1. NMR 스펙트럼의 특징
- NMR 스펙트럼은 가로축에 가해진 자기장의 세기를 표시하며, 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 자기장의 세기가 증가함.
- Downfield & Upfield
- Downfield: 스펙트럼의 왼쪽(낮은 자기장)
- Upfield: 스펙트럼의 오른쪽(높은 자기장)
- 차폐(Shielding)와의 관계
- 전자 밀도가 낮아 차폐가 적은 핵(deshielded)은 downfield에서 신호를 나타내고,
- 전자 밀도가 높아 차폐가 많이 된 핵(shielded)은 upfield에서 신호를 나타냄.
2. 기준 물질 TMS와 델타(δ) 척도
- 서로 다른 자기장 세기를 가진 기기들 사이에서 데이터를 표준화하기 위해 기준점을 설정함.
- 테트라메틸실란 (TMS, (CH₃)₄Si): (CH₃)₄Si 화합물을 기준 물질로 사용하여 그 신호 위치를 0으로 정의함. TMS는 대부분의 유기 화합물보다 더 높은 자기장(upfield)에서 흡수되므로 기준점으로 사용하기 적합함.
- 화학적 이동(Chemical Shift): 기준점인 TMS로부터 떨어진 정도를 나타내며, 델타(δ) 척도를 사용함.
- 1 δ = 분광기 작동 주파수의 1 ppm (100만 분의 1)
- 계산 공식: δ = (TMS로부터 떨어진 주파수 Hz) / (분광기 작동 주파수 MHz)
3. 작동 주파수와 화학적 이동의 관계
- 화학적 이동 값을 ppm 단위인 δ로 표시하면, 사용하는 NMR 기기의 자기장 세기와 상관없이 일정한 값을 얻을 수 있음.
- 예를 들어, 200 MHz 기기에서 2.1 δ인 신호는 500 MHz 기기에서도 여전히 2.1 δ임. 만약 Hz 단위를 그대로 쓴다면 기기마다 값이 달라져서 비교가 어려워짐.
- 더 높은 주파수(예: 500 MHz)를 사용하는 기기는 신호 사이의 Hz 간격을 넓혀줌. 이를 통해 200 MHz에서는 겹쳐 보이던 신호들이 500 MHz에서는 명확하게 분리되어 구조 해석이 훨씬 쉬워짐.
Problem 13-4. The following ¹H NMR peaks were recorded on a spectrometer operating at 200 MHz. Convert each into δ units. (a) CHCl₃; 1454 Hz (b) CH₃Cl; 610 Hz (c) CH₃OH; 693 Hz (d) CH₂Cl₂; 1060 Hz
Answer.
(a) 7.27 δ
(b) 3.05 δ
(c) 3.47 δ
(d) 5.30 δ
Problem 13-5. When the ¹H NMR spectrum of acetone, CH₃COCH₃, is recorded on an instrument operating at 200 MHz, a single sharp resonance at 2.1 δ is seen. (a) How many hertz downfield from TMS does the acetone resonance correspond to? (b) If the ¹H NMR spectrum of acetone were recorded at 500 MHz, what would the position of the absorption be in δ units? (c) How many hertz downfield from TMS does this 500 MHz resonance correspond to?
Answer.
(a) 420 Hz
(b) 2.1 δ
(c) 1050 Hz