensetzen,aufdenButtonSetasDefaultklickenundmitOKbestätigen.

Integrieren:ShortcutI.DanachgewünschteRegionenbeigedrückterlinkerTastemitderMausüberstreichen.

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Peak-Picking ShortcutK.beigedrückterMaustastegewünschtenBereichüberstreichenundmitderhorizontalenLiniedieuntereSchwellefürdasPickingdefinieren(Peaks,diekleinersindalsdieseSchwelle,werdenignoriert).

Messen von Peakabständen ShortcutC.VertikaleLiniedesFadenkreuzesaufeinemPeakmaximumplatzieren,beigedrückterMaustastezueinemanderenPeakmaximumfahren.DerentsprechendeAbstandwirdineinemFensterangezeigt:

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Verwendete Shortcuts

Bewegung

Z Einzoomen

ñ+Z Auszoomen

P Zoombereichverschieben(panning)

F GanzesSpektrumanzeigen

Sonstige

ñ+P Phasenkorrektur

L Referenzieren1D

R Referenzieren2D

I Integration

P PeakPicking

C Fadenkreuz(crosshair)

Esc VerlasseneinesModus

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Bericht zum NMR Versuch

Generelles Eswirdeinkurzer,präzisegeschriebenerBerichterwartet.Englischwirdbevorzugt,aberDeutschistaucherlaubt.DamitgenügendPlatzfürKorrekturenbleibt,sollteeinZeilenabstandvon1.5verwendetwerden.InhaltdesBerichtsistnurderzweiteVersuchsteil,d.h.dieStrukturaufklärungderunbekanntenSubstanz.AusschlaggebendfürdieBewertungderBerichteistdieausreichendeBeschreibungderResultatesowiederenDiskussion.DiekorrekteIdentifizierungderSubstanzistkeineVoraussetzungfürdieAnnahmedesBerichts.

Aufbau DerBerichtsollteinfolgendeTeilegegliedertsein:

Titelblatt:

•PraktikumPhysikalischeundAnalytischeChemie/NMRSpektroskopie•Assistent:PrinceTiwarioderMartinGaugg

•GruppenNr.

•Namen(alphabetisch)undE-Mail-AdressenallerPersonen•VersionNr.,Ort,Datum

AEinleitung:

Aufgabenstellung,kurzeBeschreibungderdurchgeführtenExperimenteundverwendeteMessinstrumenteundSoftware.

BErgebnisseundDiskussion:Abbildungder1H-,13C-undHSQC-Spektren,sodassalleSignalegutsichtbarsind(fallsnötig,bestimmteAusschnittealsVergrösserungenseparatdarstellen).Im13CSpektrumsindallePeaksvontiefemnachhohemFelddurchzunummerieren.DieseNummernsollenauchzurBeschriftungdes1H-unddesHSQC-Spektrumsverwendetwerden.WeitereineTabelle(sieheBeispiel–Tabelle)mitden1Hund13CchemischenVerschiebungen,wennmöglichinklusivederMultiplizitätenundentsprechendenKopplungskonstantender1HSignale.Tabelle11H-und13C-NMRchemischeVerschiebungenundKopplungskonstanteninCDCl3

Nummer δC, typ δH, mult. (J in Hz)1 146.3,CH 5.99,dd(17.4,10.7)2a 110.8,CH2 5.20,dd(17.4,1.2)2b 4.98,dd(10.7,1.2)3 71.08,C 3-OH 2.17,s4 29.4,2CH3 1.31,s

Version17.April2018

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DiskussionderVorgehensweisezurStrukturaufklärungderunbekanntenSubstanz.DieArgumentesollendabeidurchAusschnittedergemessenenSpektrenunddiedarinenthaltenenKorrelationen(sieheHMBCundCOSY)unterstütztwerden.

AmEndesolleinStrukturvorschlagfürdiegemesseneSubstanzmitentsprechenderNummerierungderKohlenstoffatomegemachtwerden(sieheunten).

CLiteratur:AngabederverwendetenoderzitiertenLiteratur:ReferenzeninderReihenfolgeauflisten,inwelcherdieseimTextzitiertwerden.DieNamenallerAutorenderzitiertenPublikationsollenaufgeführtwerden.DieNamenderZeitschriftenunddieNummernderBändewerdenkursivgeschrieben.BeispielevonReferenzenzuArtikelninZeitschriften[1],Buchkapiteln[2],Büchern[3],Patenten[4],Computerprogrammen[5]undDissertationen[6].

[1] G.R.Fulmer,A.J.M.Miller,N.H.Sherden,H.E.Gottlieb,A.Nudelman,B.M.Stoltz,J.

E.Bercaw,K.I.GoldbergOrganometallics2010,29,2176.[2] H.A.Krässig,in'CelluloseStructure,AccessibilityandReactivity',Ed.M.B.Huglin,

GordonandBreachSciencePublishers,Yverdon,1992,Vol.11,p.6[3] J.D.Dunitz,'X-RayAnalysisandtheStructureofOrganicMolecules',Verlag

HelveticaChimicaActa,Basel,andVHC,Weinheim,1995.

[4] T.Kamata,N.Wasada,Jap.Pat.2-204469,1990,p.381-384.[5] G.M.Sheldrick,SHELXL97,ProgramfortheRefinementofCrystalStructures,

UniversityofGöttingen,Germany,1997.

[6] B.R.Peterson,Ph.D.Thesis,UniversityofCaliforniaatLosAngeles,1994.

DAnhang:ListederverwendetenAbkürzungen.FallsgefundenexperimentellesReferenzspektrumausderLiteratur(keinesimuliertenSpektren!).

Kontakt MartinGaugg HCID325,34158,martin.gaugg@org.chem.ethz.ch

PrinceTiwari HCID325,34834,prince.tiwari@org.chem.ethz.ch

OH12 3

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Abbildung1StrukturvorschlagdesuntersuchtenMoleküls