Химия для чего нужны муфты: Для чего нужны муфты химия

Содержание

Соединительные элементы как оборудование для химической лаборатории

Для того чтобы собрать химический прибор или установку, только химической Соединительные элементыпосудой и приборами не обойтись. Сосуды должны соединяться друг с другом разными способами, под разными углами. Для этого существует большое количество соединительных элементов. Условно их можно разделить на следующие группы:
— соединительные трубки;
— переходы и насадки;
— изгибы;
— керны и муфты;
— алонжи
— пробки со сквозными каналами для закрепления воронок, соединительных трубок и других элементов без шлифов.

Соединительные трубки

Соединительная трубкаСоединительные трубки выпускаются из стекла или мягких материалов: резины, силикона. Трубки выпускают разного диаметра, стеклянные могут быть прямыми или изогнутыми (Т-, U-, Г-образной формы), с отводами и без отводов.

Резиновые трубки дешевле и доступнее, но они подходят для работы не со всеми веществами; они стареют от взаимодействия с органическими растворителями и маслами, от воздействия ультрафиолета. Силиконовые трубки универсальнее, не боятся агрессивных веществ, растворителей, солнечного света, но стоят обычно дороже.

Стеклянные трубки часто снабжают утолщениями («оливами») на конце для надежного соединения с гибким шлангом (трубкой). Для перехода от соединительной трубки одного диаметра к соединительной трубке другого диаметра выпускается особая прямая трубка типа ТС-П с несколькими утолщениями разного диаметра по всей длине.

Другие соединительные элементы

В соответствии с требованиями российского ГОСТа соединительные элементы для химических установок изготавливают из качественного закаленного стекла толщиной не менее 1 мм. Если нижняя часть элемента не снабжена шлифом, то она должна быть оплавлена и обрезана под углом не более 60 градусов к центральной оси.

С помощью разнообразных соединительных элементов можно существенно расширить функционал имеющихся в лаборатории сосудов и приспособлений. Так, переходы нужны для того, чтобы соединять сосуды и приборы с пришлифованными горловинами разных диаметров. При монтировании установки и сборке пришлифованных соединений с использованием герметизирующей смазки следует помнить, что при вертикальном положении вверху должен располагаться элемент с муфтой, а внизу — с керном. При таком положении смазка не сможет попасть в реакционный сосуд.

Переходы

Переходы бывают не только прямыми, но и с изгибом, с отводом (для работы под вакуумом), с двумя или тремя горловинами, переходящими в одну. С помощью переходов и насадок можно обойтись без специализированных химических колб, предназначенных для перегонки и органического синтеза, позволяющих подключать к реакционному сосуду дополнительные приспособления.  

Изгибы

Изгибы представляют собой соединительные элементы для изменения направления.  Они помогают делать химические установки компактными, распределяя сосуды и приборы в пространстве нужным образом. Изгибы выпускаются типа керн-керн, керн-муфта, с разными углами изгиба.
К соединительным элементам «муфта/керн» ГОСТ относит элементы, на одном конце которого расположена муфта или керн, а на другом — олива под соединительный шланг. Эти элементы могут быть разного диаметра, прямыми или изогнутыми, с отводом или без.

Алонжи

Алонж — специальный конструкционный элемент для соединения холодильника с сосудом-приемником в установках дистилляции и органического синтеза. Верхняя часть алонжа — взаимозаменяемый конус «муфта» для герметичного соединения с холодильником. Нижняя часть для отвода конденсата может быть пришлифованной или без шлифа, она опускается в сосуд-приемник. Для перегонки под вакуумом алонж снабжается отводом для соединения с водоструйным насосом или линией вакуума. Алонжи выпускаются прямыми, изогнутыми, с отводами и без, разного диаметра.

Предлагаем выбрать соединительные элементы из широкого ассортимента нашего магазина. У нас можно купить силиконовые трубки и резиновые трубки по хорошим ценам; предлагаются различные соединительные элементы: алонжи, стеклянные трубки, изгибы и переходы, пробки с каналами и без. Естественно, в продаже широкий выбор химической посуды и другого лабораторного стекла.

Для чего нужны кабельные муфты


Длина кабельной коммуникации может составлять десятки километров, тогда как монтажная длина куска кабеля обычно ограничивается размером перевозимой катушки. По этой причине зачастую протяженную кабельную коммуникацию приходится делать составной — из соединенных последовательно фрагментов максимально доступной длины, и уже полученную конструкцию подключать куда нужно.


234.jpg


Для решения описанной задачи применяют соединительные переходные муфты и концевые муфты. Соединительные переходные муфты позволяют сопрягать кабели разных типов и служат для объединения кусков кабелей в один цельный. С тем чтобы уложить полученный кабель в траншею и закопать его. Концевые муфты нужны для присоединения концов кабелей к щитам или другому оборудованию.


456.jpg


Требования ко всем характеристикам и параметрам соединительной муфты для силовых кабелей достаточно строги. Муфта обязана обеспечить минимальные потери электричества при прохождении тока через место соединения. Поэтому крайне важно, чтобы площадь контакта на переходах жила-муфта и муфта-жила была бы чуть больше сечения жилы.


Усилие при обжиме муфты должно обеспечить очень плотный контакт и максимальную проводимость готового соединения. Вот почему для крепления любых муфт (соединительных и концевых) используются специальные гильзы с крепежными деталями и обжимом.


Изоляция муфты и соединения в целом должна с запасом выдержать межфазное напряжение, быть механически прочной и влагостойкой с учетом постоянного нахождения кабеля в грунте.


Выбирая соединительную муфту для кабеля, необходимо руководствоваться следующими его параметрами: количество проводов в кабеле, площадь сечения жил, материал жил, максимальное напряжение, вид межфазной изоляции и защитной оболочки кабеля. В зависимости от максимального напряжения коммуникации, соединительные элементы подразделяются на применяемые для высоковольтных сетей и для сетей с напряжением менее 1000 вольт.


Обычно максимальное количество проводов, которые соединяются при помощи одной муфты — до четырех, но существуют также ситуации, хотя и редкие, когда проводников на одну муфту приходится более четырех.


При монтаже муфты сначала концы кабеля разрезают и снимают с них изоляцию, после чего подготавливают поверхности проводников: срезают изоляцию на длину половины муфты. После этого вставляют по два конца соединяемых проводов с двух сторон в соответствующие соединительные элементы муфты и крепко фиксируют все при помощи крепежных деталей. Аналогичным образом фиксируют клеммы.

Поделиться записью

основные характеристики, обзор муфт с резиновыми, металлическими элементами, ООО «Кант»

Упругие муфты

Упругие компенсирующие муфты — это устройства для соединения валов и передачи вращающего момента. В зависимости от особенностей конструкции и материалов изготовления, изделия подразделяются на жесткие, упруго‑демпфирующие и упругие муфты. Каждый вид отличается способностью компенсировать смещение осей: например, жесткая используется для постоянного сцепления валов, тогда как крутильно-упругая муфта допускает относительный поворот валов (в пределах 1–15 мм) и дополнительно гасит толчки и вибрации за счет наличия эластичных элементов или пружин.

В этой статье освещено назначение данных агрегатов, их основные характеристики, преимущества и разновидности:

Что такое упругая муфта?

Упругая муфта — это устройство для снижения динамических нагрузок и снижения резонансных колебаний в номинально соосных валах. Для передачи крутящего момента с одной полумуфты на другую используется специальная деталь, выполненная из полимера (например, эластичный пальцевый стержень) или стали. При вращении вала полимерный элемент или стальная пружина поглощает и частично рассеивает динамическую нагрузку, но продолжает выполнять свою задачу, за счет чего и происходит частичная компенсация смещения валов, а также гашение ударов.

Применение оборудования подобного типа существенно повышает срок службы приводов и иных механизмов, делает их работу плавной и тихой, снижает величину кратковременных перегрузок узла. Среди основных преимуществ упругих муфт выделяются:

  • Простота конструкции, снижающая риск преждевременного выхода из строя.
  • Податливость устройства, позволяющая соединять валы с достаточно большими перекосами.
  • Высокая демпфирующая способность, за счет которой гасится вибрация.
  • Невысокая стоимость производства, которая способствует минимизации расходов, связанных с обслуживанием машинных узлов.
  • Дополнительные электроизолирующие свойства (при установке пальцевой муфты или иного агрегата имеющий упругий элемент из полимера).

Расчет упругих муфт подразумевает необходимость учитывать постепенное снижение эластичности резины и ее повышенный износ. Также полумуфты создают дополнительную нагрузку на опорные узлы, что сказывается на общем ресурсе узла.

Видео о муфтах

Основные характеристики упругих муфт

Основные типы стальных упругих элементов муфт

К основным характеристикам устройства относят его жесткость (податливость), рассчитываемую по формуле: Cφ=T/φ, где T — это передаваемый крутящий момент, а φ — угол закручивания. В зависимости от полученного значения, изделия делят на механизмы постоянной и переменной жесткости.

В первом случае величина Cφ всегда постоянная, для ее обеспечения используются металлические демпфирующие элементы:

  • Витые пружины;
  • Стержни или пакеты пластин, расположенные по радиусу;
  • Разрезные гильзовые пружины;
  • Змеевидные пластинчатые пружины.

В случае применения полимерных деталей, жесткость становится переменной величиной. В подобных конструкциях чаще всего используются резиновые звездочки или пальцевые накладки. Выбор материала — стали или полимера — зависит от специфики использования агрегата. Металлические детали долговечнее, отличаются хорошей износостойкостью, их применяют для передачи больших моментов. С другой стороны, полимерные пальцевые элементы лучше гасят вибрацию, снижают уровень шума, но обладают меньшим ресурсом и чаще требуют замены.

Второй важный параметр упругих муфт — это демпфирующая способность, то есть способность изделия поглощать энергию деформирования и рассеивать ее в виде тепла. Эти две характеристики — жесткость и демпфирующая способность — являются ключевыми при расчете упругих муфт. В зависимости от данных показателей, материала и формы использованного демпфирующего элемента, выделяют несколько видов устройств.

Муфта упругая втулочно-пальцевая: ГОСТ, конструкция

Муфта упругая втулочно-пальцевая

К наиболее востребованным видам устройств с полимерными элементами относят:

Рассмотрим каждую подробнее. Упругая пальцевая муфта ГОСТ 21424-93 втулочно‑пальцевая или пальцевая состоит из двух полумуфт, в отверстиях которых закреплены пальцы с гофрированными резиновыми втулками. Пальцевый механизм производится согласно ГОСТ 21424–93 из серого чугуна и стали марки 45. Готовая конструкция отличается незначительной податливостью и может компенсировать только небольшие смещения, в пределах 5 мм. Втулочно-пальцевая муфта используется при сборке машин с электродвигателями.

Чуть реже, чем пальцевое устройство, используется изделие с резиновой конусной шайбой. Его особенностью является наличие резинометаллического элемента, образующего два конических металлических диска с приклеенной резиновой прослойкой. Конструкция была разработана в МГТУ имени Баумана для быстрой и простой замены демпфирующих деталей без осевого смещения валов. Однако, как и пальцевая упругая муфта, данное устройство компенсирует только незначительные отклонения осей относительно друг друга.

Муфта упругая со звездочкой

ГОСТ 21424–93 Муфты упругие

Конструкция крутильно-упругих муфт с резиновой звездочкой описана в ГОСТ Р 50894–96: две полумуфты имеют кулачки, между которыми располагаются двух- четырех- или шестилучевые полимерные звездочки, также их называют кулачковые. При передаче момента, нагрузка воспринимается только половиной лучей, что приводит к неравномерному износу. В отличие от пальцевых, эти устройства более компактны. Среди их основных преимуществ можно назвать низкую стоимость производства и высокую нагрузочную способность, благодаря чему их наиболее часто выбирают при соединении быстроходных валов с диаметром до 48 мм. Помимо резины, для производства звездочек может быть использована высокоэластичная пластмасса.

Упругие муфты с торообразной выпуклой оболочкой также выпускают по ГОСТ Р 50894–96. В отличие от пальцевых, они способны компенсировать значительное смещение осей (до 2°), но при этом их конструкция сложнее, а размеры — больше.

Выбирая подходящие агрегаты, необходимо учесть все преимущества и ограничения пальцевых и иных конструкций. Также необходимо учитывать возможности полностью металлических агрегатов.

Муфты с металлическими упругими элементами

Муфта пружинная

Упругая муфта с металлическими деталями обладает следующими достоинствами:

  • Компактные габариты, уменьшающие общий размер собираемого агрегата.
  • Высокая несущая способность, позволяющая передавать большой крутящий момент.
  • Устойчивость к температурным перепадам и радиационному фону, расширяющая сферу применения устройств.

Однако есть и недостатки: сложная конструкция, повышенная жесткость, потребность в уходе. Поэтому для снижения стоимости изделия целесообразно применять устройство с полимерным элементом (например, пальцевую). Если же механизм будет эксплуатироваться в жестких условиях, муфта с металлической пружиной просто незаменима. В основном применяются два типа этих устройств:

  • С цилиндрическими пружинами сжатия. В конструкции используются сжатые пружины, установленные на концах стержней, которые расположены между полумуфтами. Оборудование используется для передачи вращающего момента до 18000 Нм при диаметре валов не более 225 мм. Расчет пружин осуществляют по методу сопромата.
  • Со змеевидной пружиной. Полумуфты снабжены специальными зубьями, между которыми свободно размещается лента змеевидной пружины. На месте ее удерживает кожух. Оборудование способно передавать крутящий момент до 17000 Нм при диаметре валов не более 320 мм.

В отличие от пальцевых и других муфт с полимерными упругими элементами, металлические нуждаются в смазке. Это усложняет обслуживание собранного узла, но обеспечивает ему больший срок службы.

Перед тем как купить упругую муфту, необходимо провести точный расчет и ознакомиться с характеристиками различных изделий. В этом вам может помочь профессиональная консультация специалиста ООО «Кант». Также вы можете запросить у менеджера каталог с ценами на упругие муфты. Для заказа изготовления выбранной модели по ГОСТ или своим размерам звоните нам по номеру 8 (8362) 72-59-19, низкие цены производителя и доставка по всей России.

Оптическая муфта. Для чего она нужна?

Неотъемлемым компонентом при прокладке и обслуживании современных волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) являются муфты оптические. Уличные условия могут отрицательно повлиять на оптическое волокно. Муфта для оптического кабеля выполняет функцию надежной защиты оптических волокон от уличной среды и функцию герметизации мест соединения оптических кабелей различной длины.

В настоящее время использование муфт не ограничивается вышеперечисленными функциями. Все чаще приходится выполнять и коммутационную функцию, помогая выводить необходимую часть волокон для дальнейшего подключения специального оборудования. Муфта оптическая – это устройство, предназначенное для соединения любого типа оптических кабелей, при их прокладке в грунте, каналах кабельной канализации, тоннелях, коллекторах, а также на опорах воздушных линий связи и электропередач.

В современных условиях оптическая муфта должна соответствовать высоким требованиям. Конструкция должна быть надежной и простой в использовании, механизм установки оптических волокон прост, а во время обслуживания и эксплуатации муфты не должно возникать трудностей. Среди основных требований можно выделить следующие.

Герметичность. Влага отрицательно влияет на оптическое волокно, поэтому все отверстия оптических муфт должны герметично закрываться. Герметизации вводов ОК в муфты обеспечивается преимущественно термоусаживаемыми трубками, сальниковыми устройствами с резиновыми прокладками или же герметиками. Требуемая степень защиты — это IP68, т.е. муфта должна быть герметична при полном погружении в воду до 1 метра на длительный срок. Герметизируемые отверстия — это кабельные вводы и крышка. Вводы герметизируются с использованием мастик, сжимающих гаек и шайб, термоусадочных трубок. Мастика заполняет пространство между кабелями с помощью сжимающего механического воздействия внешней гайки или термоусадочной трубки. Крышка герметизируется по всему периметру резиновым или силиконовым уплотнителем, затем притягивается болтами или защелками. Если крышка цилиндрической формы, то она накручивается на основание муфты и накручивая прижимает герметизирующий уплотнитель.

Прочность. Оптические муфты изготавливаются из прочного пластика. Имеются дополнительные ребра жесткости. Это необходимо для избежания попадания воды в результате внешнего механического воздействия на корпус.

Удобство работы с оптической муфтой. Нередко монтажникам ВОЛС приходится производить работу с муфтами в неудобных положениях. Если к муфте доступ ограничен, затрудняется ее обслуживание, вследствие чего будет нарушена работа оптической магистрали. Поэтому для облегчения работы очень важны корпус муфта, способы укладки волокон, расположение сплайс-кассет, способы герметизации. Время монтажа с удобной муфтой сокращается, а это влияет на скорость строительства ВОЛС.

Количество и диаметр водимых кабелей, число вводов. Наилучший вариант, когда в один порт заходит один оптический кабель, а лишних кабельных вводов не остается. В настоящее время выпускаются универсальные муфты с большим количеством кабельных вводов. Исходя из этого надо рассчитывать такие муфты, в которые используемые кабеля войдут без усилий.

Максимальное число сварочных соединений. Часто указывается число гильз КДЗС, которые укладываются в данной муфте в один слой, при имеющемся количестве сплайс-кассет. Сейчас за счет удобства обслуживания, во многих муфтах возможно устанавливать дополнительные сплайс-кассеты, и гильзы можно надежно укладывать в два слоя.

14.12: Константы взаимодействия идентифицируют связанные протоны

5.5A: Источник спин-спинового взаимодействия

Спектры 1 H-ЯМР, которые мы видели до сих пор (метилацетата и пара -ксилола), несколько необычны в том смысле, что в обеих этих молекулах каждый набор протонов генерирует один сигнал ЯМР. Фактически, спектры –1 H-ЯМР большинства органических молекул содержат сигналы протонов, которые «расщеплены» на два или более субпиков. Однако это поведение расщепления не является осложнением, оно фактически дает нам больше информации о молекуле нашего образца.

Рассмотрим спектр 1,1,2-трихлорэтана. В этом и во многих последующих спектрах мы демонстрируем увеличение отдельных сигналов, чтобы можно было распознать модели разделения сигналов.

Сигнал при 3,96 ppm, соответствующий двум протонам H a , разделен на два подпика одинаковой высоты (и площади) — это называется дублетом . С другой стороны, сигнал H b при 5,76 ppm разделяется на три субпика, причем средний пик выше двух внешних пиков — если бы мы интегрировали каждый субпик, мы бы увидели, что область под средний пик вдвое больше, чем каждый из внешних пиков.Это называется триплет .

Источником расщепления сигнала является явление, называемое спин-спиновое взаимодействие , термин, который описывает магнитные взаимодействия между соседними, неэквивалентными ЯМР-активными ядрами. В нашем примере 1,1,2-трихлорметана протоны H a и H b связаны друг с другом спиновой связью. Вот как это работает, сначала посмотрим на сигнал H a : помимо экранирования соседними валентными электронами, на каждый из протонов H a также влияет небольшое магнитное поле, создаваемое соседним H b ( помните, каждый вращающийся протон похож на крошечный магнит).Магнитный момент H b будет выровнен с B 0 в (чуть более чем) половине молекул в образце, в то время как в оставшейся половине молекул он будет противоположен B 0 . «Войлок» B eff по H a будет немного слабее, если H b выровнен с B 0 , или немного сильнее, если H b выровнен с B 0 . Другими словами, в половине молекул H a экранировано H b (таким образом, сигнал ЯМР немного смещен в сторону сильного поля), а в другой половине H a экранировано H b (и сигнал ЯМР немного сдвинулся в слабое поле).То, что в противном случае было бы одиночным H , пик был разделен на два субпика (дублет), один в верхнем поле и один в нижнем поле исходного сигнала. Эти идеи можно проиллюстрировать схемой расщепления , как показано ниже.

Теперь давайте подумаем о сигнале H b . Магнитная среда, в которой находится H b , находится под влиянием полей обоих соседних протонов H a , которые мы назовем H a1 и H a2 .Здесь есть четыре возможности, каждая из которых равновероятна. Во-первых, магнитные поля как H a1 , так и H a2 могут быть выровнены с B 0 , что снимет экранирование H b , немного смещая его ЯМР-сигнал. Во-вторых, оба магнитных поля H a1 и H a2 могут быть выровнены напротив поля B 0 , которое будет экранировать H b , слегка смещая его резонансный сигнал в более сильное поле. Третий и четвертый, H a1 может быть противопоставлен B 0 и H a2 , или H a1 противопоставлен B 0 и H a2 с B 0 .В каждом из последних двух случаев экранирующий эффект одного протона H a нейтрализует эффект удаления экранирования другого протона, а химический сдвиг H b не изменяется.

Итак, в конечном итоге сигнал для H b — это триплет , средний пик которого вдвое больше двух внешних пиков, потому что существует двух способов, которыми H a1 и H a2 могут отменить друг друга.

Теперь рассмотрим спектр этилацетата:

Мы видим неразделенный «синглетный» пик на 1.833 ppm, что соответствует атомам водорода ацетила (H a ) — это похоже на сигнал для атомов водорода ацетата в метилацетате, который мы рассматривали ранее. Этот сигнал не расщеплен, поскольку в молекуле нет соседних атомов водорода. Сигнал при 1,055 м.д. для атомов водорода H c разделяется на триплет двумя соседними атомами водорода H b . Объяснение здесь такое же, как объяснение триплетного пика, которое мы видели ранее для 1,1,2-трихлорэтана.

Водород H b дает сигнал квартета при 3,915 ppm — обратите внимание, что два средних пика выше, чем два внешних пика. Эта модель расщепления является результатом эффекта спиновой связи соседних трех атомов водорода H c и может быть объяснена анализом, аналогичным тому, который мы использовали для объяснения структур дублетов и триплетов.

Пример 5.6

  1. Объясните, используя стрелки влево и вправо, чтобы проиллюстрировать возможные комбинации ядерных спиновых состояний для атомов водорода H c , почему сигнал H b в этилацетате разделен на квартет.
  2. Коэффициент интегрирования дублетов составляет 1: 1, а триплетов — 1: 2: 1. Какова степень интеграции квартета H b в этилацетате? (Подсказка — используйте иллюстрацию, которую вы частично нарисовали, чтобы ответить на этот вопрос.)

Решение

К настоящему времени вы, вероятно, узнали шаблон, который обычно называют правилом n + 1 : если набор атомов водорода имеет n соседних, неэквивалентных атомов водорода, он будет разделен на n + 1 подпик.Таким образом, два атома водорода H b в этилацетате расщепляют сигнал H c на триплет, а три атома водорода H c расщепляют сигнал H b на квартет. Это очень полезная информация, если мы пытаемся определить структуру неизвестной молекулы: если мы видим триплетный сигнал, мы знаем, что соответствующий водород или набор атомов водорода имеет двух «соседей». Когда мы начнем определять структуры неизвестных соединений, используя спектральные данные –1 H-ЯМР, станет более очевидным, как можно использовать такую ​​информацию.

Здесь необходимо подчеркнуть три важных момента. Во-первых, разделение сигнала происходит только между неэквивалентными атомами водорода — другими словами, H a1 в 1,1,2-трихлорэтане составляет , а не , разделенное на H a2 , и наоборот.

Во-вторых, расщепление происходит главным образом между атомами водорода, разделенными тремя связями. Вот почему атомы водорода H a в этилацетате образуют синглет — ближайшие водородные соседи находятся на расстоянии пяти связей, что слишком далеко для возникновения взаимодействия.

Иногда мы видим расщепление с четырьмя и даже с пятью связями, но в этих случаях магнитное влияние одного набора атомов водорода на другой набор гораздо более тонкое, чем то, что мы обычно наблюдаем при расщеплении трех связей (подробнее о том, как количественная оценка взаимодействий сцепления приведена в разделе 5.5B). Наконец, расщепление наиболее заметно, когда атомы водорода связаны с углеродом. Водороды, которые связаны с гетероатомами (например, спиртом или аминогруппами), слабо связаны — или совсем не связаны — со своими соседями.Это связано с тем, что эти протоны быстро обмениваются с растворителем или другими молекулами образца.

Ниже приведены еще несколько примеров информации о химическом сдвиге и структуре расщепления для некоторых относительно простых органических молекул.

Пример 5.7

  1. Сколько протонных сигналов вы ожидаете увидеть в спектре 1 H-ЯМР триклозана (распространенного антимикробного агента, содержащегося в детергентах)? Для каждого из сигналов протонов предскажите картину расщепления.Предположим, что вы видите только 3-связь.

Решение

Пример 5.8

Предскажите структуру расщепления для сигналов 1 H-ЯМР, соответствующих протонам в местах, указанных стрелками (структура соответствует структуре нейромедиатора серотонина).

Решение

5.5B: Константы взаимодействия

Химики количественно определяют эффект спин-спиновой связи, используя так называемую константу связи , которая сокращенно обозначается заглавной буквой J .Константа связи — это просто разница, выраженная в Гц, между двумя соседними субпиками в разделенном сигнале. Для нашего дублета в спектре 1,1,2-трихлорэтана, например, два субпика разделены на 6,1 Гц, и поэтому мы записываем 3 J a-b = 6,1 Гц.

Верхний индекс 3 говорит нам, что это взаимодействие взаимодействия трех связей, а нижний индекс a-b говорит нам, что мы говорим о связи между H a и H b .В отличие от значения химического сдвига , константа связи, выраженная в Гц, одинакова независимо от напряженности приложенного поля ЯМР-магнита . Это связано с тем, что сила магнитного момента соседнего протона, которая является источником явления спин-спиновой связи, не зависит от величины приложенного поля , а не .

Если мы внимательно посмотрим на триплетный сигнал в 1,1,2-трихлорэтане, мы увидим, что константа взаимодействия — «промежуток» между субпиками — равна 6.1 Гц, как у дублета. Это важная концепция! Константа взаимодействия 3 J a-b количественно определяет магнитное взаимодействие между наборами водорода H a и H b , и это взаимодействие имеет одинаковую величину в любом направлении . Другими словами, H a влияет на H b в той же степени, что H b влияет на H a . При рассмотрении более сложных спектров ЯМР идея о константах взаимного взаимодействия может быть очень полезной для определения взаимосвязей между наборами протонов.

Константы взаимодействия между наборами протонов на соседних sp 3 -гибридизованных углеродах обычно находятся в диапазоне 6-8 Гц. Для протонов, связанных с sp 2 -гибридизированными атомами углерода, константы взаимодействия могут находиться в диапазоне от 0 Гц (отсутствие взаимодействия вообще) до 18 Гц, в зависимости от схемы связывания.

Для виниловых водородов в конфигурации транс мы видим константы взаимодействия в диапазоне 3 Дж = 11-18 Гц, в то время как цис водородов связываются в диапазоне 3 Дж = 6-15 Гц.Связь по 2-связям между атомами водорода, связанными с одним и тем же углеродом алкена (называемыми геминальными атомами водорода), очень тонкая, обычно 5 Гц или ниже. Орто атомов водорода на бензольном кольце соединяются с частотой 6-10 Гц, в то время как 4-связное соединение с частотой до 4 Гц иногда наблюдается между мета атомами водорода.

Тонкое (2-3 Гц) соединение часто наблюдается между протоном альдегида и соседом по трем связям. В таблице 4 перечислены типичные постоянные значения.

5.5C: Комплексная муфта

Во всех примерах спин-спинового взаимодействия, которые мы видели до сих пор, наблюдаемое расщепление было результатом связывания одного набора атомов водорода с всего одним соседним набором атомов водорода.Когда набор атомов водорода соединяется с двумя или более наборами неэквивалентных соседей, результатом является явление, называемое комплексным взаимодействием . Хорошей иллюстрацией является спектр 1 H-ЯМР метилакрилата:

Во-первых, давайте сначала рассмотрим сигнал H c , центр которого составляет 6,21 ppm. А вот и повнимательнее:

При таком увеличении становится очевидным, что сигнал Hc фактически состоит из четырех субпиков.Почему это? H c связан как с H a , так и с H b , но с двумя разными константами связи . И снова диаграмма расщепления может помочь нам понять, что мы видим. H a — это транс к H c по двойной связи и разбивает сигнал H c на дублет с константой связи 3 J ac = 17,4 Гц. Кроме того, каждый из этих субпиков дублета H c снова разделяется H b (сцепление geminal ) на еще два дублета, каждый с гораздо меньшей константой связи 2 J bc = 1 .5 Гц.

Результатом этого «двойного разбиения» является шаблон, называемый дублетом дублетов , сокращенно « dd ».

Сигнал для H a при 5,95 ppm также представляет собой двойной дублет с константами связи 3 J ac = 17,4 Гц и 3 J ab = 10,5 Гц.

Сигнал для H b при 5,64 ppm разделен на дублет H a , cis связью с 3 J ab = 10.4 Гц. Каждый из полученных субпиков снова разделен на H c с той же постоянной связи geminal 2 J bc = 1,5 Гц, которую мы видели ранее, когда смотрели на сигнал H c . Общий результат снова представляет собой дублет дублетов, на этот раз с двумя «суб-дублетами», расположенными немного ближе из-за меньшей константы связи для взаимодействия цис . Вот расширенный фактический сигнал H b :

Пример 5.9

Постройте диаграмму расщепления для сигнала H b в спектре 1 H-ЯМР метилакрилата. Покажите значение химического сдвига для каждого подпика, выраженное в Гц (предположим, что резонансная частота TMS равна точно 300 МГц).

Решение

При построении диаграммы расщепления для анализа сложных паттернов связи обычно легче сначала показать большее расщепление, а затем более тонкое (хотя обратный результат даст тот же конечный результат).

Когда протон связан с двумя различными соседними наборами протонов с идентичными или очень близкими константами взаимодействия, часто возникает картина расщепления, которая, по-видимому, следует простому правилу некомплексного расщепления « n + 1». В спектре 1,1,3-трихлорпропана, например, мы ожидаем, что сигнал для H b будет разделен на триплет H a и снова на дублеты H c , что приведет к «тройка дублетов».

H a и H c не эквивалентны (их химические сдвиги разные), но оказывается, что 3 J ab очень близко к 3 J bc .Если мы проведем анализ диаграммы расщепления для H b , мы увидим, что из-за перекрытия субпиков сигнал выглядит квартетным и во всех смыслах и целях следует правилу n + 1.

По аналогичным причинам пик H c в спектре 2-пентанона выглядит как секстет, разделенный на пять объединенных протонов H b и H d . Технически этот «секстет» можно рассматривать как «тройку квартетов» с перекрывающимися субпиками.

Пример 5.10

Какую картину расщепления вы ожидаете для сигнала, соответствующего H b в молекуле ниже? Предположим, что J ab ~ J bc . Нарисуйте диаграмму разделения для этого сигнала и определите относительные значения интегрирования каждого подпика.

.

Реакция сцепления — определение, типы, примеры, применение

    • Классы
      • Класс 1–3
      • Класс 4–5
      • Класс 6–10
      • Класс 11–12
    • КОНКУРЕНТНЫЙ ЭКЗАМЕН
      • BNAT 000 000 NC Книги
        • Книги NCERT для класса 5
        • Книги NCERT для класса 6
        • Книги NCERT для класса 7
        • Книги NCERT для класса 8
        • Книги NCERT для класса 9
        • Книги NCERT для класса 10
        • Книги NCERT для класса 11
        • Книги NCERT для класса 12
      • NCERT Exemplar
        • NCERT Exemplar Class 8
        • NCERT Exemplar Class 9
        • NCERT Exemplar Class 10
        • NCERT Exemplar Class 11
        • NCERT 9000 9000
        • NCERT Exemplar Class
          • Решения RS Aggarwal, класс 12
          • Решения RS Aggarwal, класс 11
          • Решения RS Aggarwal, класс 10
          • 90 003 Решения RS Aggarwal класса 9

          • Решения RS Aggarwal класса 8
          • Решения RS Aggarwal класса 7
          • Решения RS Aggarwal класса 6
        • Решения RD Sharma
          • RD Sharma Class 6 Решения
          • Решения RD Sharma
          • Решения RD Sharma Class 8

          • Решения RD Sharma Class 9
          • Решения RD Sharma Class 10
          • Решения RD Sharma Class 11
          • Решения RD Sharma Class 12
        • PHYSICS
          • Механика
          • Оптика
          • Термодинамика Электромагнетизм
        • ХИМИЯ
          • Органическая химия
          • Неорганическая химия
          • Периодическая таблица
        • MATHS
          • Теорема Пифагора
          • 0004

          • 000300030004
          • 9000

          • Простые числа
          • Взаимосвязи и функции
          • Последовательности и серии
          • Таблицы умножения
          • Детерминанты и матрицы
          • Прибыль и убыток
          • Полиномиальные уравнения
          • Деление фракций
        • 000
        • 000
        • 000
        • 000
        • 000
        • 000 Microology
        • 000
        • 000 Microology
        • 000 BIOG3000
            FORMULAS

            • Математические формулы
            • Алгебраические формулы
            • Тригонометрические формулы
            • Геометрические формулы
          • КАЛЬКУЛЯТОРЫ
            • Математические калькуляторы
            • 0003000 PBS4000
            • 000300030002 Примеры калькуляторов химии
            • Класс 6

            • Образцы документов CBSE для класса 7
            • Образцы документов CBSE для класса 8
            • Образцы документов CBSE для класса 9
            • Образцы документов CBSE для класса 10
            • Образцы документов CBSE для класса 11
            • Образцы документов CBSE чел для класса 12
          • CBSE Контрольный документ за предыдущий год
            • CBSE Контрольный документ за предыдущий год Класс 10
            • Контрольный документ за предыдущий год CBSE, класс 12
          • HC Verma Solutions
            • HC Verma Solutions Class 11 Physics
            • Решения HC Verma, класс 12, физика
          • Решения Лакмира Сингха
            • Решения Лакмира Сингха, класс 9
            • Решения Лакмира Сингха, класс 10
            • Решения Лакмира Сингха, класс 8
          • Заметки CBSE
            • CBSE Notes

                Примечания CBSE класса 7
              • Примечания CBSE класса 8
              • Примечания CBSE класса 9
              • Примечания CBSE класса 10
              • Примечания CBSE класса 11
              • Примечания CBSE класса 12
            • Примечания к редакции CBSE
              • Примечания к редакции
                • CBSE Class
                  • Примечания к редакции класса 10 CBSE
                  • Примечания к редакции класса 11 CBSE 9000 4
                  • Примечания к редакции класса 12 CBSE
                • Дополнительные вопросы CBSE
                  • Дополнительные вопросы по математике класса 8 CBSE
                  • Дополнительные вопросы по науке 8 класса CBSE
                  • Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE
                  • Дополнительные вопросы по науке класса 9 CBSE
                  • Дополнительные вопросы по математике для класса 10

                  • Дополнительные вопросы по науке, класс 10 по CBSE
                • CBSE, класс
                  • , класс 3
                  • , класс 4
                  • , класс 5
                  • , класс 6
                  • , класс 7
                  • , класс 8
                  • , класс 9 Класс 10
                  • Класс 11
                  • Класс 12
                • Учебные решения
              • Решения NCERT
                • Решения NCERT для класса 11
                  • Решения NCERT для класса 11 по физике
                  • Решения NCERT для класса 11 Химия
                  • Решения для биологии класса 11

                  • Решения NCERT для математики класса 11
                  • 9 0003 NCERT Solutions Class 11 Accountancy

                  • NCERT Solutions Class 11 Business Studies
                  • NCERT Solutions Class 11 Economics
                  • NCERT Solutions Class 11 Statistics
                  • NCERT Solutions Class 11 Commerce
                • NCERT Solutions For Class 12
                  • NCERT Solutions For Класс 12 по физике
                  • Решения NCERT для химии класса 12
                  • Решения NCERT для класса 12 по биологии
                  • Решения NCERT для класса 12 по математике
                  • Решения NCERT Класс 12 Бухгалтерия
                  • Решения NCERT, класс 12, бизнес-исследования
                  • Решения NCERT, класс 12 Экономика
                  • NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 1
                  • NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 2
                  • NCERT Solutions Class 12 Micro-Economics
                  • NCERT Solutions Class 12 Commerce
                  • NCERT Solutions Class 12 Macro-Economics
                • NCERT Solutions For Класс 4
                  • Решения NCERT для математики класса 4
                  • Решения NCERT для класса 4 EVS
                • Решения NCERT для класса 5
                  • Решения NCERT для математики класса 5
                  • Решения NCERT для класса 5 EVS
                • Решения NCERT для класса 6
                  • Решения NCERT для математики класса 6
                  • Решения NCERT для науки класса 6
                  • Решения NCERT для социальных наук класса 6
                  • Решения NCERT для класса 6 Английский
                • Решения NCERT для класса 7
                  • Решения NCERT для класса 7 Математика
                  • Решения NCERT для класса 7 Наука
                  • Решения NCERT для класса 7 по социальным наукам
                  • Решения NCERT для класса 7 Английский
                • Решения NCERT для класса 8
                  • Решения NCERT для класса 8 Математика
                  • Решения NCERT для класса 8 Science
                  • Решения NCERT для социальных наук 8 класса
                  • Решение NCERT ns для класса 8 Английский
                • Решения NCERT для класса 9
                  • Решения NCERT для социальных наук класса 9
                • Решения NCERT для математики класса 9
                  • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 1
                  • Решения NCERT для Математика класса 9 Глава 2
                  • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 3
                  • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 4
                  • Решения NCERT

                  • для математики класса 9 Глава 5
                  • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 6
                  • Решения NCERT для Математика класса 9 Глава 7
                  • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 8
                  • Решения NCERT

                  • для математики класса 9 Глава 9
                  • Решения NCERT

                  • для математики класса 9 Глава 10
                  • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 11
                  • Решения NCERT для Математика класса 9 Глава 12
                  • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 13
                  • Решения

                  • NCERT для математики класса 9 Глава 14
                  • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 15
                • Решения NCERT для науки класса 9
                  • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 1
                  • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 2
                  • Решения NCERT для класса 9 Наука Глава 3
                  • Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 4
                  • Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 5
                  • Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 6
                  • Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 7
                  • Решения NCERT для Класса 9 Наука Глава 8
                  • Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 9
                  • Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 10
                  • Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 12
                  • Решения NCERT для Науки Класса 9 Глава 11
                  • Решения NCERT для Класса 9 Наука Глава 13
                  • Решения NCERT для класса 9 Наука Глава 14
                  • Решения NCERT для класса 9 по науке Глава 15
                • Решения NCERT для класса 10
                  • Решения NCERT для класса 10 по социальным наукам
                • Решения NCERT для математики класса 10
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 1
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 2
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 3
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 4
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 5
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 6
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 7
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 8
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 9
                  • Решения NCERT

                  • для математики класса 10 Глава 10
                  • Решения

                  • NCERT для математики класса 10 Глава 11
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 12
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 13
                  • NCERT Sol Решения NCERT для математики класса 10 Глава 14
                  • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 15
                • Решения NCERT для науки класса 10
                  • Решения NCERT для науки класса 10 Глава 1
                  • Решения NCERT для науки класса 10 Глава 2
                  • Решения NCERT для науки класса 10, глава 3
                  • Решения NCERT для науки класса 10, глава 4
                  • Решения NCERT для науки класса 10, глава 5
                  • Решения NCERT для науки класса 10, глава 6
                  • Решения NCERT для науки класса 10, глава 7
                  • Решения NCERT для науки 10 класса, глава 8
                  • Решения NCERT для науки класса 10 Глава 9
                  • Решения NCERT для науки класса 10 Глава 10
                  • Решения NCERT для науки класса 10 Глава 11
                  • Решения NCERT для науки класса 10 Глава 12
                  • Решения NCERT для науки 10 класса Глава 13
                  • Решения NCERT для науки 10 класса Глава 14
                  • Решения NCERT для науки класса 10 Глава 15
                  • Решения NCERT

                  • для науки класса 10 Глава 16
                • Учебный план NCERT
                • NCERT
              • Commerce
                • Class 11 Commerce Syllabus
                    ancy Account

                  • Программа обучения бизнесу 11 класса
                  • Программа курса экономики 11 класса

          .

          J-образная муфта (скалярная) — Chemistry LibreTexts

          Страница в разработке

          Введение

          J-связь — это взаимодействие между ядрами, содержащее спин. J-связи также известны как скалярные связи. Это взаимодействие опосредуется связями, в отличие от дипольных взаимодействий, которые опосредуются через пространство. Обычно мы рассматриваем J-связь как слабое взаимодействие по сравнению с зеемановским взаимодействием. J-соединения обычно используются в сочетании с химическими сдвигами, чтобы установить связь через сквозные связи в небольших молекулах и белках.Хотя обычно это явление жидкого состояния, константы J-связи в твердом состоянии наблюдаются. Значения J-связи варьируются от 0,1 Гц в органических соединениях до кГц в комплексах переходных металлов. J-связь обычно уменьшается по величине, чем больше связей существует между связанными ядрами. Кроме того, J-связи могут быть либо гомоядерными (т.е. между атомами водорода с разными химическими сдвигами), либо гетероядерными (т.е. между водородом и углеродом).

          Паскали Треугольник

          Ядра в различных химических средах, где до девяти связей (хотя 1-4 обычно легко измерить) находятся далеко друг от друга, могут влиять на эффективное локальное магнитное поле друг друга, неся информацию о спиновой ориентации через связывающие электроны.Этот эффект наиболее заметен среди химически эквивалентных ядер, приводя к правилу N + 1 для эквивалентных протонов. Протон с N протонами на смежных атомах углерода расщепляется на N + 1 пиков с рисунком интенсивности. Схема расщепления для A, когда он связан с рядом X-нуклидов, будет следовать соотношению, представленному треугольником Паскаля. Чтобы быть более конкретным, я возьму для примера AX 2 . AX 2 представляют собой спиновую систему, содержащую три ядра, два из которых имеют одинаковый химический сдвиг, а одно — другое (например,грамм. ClCH 2 CHCl 2 ). Здесь A — протон CH, а X — протоны CH 2 . Согласно таблице 4 и рисунку 12 протон CH будет расщеплен на дублет 1: 1, тогда как CH 2 даст тонкую структуру триплета 1: 2: 1. Расстояние между пиками определяется как константа связи J, которую можно использовать для описания степени связи.

          Таблица 4. Треугольник Паскаля в соответствии с конфигурациями AX

          Рисунок 12. ЯМР-спектр ядра A в спиновой системе AX 2 .

          Паскали Trinagle Construction

          Треугольник Паскаля — это графическое устройство, используемое для прогнозирования отношения высот линий в разделенном пике ЯМР. Чтобы построить треугольник Паскаля, используйте следующую процедуру.

          Шаг 1: Нарисуйте короткую вертикальную линию и напишите рядом с ней цифру один.

          Шаг 2: Нарисуйте две вертикальные линии под ним симметрично.

          Шаг 3: Соедините каждый из них с линией выше, используя пунктирные линии.

          Шаг 4: Каждая из двух линий соединяется с единственной линией выше, которая несет номер один. Поэтому напишите цифру один рядом с каждой строкой.

          Шаг 5: Нарисуйте три вертикальные линии симметрично под двумя линиями.

          Шаг 6: Подключите каждый из них к ближайшей линии (ам) выше.

          Шаг 7: Каждая оконечная линия соединяется с одной линией выше, которая несет номер один.Поэтому напишите номер один рядом с каждым из них. Внутренняя линия соединена с двумя линиями выше, каждая из которых имеет номер один. 1 + 1 = 2; напишите цифру два рядом с внутренней строкой.

          Продолжайте процесс, насколько это необходимо.

          Сильная связь и эффект крыши

          В приближении сильного поля может быть сильная связь между гомоядерными спинами. Сильная связь относится к сценарию, когда разность химических сдвигов (в Гц) порядка J-связи.Поскольку химический сдвиг масштабируется с магнитным полем, различия в химическом сдвиге меньше при низких магнитных полях, что делает этот сценарий более вероятным при низких магнитных полях. Сначала мы должны определить параметр сильной связи, \ (\ theta \)

          \ [tan 2 \ theta = \ dfrac {2 \ pi J} {\ omega_A- \ omega_B} \]

          , где \ (\ omega \) в радианах, а J в Гц.

          [вставить 2-тета-диаграмму]

          Тогда для дублета (A1, A2) интенсивности линий J-связи станут

          \ [I_ {A1} \ propto 1-sin 2 \ theta \]

          \ [I_ {A2} \ propto 1 + sin 2 \ theta \]

          Как и в случае с обычными J-образными связями, наличие нескольких J-образных связей приведет к сложной схеме расщепления, где каждая интенсивность изменяется на угол как таковой.

          Разложение гамильтониана J-связи

          Обычно J-связь задается в пределе слабой связи. Предел слабой связи определяется наличием \ (\ nu_I- \ nu_s >> J \), что обычно справедливо при сильных магнитных полях в несколько тесла. Однако здесь мы выведем гамильтониан J-связи для двухспиновой системы без каких-либо предположений о пределе связи.

          Сначала мы начнем с гамильтониана J-связи, который определяет пертенентные взаимодействия; Зееман и Скаляр.Тогда гамильтониан будет

          \ (\ omega_II_Z + \ omega_SS_Z + 2 \ pi J \ textbf (I \ cdot S) \)

          Фактор 2 \ (\ pi \) перед J-образной муфтой сохраняет угловую частоту всех единиц, поскольку J измеряется в Гц. Помните, что для двухспиновой системы каждое ядро ​​имеет состояния \ (\ alpha \) и \ (\ beta \). Таким образом, потенциальные волновые функции в матричной форме задаются состояниями \ (\ alpha \) и \ (\ beta \). В матричной форме это будет представлено для двухспиновой системы как

          .

          \ [\ begin {bmatrix} | \ alpha \ alpha> & | \ alpha \ beta> \\ | \ beta \ alpha> & | \ beta \ beta> \ end {bmatrix} \]

          Теперь состояния \ (\ alpha \) и \ (beta \) также имеют матричное представление как

          \ [| \ alpha> = \ begin {bmatrix} 1 \\ 0 \ end {bmatrix} \]

          \ [| \ beta> = \ begin {bmatrix} 0 \\ 1 \ end {bmatrix} \]

          , а комбинированные состояния даются перекрестным произведением двух матриц, так что

          \ [| \ alpha \ alpha> = \ begin {bmatrix} 1 \\ 0 \ end {bmatrix} \ times \ begin {bmatrix} 1 \\ 0 \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \ end {bmatrix} \]

          \ [| \ beta \ beta> = \ begin {bmatrix} 0 \\ 1 \ end {bmatrix} \ times \ begin {bmatrix} 0 \\ 1 \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ 1 \ end {bmatrix} \]

          \ [| \ alpha \ beta> = \ begin {bmatrix} 1 \\ 0 \ end {bmatrix} \ times \ begin {bmatrix} 0 \\ 1 \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \\ 0 \ end {bmatrix} \]

          \ [| \ beta \ alpha> = \ begin {bmatrix} 0 \\ 1 \ end {bmatrix} \ times \ begin {bmatrix} 1 \\ 0 \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} 0 \\ 0 \\ 1 \\ 0 \ end {bmatrix} \]

          Тогда без дополнительных доказательств (на данный момент) собственные функции двухспиновой системы равны

          \ [\ psi_1 = | \ alpha \ alpha> \]

          \ [\ psi_4 = cos \ theta | \ alpha \ beta> + sin \ theta | \ beta \ alpha> \]

          \ [\ psi_3 = cos \ theta | \ beta \ alpha> -sin \ theta | \ alpha \ beta> \]

          \ [\ psi_4 = | \ beta \ beta> \]

          Помните, что согласно уравнению Шредингера,

          \ [\ hat {H} \ psi = E \ psi \]

          , таким образом, если мы применим оператор гамильтониана к каждому из собственных состояний, мы сможем вывести уровень энергии.Теперь, глядя на гамильтониан, есть операторы I и S, которые имеют следующие матричные представления

          \ [I_z = S_z = \ dfrac {1} {2} \ begin {bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & -1 \ end {bmatrix} \]

          \ [I_x = S_x = \ dfrac {1} {2} \ begin {bmatrix} 0 & 1 \\ 1 & 0 \ end {bmatrix} \]

          \ [I_y = S_y = \ dfrac {i} {2} \ begin {bmatrix} 0 & -1 \\ 1 & 0 \ end {bmatrix} \]

          Однако, поскольку мы рассматриваем двухспиновую систему, матрицы 2×2 не подойдут. Скорее, нам нужно преобразовать эти матрицы в основу произведения, вычислив прямые произведения волновых функций.Для этого мы понимаем, что можем получить 2 N , волновые функции, где N — общее количество спинов. Для этого

          \ [\ psi_k = | m_1> \ times | m_2> … \ times | m_N> \]

          Таким образом, для \ psi_1

          \ (\ omega_II_Z + \ omega_SS_Z + 2 \ pi J \ textbf (I \ cdot S) \)

          Пределы J-образных муфт

          Существуют определенные пределы, в которых можно рассчитать J-муфту. Мы начинаем обсуждение с исследования метанола, меченного 13 C ( 13 C-MeOH).Предположим, что мы находимся в высокотемпературном режиме, когда протон OH не связан со спинами метила в течение экспериментального периода времени. J-связь между 3 метильными протонами и ядром 13 C составляет 1 J HC = 140,5 Гц.

          Верхний предел поля

          В сильных магнитных полях ширина линии определяется неоднородностью магнитного поля. То есть, когда создается сверхпроводящий магнит, поле не является полностью однородным по объему образца.Следовательно, существует распределение химических сдвигов для данного сайта. Поскольку неоднородность поля обычно мала (части на миллиард или ppb), это приводит к более широкому пику, чем идеально однородное поле. Это причина, по которой перед отбором пробы выполняется регулировка. Шиммирование делает поле более однородным. Если предположить, что неоднородность магнитного поля (B inhomo ) внешнего магнитного поля (B 0 ) составляет 25 частей на миллиард по объему образца после шиммирования, то мы можем вычислить ширину линии \ (\ Delta \ nu \ ) одиночного пика.

          \ (\ Delta \ nu = B_ {0} B_ {inhomo} \)

          Предполагая, что B 0 составляет 11,74T (спектрометр 500 МГц), тогда \ (\ Delta \ nu \) составляет 2,1 Гц (~ 0,3 ppm). Конечно, существуют геометрические ограничения на неоднородность магнитного поля, такие как доля образца, которая находится в неоднородной области, но пока мы предполагаем, что равные части образца находятся в неоднородном поле. Таким образом, J-связи больше 3,45 Гц не могут быть разрешены. Конечно, это смешно для прибора на 500 МГц с хорошей регулировкой.Гораздо более разумный

          Рисунок x: Величина J-связи, которая является неразрешимой J-связью, как функция магнитного поля, при условии, что Bi nhomo = 1,5 ppb. Обозначены разрешимые области муфт. Обратите внимание, что это предполагает 1 H

          Значение

          не разрешает J-муфты менее 0,2 Гн, что является неоднородностью поля 0,10 частей на миллиард. В настоящее время самые большие устойчивые магнитные поля составляют порядка 100 Тл (импульсное, Национальная лаборатория сильных магнитных полей) и ~ 30 Тл (статическое).2 B_ {inhomo} \ gamma) \)

          , где \ (\ gamma \) — гиромагнитное отношение в МГц / Тл, а \ (\ Delta \ nu \) — в ppm.

          Таким образом, при той же неоднородности поля разрешаемые J-связи меньше для малых \ ​​(\ gamma \) ядер.

          Рисунок x. Разъемные J-образные муфты для 1 H (черный) и 13 C (синий) для \ (\ Delta \ nu \) 1,0 частей на миллиард (сплошной) и 2,0 частей на миллиард (штриховые)

          Предел слабой связи высокого поля

          Когда магнитное поле меньше B HF , гетероядерные J-связи могут быть разрешены.{Нулевое поле} = \ dfrac {2 \ Delta \ nu J} {(\ gamma_I + \ gamma_S)} \)

          Внешние ссылки

          • Это не предназначено для ссылок, используемых для построения модуля, но как второстепенная и непроверенная информация

          .1H \) — ЯМР-спектры большинства органических молекул содержат сигналы протонов, которые «расщеплены» на два или более субпиков. Однако это поведение расщепления не является осложнением, оно на самом деле очень полезно, потому что дает нам больше информации о молекуле нашего образца.

          Рассмотрим спектр 1,1,2-трихлорэтана. В этом и во многих последующих спектрах мы демонстрируем увеличение отдельных сигналов, чтобы можно было распознать модели разделения сигналов.

          Сигнал на 3.96 ppm, соответствующих двум протонам \ (H_a \), разделены на два подпика одинаковой высоты (и площади) — это называется дублетом. С другой стороны, сигнал \ (H_b \) при 5,76 ppm разделяется на три субпика, причем средний пик выше двух внешних пиков — если бы мы интегрировали каждый субпик, мы бы увидели, что область ниже средний пик вдвое больше каждого внешнего пика. Это называется тройкой.

          Источником расщепления сигнала является явление, называемое спин-спиновой связью, термин, который описывает магнитные взаимодействия между соседними, неэквивалентными ЯМР-активными ядрами.(Термины «расщепление» и «связь» часто используются как синонимы при обсуждении ЯМР.) В нашем примере 1,1,2-трихлорметана протоны \ (H_a \) и \ (H_b \) связаны друг с другом по спину. Вот как это работает, сначала посмотрим на сигнал \ (H_a \): помимо экранирования близлежащими валентными электронами, каждый из протонов \ (H_a \) также находится под влиянием небольшого магнитного поля, создаваемого \ (H_b \) по соседству (помните, каждый вращающийся протон похож на крошечный магнит). Магнитный момент \ (H_b \) будет совмещен с \ (B_0 \) чуть более чем в половине молекул в образце, в то время как в остальных молекулах он будет противоположен \ (B_0 \).»Войлок» Beff на \ (H_a \) немного слабее, если \ (H_b \) выровнен с \ (B_0 \), или немного сильнее, если \ (H_b \) выровнен с \ (B_0 \). Другими словами, в половине молекул \ (H_a \) экранирован \ (H_b \) (таким образом, сигнал ЯМР немного смещен в сторону поля), а в другой половине \ (H_a \) деэкранируется \ (H_b \). (и сигнал ЯМР немного сдвинулся в слабое поле). То, что в противном случае было бы одиночным пиком \ (H_a \), было разделено на два субпика (дублет), один верхнее поле и один нижнее поле исходного сигнала.Эти идеи можно проиллюстрировать схемой разделения, как показано ниже.

          Теперь давайте подумаем о сигнале \ (H_b \). На магнитное окружение \ (H_b \) влияют поля обоих соседних протонов \ (H_a \), которые мы будем называть \ (H_a1 \) и \ (H_a2 \). Здесь есть четыре возможности, каждая из которых равновероятна. Во-первых, магнитные поля как \ (H_a1 \), так и \ (H_a2 \) могут быть выровнены с \ (B_0 \), что снимет экранирование \ (H_b \), немного смещая его ЯМР-сигнал.Во-вторых, оба магнитных поля \ (H_a1 \) и \ (H_a2 \) могут быть выровнены в противоположность \ (B_0 \), что будет экранировать \ (H_b \), слегка смещая его резонансный сигнал в более сильное поле. Третий и четвертый, \ (H_a1 \) может быть с противопоставлением \ (B_0 \) и \ (H_a2 \) или \ (H_a1 \) с противопоставлением \ (B_0 \) и \ (H_a2 \) с \ (B_0 \) . В каждом из последних двух случаев экранирующий эффект одного протона \ (H_a \) отменял бы эффект снятия экранирования другого протона, а химический сдвиг \ (H_b \) не изменялся.

          Итак, в конце концов, сигнал для \ (H_b \) представляет собой триплет со средним пиком, вдвое большим, чем два внешних пика, потому что есть два способа, которыми \ (H_a1 \) и \ (H_a2 \) могут отменить каждый другой выход.

          Рассмотрим спектр для этилацетата:

          Мы видим нерасщепленный «синглетный» пик при 1,83 ppm, который соответствует протонам ацетила (\ (H_a \)) — это аналогично сигналу для протонов ацетата в метилацетате, который мы рассматривали ранее. Этот сигнал не разделен, потому что в молекуле нет соседних протонов. Сигнал при 1,06 ppm для протонов \ (H_c \) разделяется на триплет двумя протонами \ (H_b \) по соседству. Объяснение здесь такое же, как объяснение триплетного пика, которое мы видели ранее для 1,1,2-трихлорэтана.

          Протоны Hb вызывают квартетный сигнал при 3,92 ppm — обратите внимание, что два средних пика выше, чем два внешних пика. Эта модель расщепления является результатом эффекта спиновой связи трех соседних протонов Hc и может быть объяснена анализом, аналогичным тому, который мы использовали для объяснения структур дублетов и триплетов.

          Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

          1. Объясните, используя диаграмму расщепления, возможные комбинации ядерных спиновых состояний для протонов \ (H_c \) в этилацетате и почему сигнал \ (H_b \) разбивается на квартет.
          2. Коэффициент интегрирования двух «субпиков» в дублете составляет 1: 1, а в триплетах — 1: 2: 1. Каков коэффициент интегрирования квартета \ (H_b \) в этилацетате? (Подсказка — используйте иллюстрацию, которую вы частично нарисовали, чтобы ответить на этот вопрос.)

          К настоящему моменту вы, вероятно, узнали паттерн, который обычно называют правилом n + 1: если набор протонов имеет n соседних, неэквивалентных протонов, он будет разделен на n + 1 подпик. Таким образом, два протона \ (H_b \) в этилацетате расщепляют сигнал \ (H_c \) на триплет, а три протона \ (H_c \) разделяют сигнал \ (H_b \) на квартет.1H \) — спектральные данные ЯМР, станет более очевидно, как можно использовать такую ​​информацию.

          Здесь необходимо выделить четыре важных момента.

          Во-первых, расщепление сигнала происходит только между неэквивалентными протонами — другими словами, \ (H_a1 \) в 1,1,2-трихлорэтане не разделяется на \ (H_a2 \), и наоборот.

          Во-вторых, расщепление происходит в основном между протонами, разделенными тремя или меньшим числом связей. Вот почему протоны \ (H_a \) в этилацетате образуют синглет — ближайшие соседи протонов находятся на расстоянии пяти связей, что слишком далеко для возникновения взаимодействия.

          В более чувствительных инструментах мы иногда видим расщепление 4-х и даже 5-ти связей, но при нашей трактовке ЯМР для простоты мы всегда будем предполагать, что наблюдается только расщепление трех связей.

          В-третьих, протоны, которые связаны с кислородом или азотом, обычно не расщепляются — и не расщепляются — соседними протонами. Протоны \ (OH \) и \ (NH \) достаточно кислые, чтобы быстро обмениваться между разными молекулами, поэтому соседние протоны никогда не «чувствуют» их влияние.

          Спектр 1-гептанола имеет характерный широкий сигнал протонов спирта при 3,7 м.д. (обозначен как Ha ниже).

          Обратите внимание на то, что в этом спектре \ (H_b \) представляет собой триплет, связанный с двумя протонами \ (H_c \), но не связанный с \ (H_a \). Сигналы, соответствующие от \ (H_c \) до Hh, сложны из-за перекрытия — когда это происходит (как это часто бывает!), Подробный анализ становится более сложной задачей.

          Ниже приведены еще несколько примеров информации о химическом сдвиге и структуре расщепления для некоторых относительно простых органических молекул.1H \) — спектр ЯМР нейромедиатора серотонина? Для каждого из протонных сигналов предскажите картину расщепления, снова предполагая расщепление только 3-связей.

          В идеальном мире все спектры ЯМР были бы так же легко интерпретированы, как и те, которые мы видели до сих пор: каждый пик был бы отделен от других, интеграция пиков была бы очевидна, а множественность (синглет, дублет и т. Д.) было бы легко узнать. К сожалению, реальный мир не всегда так хорош: пики с похожими химическими сдвигами перекрываются, что значительно затрудняет интерпретацию.Мы уже видели, что это спектр 1-гептанола выше. В спектре метилбензола мы ожидаем, что сигнал для \ (H_a \) будет синглетом, \ (H_b \) будет дублетом, а \ (H_c \) и \ (H_d \) будет триплетом. Глядя на значения относительного интегрирования для четырех пиков, мы ожидаем увидеть соотношение 3: 2: 2: 1.

          На практике, однако, три набора ароматических протонов \ (H_b \), \ (H_c \) и \ (H_d \) имеют очень похожие химические сдвиги, поэтому их сигналы существенно перекрываются, и мы не можем распознать схемы расщепления дублетов или триплетов.В этом случае мы бы назвали ароматическую часть спектра мультиплетом. Мы можем сообщить коэффициент интеграции пика \ (H_a \) по сравнению с объединенными ароматическими пиками как от 3 до 5 или эквивалент от 1 до 1,67.

          Величину спин-спиновой связи можно выразить с помощью константы связи, сокращенно обозначаемой заглавной буквой J. Константа связи — это просто разница, выраженная в Гц, между двумя соседними субпиками в разделенном сигнале, и является мерой степени, в которой одно ядро ​​«чувствует» магнитный диполь своего соседа.3J_ {a-b} = 6,1 Гц \).

          Верхний индекс «3» говорит нам, что это взаимодействие взаимодействия трех связей, а нижний индекс «a-b» говорит нам, что мы говорим о сцеплении между \ (H_a \) и \ (H_b \). В отличие от значения химического сдвига, константа связи, выраженная в Гц, одинакова независимо от приложенной напряженности поля ЯМР-магнита. Сила магнитного момента соседнего протона, который является источником явления спин-спиновой связи, не зависит от напряженности приложенного поля.3J = 5-10 Гц \) диапазона. Связь по 2-связям между протонами на одном и том же углероде алкена (называемая геминальными протонами) очень тонкая, обычно 5 Гц или ниже.

          Тонкая связь (2-3 Гц) часто наблюдается между протоном альдегида и соседом по трем связям.

          Упражнение \ (\ PageIndex {4} \)

          Приведите ожидаемые картины расщепления и приблизительные константы взаимодействия для меченых протонов в соединении ниже.

          Представление данных ЯМР в виде таблицы

          Информация ЯМР может быть записана в сжатом виде без необходимости воспроизводить реальный спектр.1H \) — спектр ЯМР этилацетата частей на миллион колка интеграция 3,92 q 1 1,83 с 1,5 1,06 т 1,5

          .