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NMR에서 ring current에 대해 좀 알고싶습니다. 원리라던지, 왜 일어나는지같은것.
"링에 있는 proton은 그냥 proton보다 좀 더 deshield된 곳에서 나온다."
이게 내용의 전부인 것 같은데 왜 그런지에 대해서 설명한 것을 못 찾겠네요. 아시는 분 좀 부탁드리겠습니다! ^^
- NMR
- ring current
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변
이응신님의 답변
2011-07-08- 2
첨부파일
위의 답변에 아주 잘 설명되어 있고, 제시한 분광학 책의 내용도 상당히 전문적인 내용이나
이해하는데 큰 어려움이 없는 자료입니다. 차분히 몇 번 읽어보시면 이해 가능합니다.
애트킨스의 물리화학에 양자역학과 양자화학이 소개되어 있고 분광학까지 잘 나와있으므로
물리화학책에는 NMR이 분광학책보다 더 쉽게 설명되어 있습니다.
원리는 별로 어렵지 않습니다.
원자핵은 스스로 회전을 하는 스핀 현상 때문에 흡사 전기적인 쌍극자나 자기적인 쌍극자와
같은 역할을 합니다. (양자역학과 달리 전자기학에서 설명하는 방법입니다)
원자핵 주위를 도는 전자는 흡사 하나의 전자로 이루어진 전류고리가 핵 주위에 존재하는
것처럼 보여 원형전류(ring current)인 전류고리를 만들고 전류고리는 자기장을 유발시킵니다.
흡사 솔레노이드에서 전류가 흐를 때 자기장이 만들어지듯이.
외부에서 자기장이 원자에 가해지면 외부자기장이 핵에 작용하면서 핵주위를 회전하는
전자에 의해 만들어지는 자기장과 외부자기장이 겹쳐지면서 더 강하게 작용하거나 약하게
작용하므로 핵스핀에 의해 만들어지는 세차운동에 나타나는 공명주파수에 영향을 주게 됩니다.
단일 원자가 아니라 분자일 경우는 전자기학의 내용이 아니라 양자역학에서 말하는 전자분포에
의해 설명하는데... 위에서 예로 든 벤젠에서 탄소가 다른 탄소와 수소와 결합하면서 SP3 혼성궤도에 의해 탄소끼리는 시그마 결합을 하고 남아도는 P궤도의 전자들이 서로 겹치는 파이 결합을 하는데 이때 겹치는 파이결합에 관여하는 전자들이 원형전류를 만듭니다.
이 원형전류에 의해 만들어지는 자기장과 외부자기장의 방향을 보면 벤젠고리에서는 외부에 결합된 수소원자핵에 가해지는 자기장을 더 강하게 해줍니다 (같은 방향의 자기장). 핵자기공명에서 원형전류에 의해 외부자기장이 핵에 가해지는 자기장의 세기를 약화시키면 'shield'시켜준다고 하고 벤젠고리처럼 같은 방향으로 자기장이 작용하여 핵에 더 강한 자기장을 가하면 외부자기장을 막아주지 못한다는 의미에서 'deshield'라고 합니다.
자세한 내용은 핵자기공명에 관련된 자료를 참고하세요.
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NMR에서 ring current에 대해 좀 알고싶습니다. 원리라던지, 왜 일어나는지같은것.
"링에 있는 proton은 그냥 proton보다 좀 더 deshield된 곳에서 나온다."
이게 내용의 전부인 것 같은데 왜 그런지에 대해서 설명한 것을 못 찾겠네요. 아시는 분 좀 부탁드리겠습니다! ^^
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답변
조윤환님의 답변
2011-07-08- 0
전자기학적 법칙들을 가지고 설명해야 가능한데... 플레밍, 암페르 등의 법칙을 적용해야 합니다.
결론적으로 말씀드리면 방향족 화합물의 경우 파이 전자가 벤젠링 평면의 아래위로 배열되어 있고, 외부 자기장이 벤젠고리 평명에 대해 아래에서 윗방향으로 수직하게 주어지면 파이전자는 벤젠고리를 따라 회전하게 됩니다. 그 방향은 외부자기장 방향에 대해 시계 반대방향이 되죠.
이렇게 되면 회전하는 전자 때문에 2차 자기장이 발생하게 되고 이것이 벤젠고리 수소에 영향을 미치게 됩니다.
즉 벤젠고리를 도선이라고 가정하면..... 오른나사의 법칙에 따라 2차 자기장은 벤젠고리를 중심을 위에서 아래로 통과해 고리 바깥쪽에서 안쪽으로 휘감아 들어오는 형태로 형성됩니다.
벤젠고리에 달려 있는 수소는 고리 바깥쪽에 위치해 있으므로 벤젠고리를 감아돌아 올라오는 2차 자기장의 영향을 받게되므로 외부인가 자기장 + 2차 자기장의 세기를 추가로 받게 되므로 eshelding 효과가 나타나는 걸로 이해하시면 되겠습니다.
교과서를 잘 읽어 보시면 이와 같은 내용이 나와 있습니다. 물론 전자기학적인 설명은 보통 생략되어 있지만요.
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NMR에서 ring current에 대해 좀 알고싶습니다. 원리라던지, 왜 일어나는지같은것.
"링에 있는 proton은 그냥 proton보다 좀 더 deshield된 곳에서 나온다."
이게 내용의 전부인 것 같은데 왜 그런지에 대해서 설명한 것을 못 찾겠네요. 아시는 분 좀 부탁드리겠습니다! ^^
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답변
조윤환님의 답변
2011-07-08- 0
첨부파일
개략적인 설명이 들어 있는 한글자료를 소개합니다.
아래 링크를 통해 확인하시기 바랍니다.
http://www.scribd.com/doc/2527665/-03
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NMR에서 ring current에 대해 좀 알고싶습니다. 원리라던지, 왜 일어나는지같은것.
"링에 있는 proton은 그냥 proton보다 좀 더 deshield된 곳에서 나온다."
이게 내용의 전부인 것 같은데 왜 그런지에 대해서 설명한 것을 못 찾겠네요. 아시는 분 좀 부탁드리겠습니다! ^^
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답변
이응신님의 답변
2011-07-08- 0
벤젠을 구성하는 탄소는 외곽전자가 4개로 S+3P입니다. 전자들은 탄소원자가 결합할 때 SP3혼성궤도를 형성하면서 P궤도에 전자분포가 4개를 이루고... 탄소끼리 결합할때는 2개의 결합이 시그마결합을 하고 다른 한 개의 P궤도 전자는 수소의 S궤도 전자와 결합합니다. 나머지 한 개의 P궤도에 있는 전자는 탄소핵들이 만드는 평면 위아래에 대칭으로 존재하며 파이 결합을 합니다.
파이 결합에 관여하는 전자들이 서로 전자구름대가 겹치면서 이동이 가능하게 되어 원형전류고리를 만듭니다. 탄소와 결합하는 수소에 있는 S궤도 전자는 탄소의 P궤도와 결합하면서 대부분의 전자들이 탄소쪽으로 쏠려 수소는 핵이 노출이 되는 빈도가 높아집니다.
이때 외부에서 자기장이 가해질 때 수소핵이 스핀으로 생기는 세차운동의 공명주기가 외부의 자기장과 파이결합에서 생기는 원형전류고리에 의해 만들어지는 자기장이 겹쳐 더 높은 공명주기로 이동을 하므로 분광학에서는 'shift'했다는 표현을 사용합니다. 원형고리전류에 의해 만들어지는 유도자기장이 외부자기장을 막지 못하고 더 강화를 시켜서 'deshield'라는 표현을 사용합니다.
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NMR에서 ring current에 대해 좀 알고싶습니다. 원리라던지, 왜 일어나는지같은것.
"링에 있는 proton은 그냥 proton보다 좀 더 deshield된 곳에서 나온다."
이게 내용의 전부인 것 같은데 왜 그런지에 대해서 설명한 것을 못 찾겠네요. 아시는 분 좀 부탁드리겠습니다! ^^
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답변
이상후님의 답변
2011-07-11- 0
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NMR에서 ring current에 대해 좀 알고싶습니다. 원리라던지, 왜 일어나는지같은것.
"링에 있는 proton은 그냥 proton보다 좀 더 deshield된 곳에서 나온다."
이게 내용의 전부인 것 같은데 왜 그런지에 대해서 설명한 것을 못 찾겠네요. 아시는 분 좀 부탁드리겠습니다! ^^
NMR spectroscopy의 기본 개념중에 등장하는 이론입니다. 질문자 분께서 질문 내용을 보니깐 NMR 이론을 이해하셔야 될 듯 보입니다. 윗 분들이 자세히 설명해 드렸듯이 ring하면 보통 benzene ring을 생각할 수 있는데요, 평면구조를 갖는 benzene ring에는 sigma 전자(단일 결합에 관여하는)와 phi 전자(이중 결합에 관여하는)로 구성되어 있는데, 이 중 phi전자가 benzene ring 위 부분에서 순환을 하는 특징이 있습니다. 쉽게 얘기하면 책상에 놓여 있는 동전의 바로 윗 부분에서 phi 전자가 동전 원을 따라 순환하는 원리입니다. 이 때 외부에서 자기장(B0)이 걸어지게 되고(이를 NMR 자장속에 놓여진다고 표현하면) phi전자가 순환하게 되면서 동전의 중심에서 바깥쪽으로 2차 자기장이 만들어 지게 됩니다. 마치 막대에 코일을 감아 놓고 전류를 흘려주게 되면 주변에 있는 철가루들이 일정한 패턴으로 모양을 형성하듯이 말이죠..이렇게 되어서 benzene ring에 있는 6개의 proton들이 2차 자기장의 영향으로 전자구름의 밀도가 변화를 겪게 되어서 deshielding되게 됩니다. 여기 지면상에서 더 이상 자세하게 설명하는 것은 한계가 있어서 첨부하는 자료를 확인해 보세요..좀 더 이해가 빠르실 것라 생각됩니다.