Page 34 - No30

NMR SPEKTROSZKÓPIA

Szerkezet, dinamika,

molekuláris kölcsönhatások

Az anyagi rendszerek tulajdonságait, kölcsönhatá-
sait nagymértékben meghatározza az őket alkotó
vegyületek szerkezete. A molekulák és ionos
rendszerek háromdimenziós szerkezetét többféle
módszerrel tanulmányozhatjuk, melyek közül a
legelterjedtebb az egykristály-diffrakció és az NMR
(Mágneses Magrezonancia) spektroszkópia. Írá-
sunkban az utóbbiba nyújtunk betekintést az Olvasó
számára az alapjelenség bemutatását követően egy
konkrét fehérjemolekula példáján.

Az NMR spektroszkópia a molekuláris rendszerek
vizsgálatának hatékony eszköze. Előnye, hogy roncsolás nélkül,
bizonyos atommagok mágneses tulajdonságait kihasználva nyújt
nagy felbontású információt a molekulák szerkezeti és dinamikai
sajátságairól. Segítségével igazolhatjuk, hogy egy kívánt kémiai
reakció végbement, információt nyerhetünk a molekulákban levő
funkciós csoportok egymáshoz viszonyított helyzetéről,
meghatározhatjuk az atomok háromdimenziós koordinátáit egy
akár több ezer atomos fehérjemolekulában. Feltárhatjuk a
molekulákban zajló belső mozgásokat, amelyeknek a
szerkezethez hasonlóan gyakran meghatározó szerepe van a
funkcióban. De megvizsgálhatjuk azt is, hogy egy másik
molekula (kölcsönható partner) jelenléte vagy éppen a
hőmérséklet, a pH változása hogyan befolyásolja a szerkezetet. egyenletes sebességgel köröznek a kúp palástja mentén (1a.
Az atomi szintű információt kinetikai és termodinamikai ábra). Ezt a mozgást Larmor-precessziónak nevezzük, amelynek
paraméterekkel egészíthetjük ki összefüggést teremtve a a frekvenciája ѵ = γB /2π, ahol γ az adott magra jellemző
0
mikrovilág és a makroszkopikusan megfigyelhető valóság között. giromágneses hányados. Egy H atommagra 14,1 Tesla külső
1
Mindezek a vizsgálatok hozzájárulnak nemcsak az anyagi mágneses tér esetén például ѵ = ~600 MHz. Mivel γ>0 magok
rendszerek működésének jobb megértéséhez, de új, kívánt esetén, mint a hidrogén atommagja is, a B -val megegyező
o
fizikai, kémiai, vagy biológiai tulajdonsággal rendelkező irányba mutató elrendeződés energetikailag kedvezőbb a
molekulák (pl. gyógyszerhatóanyagok) fejlesztéséhez. mágneses momentumok számára, egyensúlyi állapotban a
„felfelé” nyitott kúp palástján több H mágneses momentum
1
MÁGNESES MOMENTUMOK NYOMÁBAN köröz, mint a „lefelé” nyitott kúpén. Ez azt jelenti, hogy
A mágneses momentummal, más néven spinnel rendelkező egyensúlyi helyzetben az eredő – makroszkopikus –
atommagok (pl. H, C, N) külső mágneses térben (B ) parányi mágnesezettség a B tér irányába mutat (1b. ábra).
15
13
1
o
o
iránytűhöz hasonlóan igyekeznek kitüntetett irányt felvenni. Az Az energiakülönbség a két állapot között feles spinű magra ΔE =
atomok világában uralkodó sajátos törvények miatt azonban az +½ ћγB – (–½ ћγB ) = ћγB , ami nem más, mint hѵ, a Larmor-
0
0
0
iránytűvel ellentétben a magspinek nem tudnak tökéletesen frekvencia és a Planck-állandó (h = 6,626 070 15* 10 Js)
-34
beállni az észak-déli irányba. Helyette az I=1/2 spinnel szorzata. A mágneses momentummal rendelkező atommagok
rendelkező atommagok, mint például az H, egy a B tér energiaszintjeinek ily módon történő felhasadását külső mágneses
1
o
irányával (a mi tárgyalásunkban tipikusan +z-irány) megegyező térben Zeeman-effektusnak nevezzük. Ez a jelenség az NMR
vagy azzal ellentétes tengelyű kúp palástján helyezkednek el, és spektroszkópia alapja. Az izgalmak ezután kezdődnek! Helyezzünk
34 KÉMIAI PANORÁMA 30. SZÁM, 2025. ÉVFOLYAM